발작이 일어나는 동안 뇌에서는 실제로 무슨 일이 벌어지는가

1937년 봄의 어느 오후, 몬트리올 신경학연구소의 수술실에서 한 젊은 여성이 두개골 한쪽이 열린 채 깨어 있는 상태로 수술대에 누워 있었다. 그녀는 약물로 다스려지지 않는 초점 발작을 앓고 있었고, 외과의 와일더 펜필드는 장갑을 낀 손으로 그녀의 드러난 피질에 가느다란 양극성 전극을 가져다 댔다. 환자는 통증을 느끼지 않았는데, 뇌 자체에는 통증 수용체가 없고 두피는 국소 마취로 감각이 마비되어 있었기 때문이다. 펜필드는 번호가 매겨진 작은 표지에 전극을 댄 뒤 짧은 전류 펄스를 흘려보내고는 무엇이 느껴지느냐고 물었다. 수술대 건너편에서는 동료 허버트 재스퍼가 기록지 위로 펜이 그려내는 파형이 오르내리는 것을 지켜보며, 그녀 피질의 살아 있는 전기 리듬을 따라가고 있었다.

그들은 깨어 있는 단 하나의 두개골 위에서, 한 점 한 점 지도를 그려나가고 있었다. 자극을 준 부위마다 번호표가 붙었고, 수술팀은 나중에 그 번호를 뇌의 스케치 위에 옮겨 적었다. 이 기법은 20세기 내내 뇌전증 수술을 정의하게 되며, 같은 손에서 1950년까지 운동 및 감각 호문쿨루스, 곧 오늘날 뇌를 배우는 모든 학생이 가장 먼저 익히는 그 그림이 탄생하게 된다. 그러나 그 우아한 지도 뒤에는 무딘 질문 하나가 놓여 있었다. 사람이 발작을 일으킬 때, 전기적으로 그리고 생물학적으로 실제로 무슨 일이 벌어지는가?

발작과 뇌전증의 차이

사람들이 흔히 뒤섞어 쓰는 두 단어에서 시작하면 이해에 도움이 된다. 발작은 하나의 사건으로, 과동기성 신경 발화가 갑작스럽고 일시적으로 터져 나오는 사건이다. 평소 당신의 피질 속 뉴런들은 느슨하고 불규칙한 합창처럼 발화하며, 서로를 흥분시키고 억제하는 균형 속에서 일관된 사고와 운동을 만들어낸다. 발작이 일어나는 동안 그 균형이 무너지고, 한 무리의 뉴런들이 정상적인 뇌 활동에서는 결코 허용되지 않을 만큼 훨씬 더 동기화되어, 통제를 벗어난 리듬으로 함께 방전하기 시작한다. 이 일이 어디에서 일어나고 얼마나 멀리 퍼지느냐에 따라 그 결과는 격렬한 경련일 수도, 잠깐의 멍한 응시일 수도, 이상한 냄새일 수도, 혹은 한쪽 손이 까딱거리는 것일 수도 있다.

뇌전증은 사건이 아니라 진단명이다. 그것은 발작이 유발 요인 없이 반복적으로 나타나면서, 극심한 저혈당이나 알코올 금단, 어린아이의 고열 같은 급성이고 가역적인 원인으로 설명되지 않을 때 붙이는 용어다. 어떤 사람은 평생 단 한 번 발작을 겪고도 뇌전증 환자로 불리지 않는다. 뇌전증이 있는 사람의 뇌는 구조적으로든 화학적으로든 어떤 방식으로 발작을 거듭 일으키도록 소인을 지니고 있다. 전 세계적으로 약 6,500만 명이 이 질환을 안고 살아가며, 유병률은 대부분의 인구 집단에서 0.6에서 1.0퍼센트 정도이고, 발생률은 어린아이와 고령자, 곧 삶의 양 끝에서 정점을 이룬다.

이 모든 것을 들여다보는 우리의 창은 뇌파, 곧 EEG로, 1929년 독일의 정신과 의사 한스 베르거가 임상에 도입했다. 두피에 전극을 붙임으로써 베르거는 두개골 아래에서 발화하는 수백만 개의 피질 뉴런이 만들어내는 전기 활동의 총합을 기록할 수 있었다. EEG는 지금도 발작을 분류하는 황금 표준 도구로 남아 있는데, 그 사건을 정의하는 비정상적 동기성이 기록 위에 뚜렷한 흔적을 남기기 때문이다.

