Bodily Self-Perception During Vestibular Galvanic Stimulation in Virtual Reality: A Replication and Extension of Karnath et al. (2019)

세상을 항해하기 위해, 우리의 뇌는 끊임없이 우리 자신의 몸에 대한 정신적 지도를 구축해야 합니다. 우리는 단순히 물체에 부딪히는 것을 피하기 위해서뿐만 아니라, 공간 속에서 우리의 위치를 이해하기 위해 팔이 어디서 끝나고 다리가 어디서 시작되는지를 알아야 합니다. 이러한 내적인 자아감은 복잡한 센서 팀에 의존합니다. 우리는 눈을 통해 자신의 형태를 보고, 근육과 관절에 있는 특수한 센서를 통해 자신의 위치를 느낍니다. 하지만 종종 간과되는 세 번째 팀원이 있습니다: 바로 전정 기관입니다. 내이 깊숙한 곳에 위치한 이 시스템은 신체의 내장형 자이로스코프 역할을 하며, 머리의 움직임과 중력에 대한 방향을 감지합니다. 우리는 이 시스템이 균형 유지에 필수적이라는 것을 알고 있지만, 과학자들은 이것이 우리의 신체 부위가 얼마나 크게 느껴지는지를 결정하는 데에도 도움을 주는지 오랫동안 궁금해해 왔습니다. 내이가 우리 팔의 길이를 특정 길이로 느끼게 하는 데 기여하는 것일까요, 아니면 그것은 순전히 눈과 근육의 역할일까요?

최근의 한 연구는 내이를 속여서 뇌가 신체 크기에 대한 생각을 바꾸는지 확인함으로써 이 연결 고리를 테스트하고자 했습니다. 연구진은 귀 뒤에 작은 전극을 배치하여 피부를 통해 매우 약한 전류를 보내는 전기 전정 자극(galvanic vestibular stimulation)이라는 기술에 집중했습니다. 이 전류는 내이가 뇌로 보내는 신호를 부드럽게 방해하여, 사람이 완전히 가만히 있을 때도 움직임이나 기울어짐의 감각을 만들어냅니다. 이전 실험에서 과학자들은 이 방법을 가상 현실 환경에서 사용하여, 자극이 사람들의 팔 길이에 대한 인식을 변화시키지는 못했지만, 신체의 왼쪽과 오른쪽 사이에 흥미로운 차이가 있음을 발견했습니다. 이번 새로운 연구는 더 강력한 전류와 다양한 유형의 전기 신호를 사용하여, 내이에 더 강한 자극을 주었을 때 마침내 신체 지각의 변화를 이끌어낼 수 있는지 확인하기 위해 그 작업을 더 큰 집단을 대상으로 반복하는 것을 목표로 했습니다.

20명의 건강한 자원봉사자가 고성능 가상 현실 헤드셋을 착용한 채 뒤로 기댄 의자에 앉아 실험에 참여했습니다. 헤드셋 안에는 실제 키와 팔 길이에 맞춰 조정된 디지털 버전의 자신, 즉 아바타가 보였습니다. 과제는 단순하지만 정밀했습니다. 연구진은 가상의 팔을 실제 팔보다 약간 길거나 짧게 보여주었으며, 참가자는 그것이 너무 길게 느껴지는지 혹은 너무 짧게 느껴지는지를 말해야 했습니다. 연구진은 참가자가 자신의 팔과 일치한다고 느끼는 지점까지 가상의 팔을 조정했습니다. 이 과정은 다양한 조건 하에서 여러 번 반복되었습니다. 때때로 참가자들은 전기 전류를 전혀 받지 않았으며, 이는 기준점 역할을 했습니다. 또 다른 경우에는 일정한 직접 전류를 받거나, 두 가지 다른 강도의 전류가 빠르게 교차하며 흐르는 전류를 받았습니다. 목표는 전기 자극이 가상의 팔이 자신의 내적 신체 감각과 일치하기 위해 더 길어져야 하는지 혹은 더 짧어져야 하는지 느끼게 만드는지 확인하는 것이었습니다.

결과는 명확하고 일관되었습니다. 전기 전류가 얼마나 강하든, 혹은 일정하든 혹은 빠르게 교차하든 상관없이, 참가자들은 팔 길이에 대한 인식을 바꾸지 않았습니다. "딱 적당하다"고 느껴지는 가상의 팔은 내이가 자극을 받든 받지 않든 동일한 크기를 유지했습니다. 연구진은 이전 연구에서 나타났던 특정 패턴, 즉 사람들이 왼쪽보다 오른쪽 팔의 길이를 더 과대평가하는 경향이 있는지 살펴보았습니다. 이번에는 그 패턴이 나타나지 않았습니다; 왼팔과 오른팔은 동일한 정확도로 인식되었습니다. 전기 자극이 일부 참가자들에게 가벼운 어지러움이나 머리 또는 몸이 움직이는 듯한 느낌을 유발하기도 했지만, 이러한 물리적 느낌이 팔이 얼마나 큰지에 대한 생각의 변화로 이어지지는 않았습니다.

연구진은 적어도 이 설정에서는 내이가 우리 사지의 크기를 결정하는 데 직접적인 역할을 하지 않는 것으로 보인다고 결론지었습니다. 내이가 강한 전기 신호에 의해 능동적으로 혼란을 겪을 때조차도, 뇌는 크기를 판단하기 위해 시각적 단서나 신체가 보통 어떻게 느껴지는지에 대한 기억과 같은 다른 정보에 의존했습니다. 이 연구는 내이가 신체 이미지에 미치는 영향이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 작거나, 혹은 건강한 사람들에게는 뇌의 다른 감각들에 의해 쉽게 무시될 수 있음을 시사합니다. 비록 실험이 일부 이론이 예측했던 극적인 신체 지각의 변화를 찾아내지는 못했지만, 뇌가 상충하는 신호를 어떻게 처리하는지에 대한 견고하고 상세한 통찰을 제공했습니다. 이는 내이가 움직임에 대한 잘못된 메시지를 보낼 때, 뇌가 반드시 신체의 지도를 다시 쓰지는 않으며, 우리의 움직임 감각이 불안정할 때조차도 우리 자신의 크기에 대한 감각을 일정하게 유지한다는 것을 보여주었습니다.