청각 장애인이 보통 사람보다 진동 감각이 좋은 이유
피부의 진동은 뇌의 청각 자극을 증가시키고 촉각을 향상시킨다.
이중 청각 능력:
뇌의 작은 영역은 청각 장애가 있는 사람들이 종종 특별히 진동에 대해 예민한 감각을 발달시킨다. 이제 그 이유를 설명할 수 있다. 그 결과 베토벤은 청각 장애에도 불구하고 작곡을 계속했다고 한다. 신경생물학자들이 "Cell"에서 보고한 바와 같이, 소위 뇌의 하구(inferior colliculus)는 피부의 소리 자극과 특정 진동 자극에 반응해 이를 증폭시킨다. 이 증폭 효과는 청각 장애인에게도 도움이 되며 잠재적으로 새로운 보청기 개발로 이어질 수 있다.
▲ 연구 결과는 뇌의 한 영역인 하구(inferior colliculus)가 기계적 진동의 형태로 소리와 촉각을 처리하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. © Ginty Lab/Harvard Medical School.
루트비히 판 베토벤은 28세부터 점차 청력을 잃었고, 44세에 마침내 귀머거리가 되었다. 그런데 그는 계속해서 작곡과 연주를 했다. 연구자들은 청력 상실에도 불구하고 그가 여전히 악기의 진동을 느낄 수 있었고 따라서 촉각을 사용해 음악을 “들을” 수 있었을 것으로 의심한다. 다른 음악가들에서도 비슷한 내용이 보고되었다. 그들은 아마도 시간이 지남에 따라 이 진동 기술을 향상시켰고, 청각을 가진 동료보다 음악을 훨씬 더 잘 느꼈을 것이다. 도대체 한 감각의 상실이 다른 감각을 향상시키는 것이 어떻게 가능할까?
듣고 느낄 때 뇌의 어느 부분이 활성화될까?
하버드 의과대학의 Erica Huey가 이끄는 팀이 이 질문을 조사했다. 신경생물학자들은 백색소음 소리를 들을 때와 피부의 신경 말단이 진동으로 자극을 받을 때 쥐의 뇌에서 어떤 일이 일어나는지 조사했다. 특수 장치를 사용해 동물의 발목이나 동물이 서 있는 플랫폼이 10~900Hz 사이의 주파수로 진동하도록 했다.
동시에 Huey와 그의 동료들은 감각 처리와 관련된 뇌 영역의 뉴런 활동을 기록하기 위해 전극을 사용했다. 연구자들은 특히 소리 처리에 관여하는 중뇌의 영역인 하구(inferior colliculus)에 초점을 맞췄다.
뇌 영역은 음향 및 기계적 진동에 반응
백색소음에 노출되었을 때뿐만 아니라 생쥐의 피부가 고주파 진동을 받았을 때도 하구(LCIC)의 일부가 활성화되는 것으로 나타났다. “우리는 하구에 있는 영역이 내이에 작용하는 음파 형태이든 피부에 작용하는 기계적 진동 형태이든 진동을 처리한다는 사실을 발견했다”고 하버드 의과대학의 수석 저자인 David Ginty는 말했다.
▲ 연구 개요도 December 18, 2024Open access The auditory midbrain mediates tactile vibration sensing
연구팀은 청각 외에도 뇌의 이 영역이 촉각 처리에도 관여한다고 결론지었다. 그러나 Huey와 동료들이 발견한 바와 같이, 하구(IC)는 특정 진동 주파수의 기계적 자극으로부터만 신경 신호를 수신한다. 일반적으로 피부의 초민감 기계수용체인 소위 Vater-Pacini 소체와 Meissner 소체는 촉각 자극을 담당하는 뇌 영역에 자극 신호를 보낸다. 그러나 테스트에 따르면 이는 주로 200Hz 미만의 저주파 진동에서 발생하고 오히려 마이스너 소체를 통해 발생하는 것으로 나타났다.
반면에, 바터 파치니 소체는 음악에서 발생하는 것과 같은 고주파 진동 자극에 주로 반응한다. 그런 다음 테스트에서 알 수 있듯이 이러한 신호를 주로 하구로 전송한다. 이러한 수용체가 결핍된 쥐에서는 그러한 뇌 활동이 나타나지 않았다.
강화 효과가 있는 이중 자극
따라서 하구는 음악을 듣는 것과 느끼는 것 모두에 관여한다. 그러나 이것이 전부는 아니다. “청각 및 기계적 진동 신호가 이 뇌 영역에 수렴되면 감각 경험이 향상되고 더욱 명확해진다”고 Ginty는 말했다. "실제로 우리는 하구의 뉴런이 촉각-청각 자극 하나만 단독으로 사용하는 것보다 결합된 촉각-청각 자극에 더 강하게 반응한다는 것을 관찰했다.”
사람들의 소리를 들을 때 이 능력은 무엇보다도 콘서트에서 우리가 동시에 음악을 느끼고 들을 때 입증된다. 뇌와 신체는 동시에 여러 감각을 처리하기 위해 함께 작동한다. Huey와 그의 동료들은 고주파 진동에 반응하는 Vater Pacini 기관이 있기 때문에 증폭기 효과가 인간에게도 적용된다고 가정한다. “인간의 경우 이러한 수용체는 손가락 끝과 발의 피부 깊숙한 곳에 위치해 있다”고 Huey는 설명했다.
베토벤이 음악을 '들을' 수 있었던 이유
청력 상실이 있는 사람의 경우 뇌의 감각 영역에서 적응이 발생한다. 즉, 다른 자극을 처리하는 영역은 확장되고 음향 자극 영역은 작아진다. 하구의 이중 기능과 결합하여, 이는 왜 베토벤과 다른 난청 및 청각 장애가 있는 사람들이 청력 손실에도 불구하고 여전히 음악을 "들을" 수 있는지 설명할 수 있다. 뇌의 변화된 신경 연결은 또한 뇌 영역을 자극하는 자극 패턴을 생성한다. 2번을 반복하여 감각을 강화한다.
이 지식을 바탕으로 청력 손실이 있는 사람들을 위해 추가로 촉각을 지원하는 새로운 보철물을 개발할 수 있다. “소리를 Pacinian(파치니:피하조직에 위치해 고주파 진동이나 떨림 감지) 주파수 범위 내의 기계적 진동으로 변환하는 장치는 사람들이 소리를 인지하고 경험할 수 있는 더 큰 능력을 제공할 수 있다”고 Ginty는 말했다. 이러한 보청기는 손, 팔, 발, 다리 또는 Vater-Pacini 몸체가 있는 신체의 다른 부분에 맞게 설계될 수 있다.
현상은 생물학적 목적을 제공한다.
그런데 소리를 동시에 듣고 느낄 수 있는 이 능력의 원래 목적은 무엇이었을까? 이전 연구에 따르면 동물은 환경과 위험의 변화를 더 잘 감지하기 위해 이러한 능력을 진화시켰다. 더 잘 듣는 사람은 더 잘 반응할 수 있고 생존 가능성도 더 높기 때문이다. 예를 들어, 뱀은 턱으로 땅의 진동을 감지하여 먹이와 적의 움직임을 “듣는다”. 코끼리는 또한 몸통과 발바닥의 피부를 통해 땅의 가장 작은 진동까지도 감지한다.
후속 연구에서 연구자들은 동물의 청각이 저하될 때 동물의 촉각도 증가하는지 조사하려고 한다.
(셀, 2024; doi: 10.1016/j.cell.2024.11.014)
출처: Harvard Medical School