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  심리학 전공 후 직장생활을 하다 못다 이룬 꿈을 좇아 인지신경과학 공부에 도전한 박효진 박사. 박사학위 취득 후 박사후연구원(포닥) 생활을 온 가족과 함께 영국으로 떠나 새로운 도전을 시작한 그녀는 2017년 11월부터 버밍엄대학교 심리 및 인간 두뇌 건강 센터(CHBH)의 버밍엄 펠로우(Birmingham Fellow)로 일하며 인지신경과학, 시스템 신경과학 연구에 집중하고 있다. 늘 가슴 뛰는 일을 선택하며 새로운 도전을 거듭해 온 박효진 박사의 열정은 새로운 도전에 성장에 목말라 하는 젊은 의학도들에게 또 다른 공감으로 다가가고 있다.

Q. 인지신경과학 박사학위를 취득하셨는데, 동 분야를 선택하신 계기가 무엇인지 궁금합니다.

  경북대학교 심리학과를 졸업하고 서울대 인지과학 협동과정에서 서울대병원 핵의학과에 계시는 이동수 교수님 지도하에 인지신경과학으로 박사학위를 취득했습니다. 학부 시절, ‘뇌와 행동’이라는 전공과목을 공부하면서 인간의 인지 기능을 컨트롤하는 뇌에 대해 매료되어 다른 관련 서적들을 읽으면서 평생 뇌 연구를 해야겠다는 결심을 하게 되었습니다. 그러나 그 결심을 이행하기까지는 남들이 가는 트랙과는 조금 다른 길을 밟아온 것 같습니다. 여러 상황에 의해 직장 생활을 먼저 시작하게 되었고, 꿈이 강렬했던 만큼 선택에 대한 두려움도 있었던 것 같습니다. 그럼에도 불구하고 두려움과 어려움보다는 이루지 못한 꿈에 대한 미련이 더 크게 남아, 직장에서 만난 남편과 결혼 한 후 늦었지만 다시 공부를 시작하게 되었습니다.

  저는 뇌 영상 연구기법(MEG: Magnetoencephalography, fMRI: functional MRI)을 사용해 고위 인지기능을 연구하는데, 영상기법은 제가 학부과정에서 다루지 않은 분야라 많은 공부를 필요로 했습니다. 석·박사 통합과정이었는데 프로그래밍, 이미지 프로세싱, 시그널 프로세싱 등 새로 시작해야 할 공부들이 많았습니다. 그때는 그 시간이 결코 쉽지 않았지만 돌이켜 생각해 보면, 스스로 토닥여줄 수 있을 만큼 최선을 다하려 노력했던 것 같아요.

  특히 저를 지도해주셨던 이동수 교수님, 지금은 은퇴하셨지만 당시 강원대학교 심리학과에 계셨던 강은주 교수님, 랩 선배이신 강혜진 교수님 그리고 박사 논문 쓸 때 도움을 주신 서울대병원 신경외과의 정천기 교수님과 김준식 교수님, 랩에서 동고동락하면서 함께 어려움을 극복했던 후배들 등 많은 분들의 도움과 협력이 오늘날 저를 있게 했습니다. 이 빚은 앞으로 좋은 선배가 되어 저의 선배님들이 저를 이끌어 주신 것처럼 후배들에게 되갚아주고 싶습니다. 지금도 제 연구실 벽 한편에는 영국으로 떠나올 때 랩 동료들이 제게 주었던 카드가 걸려 있는데, 볼 때마다 한편 뭉클하고, 또 그때의 추억으로 미소 짓곤 합니다.

Q. 버밍엄대학교 심리 및 인간 두뇌 건강 센터의 버밍엄 펠로우로 계시다고 들었는데, 영국생활과 공부하시면서 힘드셨던 점이 있다면 무엇이었나요?

  박사학위 취득 후 해외에서 박사후연구원(포닥)으로 연구할 자리를 알아보게 되었는데, 감사하게도 영국 글라스고 대학, 캠브리지 대학, 캐나다 토론토의 병원에서 오퍼를 받았습니다. 이중에서 제가 하고 싶었던 분야와 조건이 맞는 ‘Institute of Neuroscience and Psychology, University of Glasgow’를 선택했습니다. 최소 5년 이상을 가족과 떨어져 살아야 하는 상황에서 많은 고민을 할 수 밖에 없었는데, 남편이 저와의 영국 생활을 선택하면서 직장을 그만두고 딸과 함께 온 가족이 영국으로 이거하게 되었습니다.

