운동조절(motor control)을 이해하기 위한 동적시스템이론(dynamic system theory)

김형욱의 칼럼언어

 이전의 글들을 통해서 운동조절(motor control)에 대한 이야기들을 많이 다루었지만, 어떤 특정한 이론(theory)을 소개했던 적은 없습니다. 그리고 많은 사람들은 이에 대해 구체적인 관심도 그다지 크지 않습니다. 이것은 아마도 운동조절(motor control)을 설명하는 이론(theory)들에 대해 필요한 지식적 기반과, 나아가 움직임(movement)을 생성(creation)해내는 데에 있어 심화된 형태의 사고를 갖추지 않았기 때문일 겁니다.
 이번 글에서는 운동조절(motor control)의 전통적인 이론(traditional theory)이라고 할 수 있는 동적시스템이론(dynamic system theory)을 소개합니다. 물론 전통적인 이론(traditional theory)인 만큼, 현대적으로 강조되고 이론(theory)들은 따로 존재하는 것들이 많습니다. 하지만 아무래도 앞선 학자들의 이론(theory)들이 후대의 학자들에게도 영향을 끼쳤을 것이며, 또한 이전의 이론(theory)들을 통해서 우리는 운동조절(motor control)에 대한 폭넓은 가능성을 시사할 수 있게 할 것입니다.

 

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 운동조절(motor control)에는 언제나 신경계(nervous system)가 따른다.

 인간이 발휘하는 능력(ability)들은 이미 조직화(organization)되어있습니다. 그리고 이런 조직화된 능력(organizated ability)들은 변화되기도 합니다. 그래서 우리가 무언가 특별한 활동(activity)이나 훈련(training)들을 통해서 그것들의 능력(ability)을 발달(development)시켜나갑니다. (여기에서의 발달(development)이란 개인에게 있어 신체적으로 좀 더 안전(safety)하거나 에너지(energy)를 끌어쓰기에 효율적인, 혹은 익숙한 패턴(pattern)으로 입력(input)되어 반응(reaction)하기에 더 적은 에너지(energy)가 소비(consumption)되는 형태로 진행되는)

호문쿨루스(homunculus)로 보는 신경계(nervous system)와 운동조절(motor control)

운동피질(motor cortex)을 이해하면, 인간 움직임(human movement)도 이해할 수 있습니다.

 이것은 이전의 여러 글들을 통해서 신경의 지도화(neuro mapping)으로 비유해왔고, 이런 신경 지도화(neuro mapping)에 따라 자극(stimulation)과 반응(reaction)의 과정이 산출될 때, 지도화된 체계(mapping system) 아래 중추신경계(central nervous system)와 연결(link)된 신체 조직(tissue)들이 지속적으로 중추(central)와 소통하며, 상위 체계(upper system)로부터 전달(delivery)되는 정보(information)를 토대로 능력(ability)을 발휘합니다. 당연히 이러한 과정 중의 다른 시스템(system)도 함께 참여하겠지만, 그중 가장 많은 영향력을 행사하는 것이 신경계(nervous system)입니다. 운동조절(motor control)을 위해서는 위와 같은 일련의 과정이 필연적으로 수반되며, 또한 이와 긴밀한 관계에 놓여있는 운동학습(motor learning) 역시 신경계(nervous system)로부터 기억화(memorization)된 입력(input)이 한몫합니다.

 동적시스템이론(dynamic system theory)

 동적시스템이론(dynamic system theory)은 서론에서 밝혔던 것처럼 전통적인 신경계(nervous system) 이론(theory)입니다. 이것은 니콜라이 번스타인(Nikolai Bernstein)에 의해 주장되었습니다. 이것은 '동적(dynamic)'이라는 용어 때문에 운동조절(motor control) 자체가 동적(dynamic)이라고 느껴질 수 있지만, 그가 주장한 이론(theory)의 핵심적인 내용은 운동조절(motor control)이 환경(environment)에 따라 동적(dynamic)으로 발휘된다는 것입니다.