팔을 타고 올라가는 행진, 그리고 그것이 드러낸 것

EEG도 펜필드의 전극도 등장하기 수십 년 전, 한 조용한 영국 의사가 발작을 면밀히 관찰하는 것만으로 발작의 깊은 논리를 추론해냈다. 존 휼링스 잭슨은 런던 퀸 스퀘어의 마비 및 뇌전증 환자를 위한 국립병원에서 일했으며, 1873년에 그는 특정 운동 발작에서 나타나는 질서정연한 양상을 기술했다. 경련이 환자의 엄지손가락에서 시작되어 손목으로, 다시 팔 위쪽으로, 그다음 얼굴로, 그리고 다리로 내려가며, 마치 무언가가 보이지 않는 영토를 가로질러 쓸고 지나가듯 정해진 순서로 진행되었다.

잭슨은 훗날 깊이 옳았던 것으로 드러난 두 가지 결론을 끌어냈다. 첫째, 그는 운동 피질이 신체국소배열 지도를 담고 있어야 한다고 추론했다. 인접한 신체 부위가 인접한 뇌의 부분에 의해 제어되는 질서정연한 표상이 있어야만, 경련이 왜 그 특정한 순서로 기어가는지 설명할 수 있기 때문이었다. 둘째, 그는 발작 자체를 "회백질의 방전성 병변", 곧 피질 활동이 국소적으로 비정상적으로 폭발하여 지도 위로 바깥을 향해 퍼지는 것으로 이해했다. 그가 기술한 그 순서는 지금도 잭슨 행진이라 불리며, 뇌의 표면이 신체의 도표처럼 조직되어 있다는 것을 보여주는 의학에서 가장 생생한 실증 가운데 하나로 남아 있다.

초점성과 전신성: 현대 의학이 발작을 분류하는 방식

발작에 관한 모든 현대적 분류는 하나의 질문에서 출발한다. 비정상적 발화는 어디에서 시작되는가? 초점 발작은 한쪽 반구의 한 부분에서 시작된다. 그것은 환자가 온전한 의식을 유지한 채 초점성에 머물 수도 있고, 의식을 손상시킬 수도 있으며, 양쪽 반구를 모두 집어삼키는 양측성 경련으로 퍼질 수도 있다. 이와 대조적으로 전신 발작은 처음부터 양쪽 반구가 관여하며, 강직간대, 결신, 근간대, 강직, 간대, 무긴장 등 여러 인정된 형태로 나타난다. 국제뇌전증퇴치연맹은 2017년에 이 초점성 대 전신성이라는 어휘를 공식화하면서, 수십 년 동안 이 분야에 쓰여온 "부분" 대 "전신" 발작이라는 옛 표현을 폐기했다.

이것은 단순한 이름 바꾸기가 아니다. 이 구분은 그 뒤에 이어지는 거의 모든 것을, 신경과 의사가 어떤 약을 집어 들지부터 수술이 애초에 고려될 수 있는지까지 좌우한다. 초점 발작은 정의상 기원의 장소, 곧 발작 시작 영역을 가지며, 이는 원칙적으로 위치를 찾아낼 수 있고, 적절한 상황이라면 제거할 수도 있다. 전신 발작에는 잘라낼 단일한 기원이 없다. 따라서 이 분류의 두 절반은 매우 다른 치료의 길로 이어지며, 어느 범주에 속하는지를 제대로 가려내는 일이 한 사람이 첫 발작을 겪은 뒤의 첫 번째 실질적 과제가 된다.

전신 발작의 두 얼굴

대부분의 사람들은 발작을 그려보라고 하면 강직간대 발작을 떠올리고, 실제로 그것이 가장 극적이다. 몸은 먼저 강직 단계에서 뻣뻣하게 굳었다가, 간대 단계의 율동적인 경련으로 무너지며, 그 내내 의식을 완전히 잃는다. 발작이 끝나면 환자는 대개 혼란과 졸림, 지남력 상실의 발작후 상태로 들어가는데, 이는 몇 분에서 몇 시간까지도 이어질 수 있다. 방금 견뎌낸 대사적 폭풍에서 뇌가 회복하는 데 시간이 필요하기 때문이다. 이것이 대중의 상상 속 발작이고, 실재하는 것이지만, 그저 이 질환의 한 얼굴일 뿐이다.