  처음 하는 외국에서의 공부였지만, 석·박사 과정 중에 쌓은 많은 국내외 학회 활동 경험으로 비교적 잘 적응했습니다. 무엇보다도 좋아하는 일을 계속할 수 있었기 때문에 더욱 힘을 낼 수 있었던 것 같습니다. 물론 포닥이라는 포지션이 주는 불안정감과, 또 온 가족이 이거하면서 제가 하는 일이 가족의 재정을 책임지는 일이었기에 미래에 대한 준비를 게을리 할 수 없었습니다. 감사하게도 계약종료 1년 전 버밍엄대학교 심리 및 인간 두뇌 건강 센터(CHBH)에서 ‘버밍엄 펠로우(Birmingham Fellow)’라는 정규직을 오퍼 받아 2017년 11월부터 일하게 되었습니다. 버밍엄 펠로우는 한국, 미국 시스템으로 치자면 조교수직(Assistant Professor)으로, 영국 시스템에서 동급의 lecturer에게 주어지는 강의와 행정이 5년 동안 면제되어 연구에 집중할 수 있도록 한 좀 특이한 직급입니다. 영국의 몇몇 주요 대학들이 REF(Research Excellence Framework)라는 중요한 대학 평가 잣대를 위해 최근 몇 년 전부터 비슷한 이름으로 이러한 직급을 신설하여 뽑기 시작했습니다.

  연구에 집중할 수 있다는 점은 가장 큰 장점이지만, 바로 그 점 때문에 상위 저널에의 논문 출판과 연구비 취득에 대한 기대가 매우 높습니다. 현재 저도 임용될 때 지급 받은 스타트업 펀딩을 바탕으로 하여 연구 활동을 하면서 논문 출판과 연구비 제안서에 모든 시간과 열정을 쏟아 붓고 있으며 제 연구 그룹 셋업이 진행 중입니다. 연구 자체는 매우 즐겁지만 프로베이션 기간 내에 해내야 한다는 압박감은 스트레스가 됩니다. 현재로선 이 점들이 제가 겪고 있는 어려운 점이라고 할 수 있을 것 같습니다. 모든 일에는 장단점이 있는 법, 가슴 뛰는 일이면서도 그 일에 대한 책임과 부담은 따르기 마련인 것 같습니다. 저는 스스로 만족하고 더 좋은 성과를 내기 위해서 긍정적이고 감사한 마음을 갖고 연구에 임하고 있습니다. 그러면서 앞선 길을 걸어가신 선배들로부터 많은 것을 배우고 익히려고 노력하고 있습니다.

Q. 인지신경과학 분야의 이슈는 무엇이며, 최근 박사님의 관심 연구 분야는 무엇입니까?

  제가 연구하는 인지신경과학(Cognitive Neuroscience) 분야는 시스템 신경과학(Systems neuroscience)라고도 할 수 있는데, 인간의 여러 인지 기능(의식, 감각, 지각, 주의, 기억, 언어, 의사결정 등)을 시스템적 관점에서 접근하여 연구하는 것입니다. 주로 뇌 기능 영상법(functional MRI, EEG; Electroencephalography, MEG; Magnetoencephalography 등)을 사용하는데, 저는 인간의 기억과 언어 기능을 주로 연구해 왔고 MEG를 사용하여 뇌에서 나오는 시그널을 봅니다. 그 중에서도 특정 주파수대 (frequency band)로 나누어지는 브레인의 리듬 활동을 연구하고 있습니다. 여러 브레인 영역에서 어떤 리듬 활동이, 혹은 여러 다른(fast and slow) 리듬 활동의 조화가 어떻게 기억과 스피치 활동을 매개하는지를 보는 거죠.

