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새로운 도전, 생체음향의학의 세계 ③

즐거움, 행복의 원천은 무엇인가?

  • 입력 2020.04.13 10:02
  • 기자명 박경규 의공학 박사
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[엠디저널] 삶에 즐거움과 행복감을 주는 엔도르핀(Endorphin), 세로토닌(Serotonin), 
관여하는 힘의 원천은 무엇인가? 
가청주파수 내의 음악을 잘 골라 듣는 것만으로도 ...


소리(Sound)에는 사람이 들을 수 있는 소리도 있지만, 듣지 못하는 소리도 있다. 지난 호에 듣지 못하는 소리를 이용해 개발된 의료기기를 통한 첨단 현대의학의 치료활용에 대해 살펴봤다. 이번 호에는 들을 수 있는 소리 속에 숨은 에너지와 의학적 백그라운드를 들여다 본다. 
우리의 생체는 들을 수 있던 들을 수 없던 간에 외부의 소리에 큰 영향을 받는다. 다시 말해서 우리 몸은 외부 소리에 의해서 심리적인 요인으로 작용, 생리적 현상이 일어난다. 생체에 유익한 소리든 아니든 외부소리에 민감하게 반응한다. 만약 좋은 소리를 찾아서 들을 수만 있다면 그 자체가 건강을 지키는 일이다. 그것은 우리 생체의 조직을 들여다 보면 쉽게 이해할 수가 있다. 

인체시스템 / 출처:디지털바이오
인체시스템 / 출처:디지털바이오

우리의 몸은 얼른 보기엔 매우 단단하고 튼튼해 보이지만 인체 내부를 들여다 보면 매우 연약하기 그지없다. 씨름선수나 레슬링선수들의 운동경기를 바라보면 마치 바위를 뚫을 것처럼 강해 보인다. 어떤 외부의 충격에도 무너지지 않고, 어떤 질병에도 쉽게 걸리지 않을 성 싶다. 하지만 해부학적 측면에서 각 기관을 살펴보면 그렇지 않다. 불면 날아가듯 가는 종이처럼 찢어질 듯 생체기관들이 연약하기 그지없다. 하지만 우리 몸 체계(body system)가 정상적으로 작동하면 그 힘은 대단하다. 신경학적 생리학적 측면과 근육조직, 면역과 항상성 유지기능 등 각 계통별 체계적인 작동에는 혀를 내두를 정도로 놀라지 않을 수 없다. 이 모든 인체시스템의 자동은 외부환경이 정상적일 때 가능하다. 
흔히, ‘건강하다, 건강하지 않다’ 라고 하는 것은 호르몬의 분배가 제 역할을 하는지 그렇지 않는지에 따라 결정된다. 신비에 싸여있는 우리 생체의 호르몬 시스템, 특히 뇌신경전달물질에 대해 아직도 밝혀진 것은 빙산에 일각이다. 특히, 뇌 신경전달물질은 1921년에 독일의 생리학자 오토뢰비(Otto Loewi)의 개구리 심장실험을 통해 심장과 장에 붙어있는 일종의 부교감신경인 미주신경(Nervus vagus)의 존재가 아세틸콜린(acetylcholine)임이 발견되어 현재까지 100여 종류나 발견되었다. 현재의 평균 수명이 늘어나는 데 역할이 크다. 뇌의 신경전달 물질이 의과학자들에 의해 발견될 때마다 미궁에 빠져있는 질환들이 하나둘씩 그 베일이 벗겨지고 있는 것이다. 뿐만 아니라, 신경전달물질을 통한 역사적인 업적을 남긴 사람들의 성향분석으로 인하여 앞으로의 인간 미래의 삶의 패턴을 유추할 수도 이르게 되었다. 뇌신경전달물질은 우리 몸 신경계에서 뉴런과 뉴런 사이, 뉴런과 근육 사이의 메시지를 전달하는데 사용되는 천연 화학물질로 생체촉진, 억제 및 조절제로써 매우 중요한 역할을 한다. 

세로토닌의 구조
세로토닌의 구조

그중에서 중요한 몇 가지 호르몬만 언급하면, 뉴런의 지나친 활동을 억제하여 불안, 의기소침, 두려움, 스트레스를 해소시켜주는 가바(GABA), 감동을 받았을 때 기쁨을 느끼게 하며 노화를 방지하고 면역력을 높여주는 모르핀의 5~6 배의 진통효과를 나타내는 <베타 엔도르핀>, 마음의 평화를 주는 신경전달물질로 장에서 90%가 분비되고 뇌에서는 10%만 분비된다는 <세로토닌>, 특히, 화를 내거나 긴장할 때 분비되는 신경전달물질로 알려진 <에피네프린>류의 <노르아드레날린>이나 <아드레날린>은 자연계에 존재하는 독성 중에서 독사의 독 다음으로 독성이 강하지만, 분비량이 수십억분의 1g 정도로 혈관을 수축시킨 후 바로 분해되므로 사람이 죽지 않는 특성을 지닌 이라한 신비의 <뇌 신경전달 물질들>- 우리의 몸을 움직이는 핵심적인 역할을 하는 뇌 신경전달물질들의 역할과 호르몬체계는 청각을 통해서 수용하는 외부 소리에 의하여 크게 좌우된다는 사실이다. 하지만 우리는 이를 대수롭지 않게 여기고 있다.

