Sensing the heart, seeing the world: Neural mechanisms of attentional allocation between interoception and exteroception

우리의 삶의 매 순간, 우리의 뇌는 매우 다른 두 종류의 정보를 조율하고 있습니다. 한 흐름은 외부 세계로부터 옵니다. 나무의 모습, 자동차 소리, 피부에 느껴지는 바람의 감촉 같은 것들 말입니다. 다른 한 흐름은 우리 몸 깊은 곳에서부터 옵니다. 심장 박동의 리듬, 위장의 가득 참, 근육의 긴장감 같은 것들입니다. 우리는 첫 번째 종류의 감각을 '외수용 감각(exteroception)'이라 부르고, 두 번째를 '내수용 감각(interoception)'이라고 부릅니다. 우리는 주변 세계에 주의를 기울이는 데 익숙하지만, 우리 몸 내부의 신호들은 종종 배경에서 인지되지 않은 채 흘러갑니다. 하지만 이러한 내부 신호들은 매우 중요합니다. 그것들은 우리가 어떻게 느끼는지, 어떻게 결정을 내리는지, 그리고 어떻게 우리 몸을 원활하게 작동하게 하는지를 결정합니다. 과학자들의 큰 질문은 뇌가 이 두 흐름이 주의력을 두고 경쟁할 때 어떤 것에 집중하기로 결정하는가 하는 점입니다. 뇌는 단순히 한쪽의 볼륨을 높이고 다른 쪽을 낮추는 것일까요, 아니면 두 가지 사이의 균형을 맞추기 위해 더 복잡한 전략을 사용하는 것일까요?

한 연구팀은 건강한 성인들이 자신의 심장 박동과 시각적 과업 사이에서 주의를 전환할 때 뇌가 어떻게 반응하는지 관찰함으로써 이 질문에 답하고자 했습니다. 그들은 뇌가 안을 들여다보는 것과 밖을 내다보는 것에 서로 다른 네트워크를 사용하는지, 그리고 한쪽에 집중하는 것이 실제로 다른 쪽을 담당하는 뇌 부위를 조용하게 만드는지를 알고 싶어 했습니다. 이를 위해 그들은 사람이 무엇을 하라고 요청받든 외부 세계가 똑같이 보이도록 설계된 영리한 실험을 고안했습니다. 참가자들은 뇌 활동의 사진을 찍는 기계인 자기공명영상(MRI) 스캐너 안에 누워 있었습니다. 거울을 통해 그들은 빠르게 움직이는 시각적 노이즈로 가득 찬 화면을 보았습니다. 이 노이즈 속에 숨겨진 아주 작은 줄무늬 모양들이 일반적인 인간의 심장 박동과 일치하는 리듬으로 나타났다 사라졌다 했습니다.

참가자들은 교대되는 시간 블록 동안 수행할 두 가지 서로 다른 작업을 부여받았습니다. 한 작업에서는 그 작은 시각적 모양들을 몇 개나 보았는지 세라고 지시받았습니다. 다른 작업에서는 그 모양들을 완전히 무시하고 대신 자신의 가슴 속에서 심장이 몇 번 뛰었는지 세라고 지시받았습니다. 결정적으로, 시각적 모양과 노이즈의 흐름은 두 작업 모두에서 정확히 동일한 속도와 음량으로 계속 재생되었습니다. 유일하게 변한 것은 사람이 주의를 어디로 돌리라고 지시받았느냐 하는 점이었습니다. 이 설정은 연구자들이 눈에 보이는 것이 변하거나 과업의 난이도가 변하는 것이 아니라, 오직 '주의의 방향'에 따른 뇌의 반응을 분리해낼 수 있게 해주었습니다. 결과는 참가자들이 시각적 모양을 세는 것과 심장 박동을 세는 것 모두에서 비슷한 정확도와 자신감을 보이며 두 작업 모두에 똑같이 능숙했다는 것을 보여주었으며, 이는 뇌가 단순히 주의를 전환했을 뿐, 한 가지 작업에 더 애를 쓴 것이 아님을 확인시켜 주었습니다.