  특히 스피치 역시 여러 주파수대로 나눠지는 리듬적 특성을 지니고 있기 때문에 최근에는 우리 뇌 속의 리듬이 어떻게 외부 환경에의 스피치 리듬을 따라가고, 또 하향식(top-down)으로 예측하여 스피치의 이해를 높이는지를 청각적 스피치(auditory speech)뿐 아니라 시각적 스피치(visual speech; lip movement)에서도 연구해 왔습니다. 예를 들어, 아주 시끄러운 카페나 칵테일파티에서 친구와 얘기할 때 친구의 입술 모양을 따라가며(lip-reading) 듣는 것이 도움이 되는데, 그때 뇌의 시각 정보와 청각 정보를 담당하는 영역에서 나오는 리듬 활동의 상호작용을 연구하는 것입니다.

  이 분야의 연구 주제는 특별히 유행이 있다거나 이슈가 없기 때문에 제가 인지 기능분야에서 스피치에 집중하는 것처럼 연구자들은 각자 관심분야에서 여러 수준으로 접근해 그 분야를 깊게 파고듭니다. 다만, 인지 기능분야 역시 연구방법이나 기법들은 깊게 연구하는 분들에 의해 더 나은 기술들이 개발되기 때문에 기능도 더 깊게 이해할 수 있게 됩니다. 예를 들어, 기존에는 음절, 단어, 간단한 문장 정도만을 사용하여 뇌 활동을 기록하고 연구할 수 있었다면, 이제는 분석 방법의 발달로 우리의 실제 현재 생활에서 쓰이는 자연스럽고 긴 스피치를 이해할 때나, 더 나아가 서로 대화하는 두 브레인의 상호작용 활동을 연구할 수 있게 되었습니다.

Q. 인지신경과학이 인간 생활에 어떠한 영향을 미치며 연구하시면서 일화가 있다면 무엇인지 소개 부탁드립니다.

  인간의 뇌 활동을 연구하는 것은 단순히 뇌 기능에 대한 이해뿐 아니라, 복잡하고 다양한 서로 간의 사회적 기반의 상호 작용을 이해할 수 있는 기초가 됩니다. 예를 들면 게임 이론에서 왜 인간이 때로 불합리한 의사 결정을 내리는지에 뇌 신경망 연구는 사회 속에서의 인간의 복잡성을 이해하고 더 나은 시스템적 구조를 갖추는데 기여할 수 있을 것입니다. 더 나아가, 많은 뇌 관련 질환의 숙제를 풀어나가는 데는 말할 것도 없고, 직접 환자를 대상으로 하는 임상적 연구뿐 아니라 정상인을 대상으로 하는 기초적인 연구는 환자를 대상으로 한 임상적 연구 결과를 해석하고 치료 방법을 개발하는데 필수 불가결한 요소입니다. 제가 하는 연구 분야에서 말씀 드린다면 정상인을 대상으로 한 스피치 이해 동안의 뇌 리듬 활동에 대한 연구 결과가 언어 중추 기능이 손상된 뇌졸중 환자들의 언어 기능 재활 치료 기법에 사용될 수 있다는 점이 최근 논문에 보고되었습니다.

Q. 한국이 그립지는 않으신지, 영국생활을 버티게 하는 원동력은 무엇인지 궁금합니다.

  영국에 오기 전까지만 해도 입맛도 사고도 누구보다도 토종 한국인이었던 제게 타지생활은 분명 만만치 않은 일이었습니다. 다행이 남편, 딸과 함께 생활하면서 외로움은 덜 느꼈지만 한국에 계시는 다른 가족들이 그리울 때는 종종 있었지만 이제 5년쯤 이곳에서 생활하다보니 많이 적응된 것 같습니다. 더욱이 주변에 한국인들이 많이 계셔서 한국 음식도 나눠먹고 일상에서 서로 도우며 살다보니 많은 위안이 되는 것 같습니다. 많은 연구 활동과 영국에서의 오랜 생활에서도 힘을 낼 수 있었던 저의 원동력은 가족입니다. 특히 공부하는 아내를 써포트하겠다고 직장을 그만두고 와서 하우스허즈번드로 집안일과 육아의 많은 부분을 담당하고 있는 남편이 있었기에 제가 이 힘들고 어려운 길을 달려올 수 있었음이 분명하고 또 앞으로도 나아갈 수 있을 거라 생각합니다. 또 말할 수 없는 좌절과 힘듦이 찾아올 때 딸아이를 보면서 위로를 얻고 다시금 용기를 냅니다. 또한 한국에 계시는 부모님들의 지지와 기도가 저희에게 큰 힘이 되고 있습니다.

