뇌는 어떻게 언어를 만드는가: 브로카, 베르니케, 그리고 그 너머

1861년 4월 18일 오후, 파리 에콜 드 메드신 거리에 있는 인류학회(Société d'Anthropologie)의 한 방에서 폴 브로카라는 서른여섯 살의 외과의가 동료들 앞에서 한 사람의 두개골을 열고 뇌를 들어 올렸다. 그 뇌의 주인이었던 루이 빅토르 르보른은 비세트르 병원(Hôpital Bicêtre)에서 21년을 보낸 끝에 열하루 전 세상을 떠난 터였다. 그 기간 대부분 동안 그는 자신에게 건네지는 모든 말을 이해할 수 있었지만, 표현하고 싶은 어떤 생각이든 단 하나의 음절 탕만을 반복해 내뱉을 수 있었고, 답답할 때면 간혹 몇 마디 욕설을 덧붙일 뿐이었다. 병원 직원들은 그를 그냥 탕이라고 불렀다.

브로카는 청중이 손상을 볼 수 있도록 뇌를 돌려 보였다. 관자놀이 바로 뒤, 좌측 전두엽에 물러지고 썩어 들어간 부위가 있었다. 발표는 짧았고, 그 표본은 결국 뒤퓌트랑 박물관(Musée Dupuytren)에 보관되어 지금도 그 자리에 있다. 그러나 그날 브로카가 내놓은 주장은 막대한 것으로 드러났다. 그는 또렷하게 말하는 능력이 정신 전체에 고르게 퍼져 있는 것이 아니라 특정 반구의 특정 영역 한 곳에 깃들어 있다고 주장했고, 이 단 하나의 사례와 함께 정신의 기능을 뇌 조직 위에 지도화하는 현대 과학이 탄생했다.

1.4킬로그램 남짓한 기관이 어떻게 언어처럼 정교한 것을 만들어 내며, 한 줌의 뇌 손상 환자들은 어떻게 우리가 그 지도를 그릴 수 있게 해 주었을까? 그 답은 브로카의 강연에서 출발해 한 젊은 독일인 의사, 길게 휘어진 신경 섬유 다발의 케이블을 거쳐, 마침내 우리 대부분이 배운 교과서적 그림을 조용히 은퇴시킨 한 모델로 이어진다.

단 한 단어밖에 말하지 못한 환자

르보른의 사례는 이후 따라온 모든 것의 본보기가 되었다. 그는 젊은 시절 비세트르에 입원했고 점차 말하는 능력을 잃어 갔지만, 이해력과 분별력은 그대로였다. 그는 대화를 따라갈 수 있었고, 의미 있게 몸짓을 했으며, 손가락으로 숫자를 나타냈다. 잃은 것은 오직 단어를 만들어 내는 장치뿐이었다. 브로카가 사후에 그의 뇌를 검사했을 때, 병변은 좌측 하전두엽에 자리 잡고 있었으며, 이곳이 바로 오늘날 우리가 브로카 영역이라 부르는 부위로, 현대적 용어로는 브로드만 영역 44번과 45번에 해당한다.

브로카는 같은 해에 Remarques sur le siège de la faculté du langage articulé, 즉 "또렷한 언어 능력의 자리에 관한 소견"이라는 제목의 논문으로 이 사례를 정리해 발표했다. 그 결론은 급진적이었다. 작고 명확하게 한정된 손상 부위가 이해력은 온전히 남겨 둔 채 말하는 능력만을 선택적으로 파괴할 수 있다면, 정신 기능에는 뇌 안에 주소가 있어야 한다는 것이었다. 대뇌 국재화라 불리는 이 개념은 19세기 신경과학의 핵심 연구 프로그램 중 하나가 되었고, 탕밖에 말하지 못했던 남자 르보른은 그 출발점이 된 사례가 되었다.

브로카 영역이 망가지면 어떤 말이 나오는가

브로카의 이름이 붙은 이 증후군에는 알아볼 수 있는 임상적 특징이 있다. 브로카 실어증에서 말은 비유창하고 힘겨우며, 임상의들이 전보식이라 부르는 형태를 띤다. 환자는 의미를 담은 명사와 동사 같은 내용어는 산출하지만, 그 사이를 잇는 작은 문법적 장치, 즉 관사, 전치사, 동사 어미, 그리고 문장을 엮어 주는 다른 기능어와 형태소들은 떨어뜨린다. 날씨에 관해 물으면 환자는 "춥다... 비... 걷기... 안 돼" 정도를 힘겹게 짜낼 수 있지만, 정작 자신이 표현할 수 있는 것보다 훨씬 많은 것을 분명히 이해하고 있으며, 단어가 얼마나 더디게 나오는지를 또렷이 자각하고 있는 경우가 많다.