연구진이 뇌 스캔을 살펴보았을 때, 그들은 뇌가 이 두 가지 업무를 처리하기 위해 완전히 다른 두 종류의 '이웃 동네'를 사용한다는 것을 발견했습니다. 사람들이 시각적 모양을 셀 때, 뇌의 뒤쪽과 상단에 위치한 영역들의 네트워크가 밝게 빛났습니다. 여기에는 보는 것을 담당하는 머리 뒷부분의 시각 피질과 주의를 안내하는 역할을 하는 상측 두정엽이 포함되었습니다. 흥ผล스럽게도, 뇌는 단순히 시각 영역을 켜기만 한 것이 아니라, 시각 피질 중에서도 시야의 가장자리 부분을 나타내는 활동은 줄이는 동시에 중심부의 활동은 높였습니다. 마치 뇌가 화면 중앙에 스포트라이트를 비추고 나머지는 어둡게 만든 것과 같았습니다.

반대로, 사람들이 심장 박동을 세는 데 집중했을 때는 다른 뇌 영역들이 활성화되었습니다. 이 네트워크는 신체의 내부 상태를 감지하는 허브 역할을 하는 뇌 측면의 깊은 주름인 섬엽(insula)을 중심으로 형성되었습니다. 스캔 결과, 섬엽의 앞쪽과 뒤쪽 부분, 그리고 사고와 통제를 돕는 뇌 상단 근처의 영역들에서 강한 활동이 나타났습니다. 이는 신체에 주의를 기울이는 것이 세상을 바라볼 때 사용하는 것과는 구별되는 전용 시스템을 필요로 한다는 것을 시사합니다.

아마도 가장 드러나는 발견은 뇌가 기어를 바꿀 때 일어난 일이었습니다. 연구는 사람들이 시각적 모양에 집중할 때, 신체 감지 허브인 섬엽의 활동이 정상적인 휴식 수준 아래로 실제로 떨어졌음을 보여주었습니다. 뇌가 섬엽을 사용하지 않는 것뿐만 아니라, 섬엽을 능동적으로 억제하고 있었던 것입니다. 마찬가지로, 사람들이 심장 박동을 세는 데 집중할 때, 시각적 노이즈가 여전히 존재함에도 불구하고 시각 정보를 처리하는 시각 피질의 부분들은 조용히 유지되었습니다. 이는 뇌가 단순히 한 가지에 주의를 더하는 것이 아니라, 경쟁하는 정보원의 처리를 능동적으로 약화시킨다는 것을 나타냅/냅니다. 이것은 한 시스템을 높이고 다른 시스템을 낮춤으로써 자원을 배분하는 경쟁적인 과정입니다.

연구진은 또한 사람들이 심장 박동을 얼마나 잘 셀 수 있는지와 그들의 뇌가 어떻게 행동하는지 사이의 연관성을 발견했습니다. 심장 박동을 더 정확하게 셀 수 있는 사람들은 외부 세계의 사물을 인지하는 데 도움을 주는 것으로 알려진 뇌 우측의 특정 영역인 하측 두정엽의 활동이 더 적게 나타났습니다. 이 발견은 자신의 몸의 소리에 귀를 기울이는 능력이 외부 세계를 끊임없이 스캔하는 뇌의 부분을 얼마나 잘 진정시킬 수 있느냐에 달려 있을 수 있음을 시사합니다. 즉, 최고의 내수용 감각자는 외부 환경의 소음을 가장 효과적으로 차단하여 내부의 조용한 신호를 들을 수 있는 사람들일 수 있다는 것입니다.

이 연구는 뇌가 내적 세계와 외적 세계 사이의 섬세한 균형을 어떻게 관리하는지에 대한 명확한 그림을 제공합니다. 이는 주의력이 단일한 스위치가 아니라, 서로 다른 뇌 네트워크 간의 활성화와 억제의 조화로운 춤이라는 것을 보여줍니다. 우리가 밖을 내다볼 때 우리는 내부 센서를 침묵시키며, 안을 들여다볼 때 우리는 외부 센서를 조용히 시킵니다. 이러한 경쟁적인 자원 배분은 우리가 번잡한 거리를 항해하든 자신의 삶의 미묘한 리듬을 느끼든, 그 순간 가장 중요한 것에 집중할 수 있도록 보장합니다. 이 연구 결과는 우리 몸을 느끼는 능력이 단순히 신호를 수동적으로 받아들이는 것이 아니라, 내부와 외부의 세계가 서로를 압도하지 않도록 뇌의 주의 자원을 관리하는 능동적인 기술임을 시사합니다.