Q. 영국과 한국의 연구 환경은 어떠한 차이가 있으며 장단점은 무엇일까요?

  저의 한국에서의 연구 활동은 석·박사 과정 중에의 경험이 대부분이고, 이곳 영국에서는 포닥 시절 경험과 현재 이제 정규 트랙으로서 초기 경험이 대부분이라 두 곳의 연구 환경을 비교하는 것에는 한계가 있을지도 모르겠습니다. 학생 시절에 보고 느낄 수 있는 것과 그 이후의 관점은 다를 수 있으니까요. 제 분야(cognitive neuroscience)에서 한 가지 눈에 띄는 것은 이곳 영국에서는 제법 규모 있고 명성 있는 대학들에 거의 모든 연구 시설(MRI, MEG, EEG, TMS, fNIRS 등)을 갖춘 연구 센터들이 자리 잡고 있다는 것입니다. 제법 규모가 크고 큰 재정적 지원이 필요하기 때문에 연구 중심적으로 돌아가지 않으면 지원이 불가능하죠. 제가 학생으로 있을 시절, 이러한 뇌 영상 시설들은 주로 병원에 있었고 그래서 저도 병원에서 연구를 했었습니다. 지금은 한국에서도 몇몇 대학과 연구소들에 이런 센터들이 생기고 있다고 들었습니다. 제가 주로 사용하는 MEG를 예로 들자면 한국에는 현재 두어 대 정도가 있는 것으로 알고 있지만 이곳 영국에는 10개 정도의 큰 대학들이 보유하고 있고, 활발한 연구와 교류를 진행하고 있습니다. 이런 점들이 제가 현장 중심적으로 느끼는 차이점이라고 생각이 됩니다. 그러나 환자를 대상으로 한 임상적 연구를 생각하면 당연히 병원에서 임상 전문의와의 협력을 필요로 하는데, 이곳 시스템을 보자면 그러한 기초-임상 연구 협력 시스템은 한국이 더 빠르고 잘 구축되어 있다고 생각이 듭니다.

Q. 한국인으로 해외에서 하는 연구 활동은 쉽지 않을 것 같은데 현지 연구팀, 동료, 교수 등과의 관계는 어떠하고 무엇이 힘드신지 궁금합니다.

  제가 있는 버밍엄 대학은 최근 제 연구 분야뿐 아니라 다른 분야 역시 연구 시설과 인력에 대한 막대한 투자와 확대가 활발히 진행되고 있어서 연구 환경과 기반이 잘 갖춰져 있다고 생각됩니다. 비슷한 분야의 동료들이 미팅도 자주 하고 활발히 교류를 하면서 서로 간에 아이디어도 나누고, 이렇게 모여진 아이디어로 연구 제안서를 함께 제출하기 때문에 분위기도 자유롭고 서로 간에 의사소통에 위계가 느껴지지 않는 점이 좋은 것 같습니다. 특히 직급에 상관없이 다 동료로 통하다보니 교류가 좀 더 쉽고 근무 시간이나 환경에 큰 제약도 없습니다.

연구란 끝없는 아이디어와 과제, 실험과 분석, 논문작성이 계속 이어지기 때문에 집에서도 심지어 꿈에서도 일에 대한 생각의 흐름이 멈추지 않을 때가 많습니다. 그러다 보니 업무 관계자들보다도 가족에 대한 미안함이 클 때가 많습니다. 이제는 연구에 대한 열정만큼 부담과 책임도 커진 자리라 앞으로 몇 년 동안은 시행착오를 겪으며 적응해야 하지 않을까 생각합니다.