브로카 실어증에서 일상 대화에 대한 이해력은 비교적 보존되는데, 바로 이 점이 르보른의 사례를 그토록 인상적으로 만들었다. 그러나 그 보존이 완전한 것은 아니다. 누가 누구에게 무엇을 했는지를 알아내는 데 상식이 아니라 문법에 의존해야 하는 문장에서는 이해가 무너질 수 있다. "그 소년은 그 소녀에게 밀쳤다"처럼 통사적으로 뒤집을 수 있는 문장을 생각해 보자. 어느 쪽이든 미는 행위를 했을 법하므로 세상 지식에 기댈 수 없다. 문법을 분석해야 하는데, 바로 그 작업이 브로카 환자들이 어려워하는 부분이다. 전형적인 병변은 좌측 하전두회의 44번과 45번 영역에 자리하며, 종종 인접한 섬엽과 그 아래의 백질로 번져 나간다.

두 번째 남자, 두 번째 영역, 다른 종류의 상실

브로카의 강연이 있은 지 13년 후, 브레슬라우의 알러하일리겐 병원(Allerheiligen-Hospital)에서 일하던 스물여섯 살의 신참 의사가 그림의 나머지 절반을 완성하는 얇은 논문집을 펴냈다. 그의 이름은 카를 베르니케였고, 1874년에 나온 그 저작 Der aphasische Symptomencomplex는 결함이 르보른의 것과 거의 거울상을 이루는 환자들을 기술했다.

이 환자들은 유창하게, 정상적인 억양과 발음으로 말했지만, 그 말은 의미가 비어 있었다. 문법적으로 형태를 갖춘 단어들이 매끄럽게 흘러나왔지만 도무지 의미로 합쳐지지 않았고, 종종 잘못된 단어나 만들어 낸 단어가 군데군데 섞여 있었다. 더 심각하게도, 그들의 이해력은 깊이 손상되어 있었다. 그들은 자신에게 건네진 말을 안정적으로 이해하지 못했다. 손상은 전두엽이 아니라 뇌의 뒤쪽, 좌측 상측두회의 후방부에 있었으며, 이 부위가 바로 지금 베르니케 영역이라 불리고 브로드만 영역 22번과 동일시되는 곳이다.

이렇게 뇌는 좌반구에 두 개의 뚜렷한 언어 영역을 내놓았고, 각각은 저마다의 고장 방식을 지니고 있었다. 좌측 하전두회의 44번과 45번 영역에 있는 브로카 영역은 또렷한 말의 산출을 담당했다. 이곳이 손상되면 환자는 힘겹고 비문법적인 말을 하되 이해는 했다. 후방 좌측 상측두회의 22번 영역에 있는 베르니케 영역은 이해를 담당했다. 이곳이 손상되면 환자는 유창하지만 텅 빈 말을 하며 이해하지 못했다.

둘 사이의 케이블과 아무도 본 적 없던 증후군

베르니케의 논문집은 알려진 질병을 기술하는 것보다 더 드문 일을 해냈다. 아직 목록에 오르지 않은 질병을 예측한 것이다. 말을 산출하는 영역과 그것을 이해하는 영역이 신경망의 양 끝에 자리한다면, 그는 둘 사이에 어떤 연결이 뻗어 있어야 하고, 그 연결만의 손상이 세 번째의 뚜렷한 장애를 일으켜야 한다고 추론했다.

그 연결이 바로 궁상속이라 불리는 장거리 백질 다발로, 측두엽을 그 위쪽 영역들과 갈라놓는 깊은 고랑인 실비우스열을 둘러싸며 활처럼 휘어, 베르니케의 후방 영역과 브로카의 전방 영역을 잇는 신경 섬유 묶음이다. 두 영역은 그대로 둔 채 이 케이블만 끊으면, 유창하게 말하고 또 이해도 할 수 있지만 한 구절을 정확히 따라 말하지는 못하는 환자가 나올 것이라고 베르니케는 주장했다. 따라 말하기에는 뇌 뒤쪽에서 들린 소리가 앞쪽의 말 장치로 중계되어야 하기 때문이다. 이것이 전도 실어증이며, 그 특징적인 세 징후는 유창한 말, 보존된 이해력, 그리고 선택적으로 손상된 따라 말하기다.