또 다른 얼굴은 거의 그 반대다. 결신 발작은 대략 5초에서 20초 동안 지속되는 짧은 의식의 단절로, 경련은 전혀 없다. 환자는 그저 멍해지고, 말하던 도중에 멈추며, 어쩌면 눈을 깜박이거나 응시하다가, 아무 일도 없었던 듯 다시 이어가는데, 시간이 흘렀다는 사실조차 모르는 경우가 많다. EEG에서 이런 사건은 명백한 흔적을 남기는데, 초당 세 주기의 전신성 극서파 방전, 곧 소아 결신 뇌전증의 그 유명한 3 Hz 양상이다. 겉으로 드러나는 징후가 너무도 미묘하기 때문에 이런 발작은 흔히 딴생각하는 것으로 오인되며, 학교에서 하루에 수십 번씩 발작을 일으키는 아이가 누군가 EEG를 떠올리기 한참 전에 부주의하다고 꾸중을 듣기도 한다.

안전하게 잘라내기 위해 뇌의 지도를 그리다

이제 1937년 수술대 위의 그 여성과 펜필드에게로 돌아가자. 그들의 작업이 이 분류가 제기하는 실질적인 질문에 답하기 때문이다. 초점 발작이 기원의 장소를 가진다면, 그저 그곳을 제거할 수 있지 않을까? 펜필드는 바로 발작 시작 영역을 절제함으로써 약물 저항성 초점 뇌전증을 치료하기 위해 1934년에 몬트리올 신경학연구소를 세웠다. 어려움은 나쁜 조직이 흔히 운동, 감각, 언어를 관장하는 영역인 기능성 피질에 위험할 만큼 가까이 자리 잡고 있다는 점이었고, 환자가 온전한 채로 수술실을 나서려면 외과의는 그 영역을 반드시 살려야 했다.

펜필드의 해결책은 각성 피질 자극이었다. 환자를 국소 마취 아래 의식이 있는 상태로 두고, 그는 양극성 전극을 통해 짧은 전기 펄스를 흘려보내며 각 지점이 무엇을 일으키는지에 귀를 기울였다. 손의 저릿함, 입술의 씰룩임, 갑자기 떠오르지 않는 단어. 절개하기 전에 자극을 줌으로써 그는 기능적 영토를 실시간으로 도표화하고 그 둘레로 칼을 돌려나갈 수 있었다. 그런 표가 수천 장 쌓여 남긴 지속적인 산물이 바로 한 쌍의 호문쿨루스, 곧 거대한 손과 입술에 작은 몸통을 지닌 운동 및 감각 피질의 일그러진 작은 인물상이었으며, 이는 1950년 펜필드와 시어도어 라스무센이 The Cerebral Cortex of Man에서 발표했다. 잭슨은 행진하는 경련에서 신체 지도를 추론해냈고, 펜필드는 번호가 매겨진 한 점 한 점을 자극하여 그것을 눈앞에 드러냈다.

폭풍을 잠재우다, 페노바르비탈에서 식이요법까지

물론 대부분의 환자에게 문제는 수술이 아니라 약물이며, 항발작제의 역사는 더디고 종종 우연에 기댄 진보의 이야기다. 1912년에 도입된 페노바르비탈은 최초의 효과적인 항발작제였고, 값이 싸고 오래 견디기 때문에 비록 진정 작용이 있긴 해도 오늘날 자원이 부족한 환경에서는 여전히 쓰인다. 1938년에는 페니토인이 뒤를 이었는데, 이는 트레이시 퍼트넘과 휴스턴 메릿이 전기로 유발한 고양이 발작 모델에서 화합물의 항발작 활성을 선별하다가 발견한 것으로, 환자를 잠재우지 않으면서 발작을 다스리는 최초의 약이었다. 현대의 약국은 한층 더 폭넓다. 카르바마제핀과 옥스카르바제핀은 초점 발작의 일꾼이고, 발프로산과 라모트리진은 전신성 유형들을 아우르며, 1999년 FDA 승인을 받은 레베티라세탐은 시냅스 소포 단백질 2A라는 진정으로 새로운 표적을 통해 작용하여 뉴런이 화학 신호를 방출하는 방식에 영향을 미친다.