Q. 끝으로 박사님께서 향후 확대하고 싶은 연구 분야와 연구 계획은 무엇일까요?

  현재 진행 중인 주요 연구는 스피치 인식 중의 브레인 리듬 활동이 매개하는 뇌의 정보 처리 시스템이 어떻게 스피치 이해를 가능하도록 하는지, 그리고 수동적으로 듣고 이해하는 것뿐 아니라 어떻게 하향식 정보 처리(top-down information processing)로 아직 듣지도 않은 단어나 컨텍스트를 예측 가능하도록 하는지를 연구하고 있습니다. 우리의 뇌는 놀랍도록 예측 가능한 시스템이죠. 효율적인 예측을 위해서 에러를 최소화하도록 최적화 되어 있는 정보 처리 기관이라고 할 수 있습니다. 앞으로는 이러한 브레인의 정보 처리 시스템을 컴퓨터 사이언스의 스피치 인식에 최적화된 딥 러닝 알고리즘과 연계하여 연구하고자 합니다.

  인공지능(AI) 분야의 딥 뉴럴 네트워크 모델(Deep neural network model)은 아시는 것처럼 원래 생물학적 뉴럴 네트워크 모델에서 영감을 받아 발전해왔습니다. 최근 이 딥 러닝 알고리듬이 보여주는 놀라운 성과는 굳이 말을 하지 않아도 될 것 같습니다. 뇌를 굳이 모델로 하지 않고서도 뇌의 수행 능력과 비슷하거나 혹 더 나은 성과를 보여주었습니다. 그도 그럴 것이 뇌의 정보 처리 계산 과정에 대한 연구 역시 이제 시작 단계일 뿐이고, 아직도 모르는 것이 너무 많습니다. 그럼 뇌는 어떻게 딥 러닝 모델이 필요로 하는 GPU 등의 자원과 같은 엄청난 정보 처리 능력을 보유하고 있을까요? 그것도 엄청난 속도로요. 예를 들어 위에 말씀 드린 예와 같은 칵테일파티 현장에서 우리는 별 노력과 시간을 들이지 않고도 내가 원하는 대로 내가 듣고 싶은 사람의 이야기를 선별하여 주의 집중하고 이해할 수 있습니다. 주변의 다른 소리들을 잘 차단하면서요. 옆에 있는 또 다른 사람의 이야기에 나의 주의 집중을 옮기는 것도 그리 힘든 일이 아닙니다. 우리는 너무나 당연하게 받아들이지만 뇌과학자의 입장에서 뇌를 들여다보면 이것은 놀라운 정보 처리 능력입니다. 이러한 뇌의 정보 처리 과정을 이해하기 위해서 이제 뇌과학자들이 딥 뉴럴 네트워크를 들여다보기 시작했습니다.

  최근에 이미지 자극을 처리하는 딥 뉴럴 넷의 구조가 영장류뿐 아니라 인간의 시각 정보를 처리하는 뇌의 위계적인 정보 처리 구조와 상당히 닮아 있다는 것이 보고되고 있습니다. 뇌의 계산 과정과 이 딥 러닝 모델의 계산 과정이 반드시 같다고 생각하진 않습니다. 그러나 이러한 유사성을 볼 때 이러한 연구 결과로 뇌의 해부학적, 기능적 위계 구조상에서 이루어지는 복잡한 계산 과정을 더 잘 이해할 수 있을 것으로 기대되고요, 그뿐 아니라, 앞으로 어떻게 사람의 뇌가 효율적인 정보 처리를 잘 할 수 있는지를 알게 되면 앞으로 그 결과를 인공지능 시스템에도 적용할 수 있지 않을까요. 저는 특히 인간의 인지 과정 중 주기적으로 발생하는 리듬 활동이 정보 처리 과정을 매개할 것이라는 가정을 가지고 이러한 뇌의 계산 과정을 연구하려고 하고 있습니다. 뇌 연구와 인공지능 연구 간에 시너지 효과를 창출해낼 수 있지 않을까 기대하고 있습니다.