이 예측은 들어맞았지만, 온전한 이야기가 모두 짜맞춰지기까지는 한 세기가 걸렸다. 1965년, 미국의 신경학자 노먼 게슈빈트는 학술지 Brain에 발표한 두 편의 영향력 있는 논문에서 단절 증후군이라는 개념을 되살리고 체계화하여, 많은 신경학적 결함이 중심부의 손상이 아니라 중심부들 사이의 연결이 끊긴 데서 비롯된다고 주장했다. 2005년에는 마르코 카타니와 동료들이 신경 섬유를 따라 흐르는 물의 확산을 추적하는 MRI 기법인 확산텐서영상을 사용해, 살아 있는 인간의 뇌에서 궁상속을 처음으로 지도화했다. 베르니케가 단지 추론으로만 짚어 냈던 케이블을 이제는 사진으로 담을 수 있게 된 것이다.

세 가지 질문에서 읽어 내는 네 가지 증후군

20세기 초에 이르러 임상 현장의 그림은 네 가지 고전적 실어증 증후군으로 결정화되었고, 임상의는 단 세 가지 질문만으로 그것들을 가려낼 수 있다. 환자의 말은 유창한가, 아니면 힘겨운가? 이해력은 온전한가, 아니면 손상되었는가? 따라 말하기는 보존되었는가, 아니면 깨졌는가? 각 답의 조합은 실비우스열을 둘러싼 피질 띠인 좌측 실비우스주위 언어 신경망 안의 서로 다른 병변을 가리킨다.

브로카 실어증은 비유창한 말, 비교적 보존된 이해력, 그리고 손상된 따라 말하기를 보이며, 전두엽 병변을 가리킨다. 베르니케 실어증은 유창하지만 텅 빈 말과 손상된 이해력을 보이며, 후방 측두엽 병변을 가리킨다. 전도 실어증은 유창한 말과 좋은 이해력을 보이되 따라 말하기가 깨져 있어, 그 사이에 놓인 궁상속을 가리킨다. 그리고 가장 심각한 전반 실어증은 유창성, 이해력, 따라 말하기를 한꺼번에 무너뜨리며, 신경망 전체에 걸친 광범위한 손상을 반영한다. 이것은 오늘날에도 의대생들이 여전히 배우는 깔끔한 진단 논리다.

두 상자짜리 그림이 어른이 되어야 했던 이유

20세기 대부분 동안, 표준 교과서 도해는 정확히 두 개의 상자, 즉 브로카와 베르니케를 궁상속을 나타내는 화살표로 이은 모습을 보여 주었다. 아름다운 모델이지만, 많은 아름다운 모델이 그렇듯 너무 단순하다. 가장 영향력 있는 현대적 수정은 2007년, 그레고리 히콕과 데이비드 포펠이 Nature Reviews Neuroscience에 그들의 이중 흐름 모델을 발표하면서 도착했는데, 이들은 이미 시각 과학을 새롭게 빚어 놓은 틀을 의도적으로 빌려 왔다.

시각 연구자들은 오래전부터 시각 체계를 두 흐름으로 나누어 왔다. 위쪽 두정엽을 향해 올라가며 사물이 어디에 있고 어떻게 작용할지를 다루는 등쪽 흐름과, 아래쪽 측두엽을 향해 내려가며 사물이 무엇인지를 다루는 배쪽 흐름이다. 히콕과 포펠은 언어에도 유사한 분할을 제안했다. 등쪽 흐름은 소리를 조음으로 사상하여, 들린 말을 그것을 산출하기 위한 운동 명령으로 옮긴다. 이는 말하기와 따라 말하기를 모두 뒷받침하며, 이 흐름은 강하게 좌반구로 편측화되어 있다. 배쪽 흐름은 소리를 의미로 사상하여 이해를 뒷받침하는데, 결정적으로 이 흐름은 양측성이어서 좌반구만이 아니라 양쪽 반구를 함께 활용한다.

이해를 양면적인 일로 만든 이 단 하나의 변화가 끈질긴 수수께끼 하나를 풀어낸다. 좌반구에 상당한 손상을 입은 환자들은 고전 모델이 예측하는 것보다 더 많은 이해력을 유지하는 경우가 많은데, 이중 흐름 설명은 그 이유를 밝혀 준다. 우반구가 의미를 담당하는 부담의 일부를 떠맡는다는 것이다. 이 모델은 옛 증후군들도 수용한다. 좌측으로 편측화된 등쪽 흐름이 본질적으로 브로카-궁상속-따라 말하기 경로를 새 이름으로 부른 것이기 때문이다. 브로카와 베르니케가 틀린 것은 아니었다. 그들은 이후의 증거가 다듬어 온 최초의 근사치였다.