시상하부와 뇌하수체
시상하부와 뇌하수체

인체시스템은 오감(five senses)을 통해서만 외부정보를 입수할 수 있고, 그 결과 생체반응은 일어난다. 그 중에서 청각시스템은 뇌 신경전달물질방출에 기여한다. 귀로 들을 수 있는 소리에는 다양한 에너지가 담겨지고, 미세한 웨이브에 실려진 정보는 청각기관을 거쳐 뇌에 전달된다. 20~2만 헤르츠 가청주파수(Audible frequency)내의 각각의 미세한 웨이브를 통해 담겨진 에너지는 시상하부 내(Pituitary gland) 생체활동에 의해 분석되어 체내에 명령을 내린다.

청소년수면에 소리가 지닌 값에대한 뇌파측정실험장면
청소년수면에 소리가 지닌 값에대한 뇌파측정실험장면

순간적으로 기관 내 수천 수억 개의 신경조직망의 시냅스작용을 통하여 신경전달물질이 작동된다. 지구상 어느 정보기관도 그런 역할을 할 수가 없다. 우리 뇌는 무게가 평균 1.5kg 내외로 몸무게의 약 2.5%밖에 되지 않지만 우리 몸의 산소 소모량과 혈류량의 20%이상 차지한다. 주름잡혀져있는 뇌를 펼치면 신문지 반장 정도의 작은 면적이지만, 뇌의 단 몇 ㎜의 크기라도 손상된다면 의미 있는 삶은 존재할 수가 없다. 이러한 조직을 순식간에 한 개의 신경세포는 수만 개의 신경세포와 정보를 주고받게 하는 것은 이러한 정보 교신을 담당하고 있는 주역이 바로 화학물질인 신경전달물질(neurotransmitter)이 존재하기 때문이다

생체음향을 적용한 헤드셋착용장면
생체음향을 적용한 헤드셋착용장면

생체음향의학(Bio acoustic Medicine)이란 가청의 주파수 내의 소리와 듣지 못하는 초음파와 초저주파로 분류되는 기체, 액체, 고체 내 모든 물리적 사운드(wave)을 의과학적으로 연구하는 분야이다. 모든 물체가 지닌 고유의 진동(Frequency)처럼 각 음도 음마다 고유의 값을 지니고 있다. 이 고유의 진동음향의 값은 변하지 않지만, 어떤 소리와 음정관계를 유지하느냐에 따라서 또 다른 값을 갖는다. 이는 지구 생명체의 고유 주파수 슈만공진도 무관하지 않다. 이런 고유 주파수의 객관적인 값을 지닌 소리들은 우리 생체가 수용하는 환경, 다시 말해서 우리가 청각기관을 통해 듣고 느끼는 생체 값은 사람마다 다르다. 이를 심리음향학(Psycho acoustics)적 측면에서의 음향의 값이라 한다. 사람마다 소리에 대한 주관적인 인지의 차이가 존재하기 때문이기도 하지만, 물리적인 소리를 사람의 청각을 통해 음악이나 소리를 지각하는 과정에서 변수가 존재하기 때문이다. 

심리음향학의 임계주파수개역폭을 가지는 협대역음의 중심주파수에 따른 샤프니스값의 변조주파수
심리음향학의 임계주파수개역폭을 가지는 협대역음의 중심주파수에 따른 샤프니스값의 변조주파수

또한 소리의 물리적인 측면에서 소리의 세기, 크기, 고저, 음압, 진폭과 감성적인 측면에서 소리의 강약과 셈여림, 소리의 명암 등 생체의 수용은 다르다. 심리음향학 측면에서는 사람이 느끼는 소리의 크기에 대한 심리적 지수는 음파의 진동, 진폭의 크기 및 음색에 의해서 결정된다. 소리의 감각적인 크기(loudness)를 소리의 물리적인 세기(intensity)와 분명히 구별하고, 청각기에 들어오는 소리의 세기 즉, 음압에 의해서 결정되지만, 청각기의 감도(感度)는 주파수에 따라 다르므로 소리의 감각상의 크기와 음압과의 관계는 매우 복잡하다. 음의 예민도를 다루는 샤프니스(Sharpness)값과 음의 거칠기인 러프니스(Roughness)값은 심리음향학 측면에서 다루며 각각의 소리의 값과 두 소리가 합성될 때, 발생되는 소리의 주기(beating)현상을 정량화한 지수다. 가청주파수내의 일정한 소리에 대한 정량화된 값도 존재한다. 물리적인 측면에서의 사운드가 지닌 에너지의 값과 심리적 음향학 측면에서의 생체음향의 값을 총체적으로 병합하여 각 영역별로 다양한 정보들을 정량화하는 보다 더 임상적인 연구자료 데이터가 필요로 할 뿐이다. 
미국의 생리학자 클리치리 & 핸드슨(Clrichiri & Handson) 박사는 음악은 언어와는 달리 뇌의 청각 회백질을 통해 직접 반응해 말(words)은 논리적, 분석적이지만 음악은 저항 없이 수용하므로 축적된 기억의 흐름을 활성화시키고, 조용한 음악은 펩타이드(Peptide) 호르몬을 생산하므로 통증클리닉에 효과적이라고 강조한다. 또한 자폐증(autism) 등 대상으로 임상연구결과 음악을 적용하여 효과를 얻은 경우가 수도 없이 많다. 최근 불면증, 이명(耳鳴)에도 약물이 아닌 비침습적인 생체음향치료법이 효과를 보고 있다. 정량화된 음(wave)으로 맞춤형 치료법이 대중화할 날이 멀지 않았다. 

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