이 약들은 사람들이 기대하는 것보다 더 자주 성공한다. 환자의 약 70퍼센트가 한두 가지 약물로 완전한 발작 소실에 이른다. 그러면 약 30퍼센트가 약물 저항성 뇌전증으로 남으며, 이들을 위해 약물 너머에 세 가지 확립된 보조 수단이 존재한다. 1921년 메이오 클리닉의 러셀 와일더가 도입한 고지방 저탄수화물 식단인 케톤 생성 식이요법은 이제 GLUT1 결핍증이나 드라베 증후군 같은 특정 증후군에서 일차 치료다. 1997년 FDA 승인을 받은 미주신경 자극술은 이식된 장치로 미주신경에 펄스를 전달하며, 치료받은 환자의 약 절반에서 발작 빈도를 약 50퍼센트 줄인다. 그리고 잘 정의된 한 집단, 곧 내측 측두엽 뇌전증과 해마 경화증을 가진 이들에게는 수술이 무엇보다 효과적인 선택지다. 전측 측두엽 절제술이 그것으로, 새뮤얼 위베의 2001년 New England Journal of Medicine 임상시험에서 약물 치료를 계속하는 것보다 분명히 우월하다고 입증되었으며, 이는 펜필드가 개척한 수술의 현대적 후예다.

왜 조용한 발작이 가장 중요한가

발작에 관한 가장 끈질긴 오해는 모든 발작이 눈에 보이는 전신 경련을 동반한다는 믿음이다. 그렇지 않다. 결신 발작은 소리 없는 멍한 응시다. 초점 인지 발작은 환각 같은 냄새, 한쪽 손의 까딱임, 갑작스러운 기시감의 밀물처럼 단 하나의 고립된 증상으로 이루어질 수 있으며, 그 와중에도 환자는 온전히 의식을 유지하고 나중에 그것을 설명할 수 있다. 이런 비경련성 사건을 알아보는 일은 현학적인 연습이 아니다. 그것들은 늘 놓쳐지고, 강직간대 발작에 쓰이는 것과는 다른 특정 약물에 반응하기 때문이다. 부주의하다고 벌받는 아이, 반복되는 기묘한 감각이 불안으로 치부되는 어른이, 알맞은 EEG와 알맞은 약이 해결할 수 있는 발작을 겪고 있을지도 모른다. 그러므로 발작이 일어나는 동안 무슨 일이 벌어지는지를 이해한다는 것은, 부분적으로는 그 정의를 극적인 이미지 너머로 넓혀, 하나의 근본적 결함을 공유하는 놀랍도록 다양한 사건의 가족 전체를 보는 일이다. 너무 많은 뉴런이, 너무 잘 한꺼번에 함께 발화하는 것 말이다.

핵심 요약

발작은 과동기성 신경 발화가 한 번 터지는 사건이고, 뇌전증은 그런 발작이 유발 요인 없이 반복될 때 내려지는 진단으로, 전 세계 약 6,500만 명에게 영향을 미치며 1929년 한스 베르거가 도입한 EEG를 통해 가장 신뢰성 있게 읽힌다. 현대 의학은 먼저 기원에 따라 발작을 분류하는데, 초점 사건은 한쪽 반구에서 시작되고 전신 사건은 처음부터 양쪽 반구가 관여하며, 이는 국제뇌전증퇴치연맹이 2017년에 공식화한 어휘다. 전신성 유형 가운데, 발작후 혼란을 동반하는 격렬한 강직간대 발작과 특유의 3 Hz 극서파를 지닌 소리 없는 20초짜리 결신 발작은 같은 질환의 양극단에 자리한다. 휼링스 잭슨이 1873년 행진하는 경련에서 추론해낸 신체국소배열의 논리는 훗날 와일더 펜필드가 몬트리올에서 행한 각성 피질 지도화를 통해 눈앞에 드러났으며, 이는 호문쿨루스와 더불어 기능성 피질을 살린다는 수술 원칙을 낳았다. 환자의 약 70퍼센트는 1912년의 페노바르비탈에서 1999년의 레베티라세탐에 이르는 한두 가지 항발작제로 발작 소실에 도달하고, 약물 저항성의 나머지 3분의 1에게는 케톤 생성 식이요법, 미주신경 자극술, 측두엽 절제술이 확립된 선택지로 남아 있으며, 가장 중요한 실질적 교훈은 많은 발작이 결코 경련처럼 보이지 않는다는 것, 그래서 그 조용한 발작들, 곧 멍한 응시와 냄새와 기시감의 충격이야말로 알아보는 법을 배워둘 가치가 가장 큰 것이라는 점이다.