하나의 주소가 아니라 분산된 신경망

현대의 그림이 가하는 가장 깊은 교정은 1861년 이래 이 분야를 따라다닌 한 가지 오독을 향한다. 브로카와 베르니케로부터, 언어가 고정된 주소에 깃들어 있어 말하는 방과 이해하는 방이 따로 있고 그 외엔 별것 없으리라 결론짓기 쉽다. 그러나 동시대의 신경영상 문헌은 훨씬 더 흩어진 무언가를 보여 준다. 분산된 좌측 실비우스주위 신경망, 배쪽에서 이해를 떠받치는 양측성 지지, 궁상속을 넘어서는 여러 백질 다발, 그리고 소뇌, 기저핵, 고전적 영역들의 우반구 대응부에서 나오는 의미 있는 기여가 그것이다. 두 상자짜리 모델은 유용한 스케치이지 사진이 아니다.

이 분산된 관점은 언어에 관한 가장 오래된 질문 하나, 즉 인간의 언어를 고유하게 만드는 것이 과연 무엇이며 그런 것이 있기는 한가를 다시 틀 짓는다. 20세기 후반의 침팬지 수화 연구들, 즉 1966년부터 네바다 대학교에서 침팬지 워쇼를 데리고 진행한 앨런과 베아트릭스 가드너 부부의 작업에서부터 1970년대 컬럼비아 대학교에서 님 침스키와 함께한 허버트 테라스의 프로젝트에 이르기까지, 이들은 인간 언어와 동물 의사소통 사이의 경계를 강하게 밀어붙였다. 유인원들은 분명히 수화를 배웠고 그것으로 요청하고 명명했지만, 그들이 정말로 구조화되고 열린 문장을 만들어 낸 적이 있는지는 논쟁거리로 남았으며, 테라스 자신도 결국 그것을 의심하게 되었다. 2002년 Science에 실려 자주 인용되는 한 논문에서 마크 하우저, 노엄 촘스키, W. 테쿰세 피치는 인간 고유의 요소로 가장 유력한 후보가 재귀, 곧 구조 안에 구조를 한없이 끼워 넣어 어떤 구가 또 다른 구를 품은 구를 담을 수 있게 하는 능력이라고 제안했다. 이 제안은 결론이 난 것이 아니라 여전히 활발히 논쟁되고 있다.

핵심 요약

언어의 신경과학은 설계가 아니라 손상 위에서 세워졌다. 1861년 폴 브로카가 탕밖에 말하지 못했던 환자 르보른을 발표하며 또렷한 말을 좌측 하전두회(브로드만 영역 44번과 45번)에 국재화했는데, 이곳의 병변은 비교적 보존된 이해력과 함께 힘겹고 비문법적인 말을 일으킨다. 한편 1874년 카를 베르니케의 논문집은 이해를 후방 좌측 상측두회(22번 영역)에 국재화했으며, 이곳의 병변은 손상된 이해력과 함께 유창하지만 텅 빈 말을 일으킨다. 또한 베르니케는 두 영역을 잇는 궁상속을 끊으면 유창한 말과 좋은 이해력을 보이되 따라 말하기가 깨지는 전도 실어증이 생기리라 예측했는데, 이 예측을 노먼 게슈빈트가 1965년에 되살렸고 마르코 카타니의 연구진이 2005년에 살아 있는 뇌에서 그 다발을 영상화하여 확인했다. 이 네 가지 고전적 증후군(브로카, 베르니케, 전도, 전반)은 유창성, 이해력, 따라 말하기에 관한 단 세 가지 질문만으로 임상 현장에서 가려낼 수 있지만, 그 깔끔한 두 상자짜리 도해는 2007년 히콕과 포펠의 이중 흐름 모델로 대체되었다. 이 모델은 언어를 소리를 조음으로 사상하는 좌측 편측화된 등쪽 흐름과 소리를 의미로 사상하는 양측성 배쪽 흐름으로 그려 내며, 이는 양쪽 반구에 더해 소뇌와 기저핵까지 아우르는 진정으로 분산된 신경망의 일부다. 그리하여 우리에게는 더 겸손하면서도 더 풍요로운 진실이 남는다. 언어는 뇌 안에 단 하나의 주소를 갖지 않으며, 그것을 동물 의사소통과 가장 날카롭게 갈라놓는 것, 어쩌면 재귀일지도 모를 그것은 여전히 열린 질문이라는 것이다.