 환경(environment)에 따른 운동조절(motor control)

 이것은 우리가 처한 환경(environment)의 상황에 따라서 운동조절(motor control)이 빠르게 변화됨을 의미합니다. 그래서 니콜라이 번스타인(Nikolai Bernstein)은 이러한 느낌의 언어적인 표현을 동적(dynamic)'이라 정의 내린 것입니다.
 신경계(nervous system)에서 (움직임(movement)을 포함하여) 특정한 기능(function)을 발휘하기 위해서는, 말초(peripheral)로부터 감각 자극(sensory stimulation)을 수용(input)한 뒤, 중추(central)로 전달(delivery)하여 그것들을 해석(interpretation)한 뒤, 다시금 해석(interpretation)된 정보(information)를 토대로 말초(peripheral)가 일련의 반응(reaction)을 일으키기 위한 명령(order)을 내보냅니다. 이것은 우리들이 신경계(nervous system)의 기본적인 전달 과정(delivery process)을 다룰 때 학습(learning)하게 되는 내용입니다. 하지만 니콜라이 번스타인(Nikolai Bernstein)은 조금은 다른 이야기를 서술했습니다. 말초(peripheral)로 주입(input)되는 모든 정보(information)가 위와 같은 과정들을 반드시 거치는 것이 아니라, 그러니까 외부로부터 주입(input)되는 모든 정보(information)가 반드시 두뇌(brain)까지 전달(delivery)되어 특정한 프로그래밍(programming)을 거치지 않는다는 것입니다. 이것은 뇌(brain)까지 도달했다가 다시 돌아오기 위한 시간이 언제나 충족될 수 있을 만큼의 환경적 상황(environmental situation)이 따라오지 않는다는 것입니다.

 환경(environment)을 충족시키기 위한 시간

 환경(environment)을 충족시키기 위한 충분한 시간이 허용될 때에만 말초의 정보(peripheral information)는 중추(central)를 찍고 다시 들어올 수 있습니다. 그러나 그만큼의 시간이 허용되지 않을 때에는 중추(central)를 찍고 다시 들어올 수 없습니다. 그러니 운동조절(motor control)을 발휘하는 데에는 그만큼 제한(limit)될 수밖에 없습니다.
여기에서 그는 운동조절(motor control)되는 것이 중추(central)가 아닌, 아예 말초(peripheral)에서부터 나오는 것과 같은 느낌이 들 정도로 빠르게 변형시키는 능력(modify ability)을 인체에서 발휘할 수 있다고 강조합니다.

 서로 다른 상황에서의 운동조절(motor control)

 중립 자세(neutral position), 그러니까 편안한 상태에서 들어 올려졌던 팔(arm)을 내릴 때(extension)에는 삼각근(deltoids)이 신장성 수축(eccentric contraction)을 발휘하면서 (동시에 중력(gravity)으로부터 전해지는 외력(external force)을 조절(control)하면서) 팔(arm)을 내리게 됩니다.(extension) 그런데 만약 같은 동작을 수행한다고 했을 때, 외부적인 저항(external resistance)이 추가적으로 가미된다면 어떻게 될까요. 이때에는 어깨관절(shoulder joint)에서의 강력한 내전근(adductors)인 광배근(latissimus dorsi)이 더 높은 활성도(activity degree)를 나타내면서 팔(arm)을 내려야만 할 것입니다.(extension) 그리고 이것은 앞선 상황에서 삼각근(deltoids)이 신장성 수축(eccentric contraction)을 수행하며 팔(arm)을 내리는 것(extension)보다 비교적 빠른 속도(speed)로 진행될 것입니다. (실제로 움직임(movement)의 속도(speed)가 다르다 하더라도, 후자의 경우 저항(resistance)을 이겨내고자 하는 관점에서 내전근(adductors)이 빠르게 활성화(activation)되기 때문에)
 앞선 두 가지의 예시로 든 사항들이 서로 다른 환경(environment)입니다. 이때 이와 같은 환경(environment)은 너무 희귀할 정도로 익숙하지 못한 환경(environment)은 아닙니다. 그러니까 우리가 의식하지 못하는 순간에서도 끊임없이 발휘되었던 모든 환경(environment)적 상황인 셈입니다. 니콜라이 번스타인(Nikolai Bernstein)은 이렇게 익숙할 정도로 서로 다른 다양한 환경(environment)에서는, 매번 효율적인 운동조절(motor control)을 이끌어내기 위해 말초(peripheral)에서 중추(central)까지 꼭 타고 흐르는 것이 아닌, 그것을 관절(joint) 자체적으로 감지(perception)할 수 있는 정보(information)만으로도 위와 같은 서로 다른 환경(environment)에 적응적 반응(adaptive reaction)을 일으킴을 주장합니다.

 이야기되지 않은 동적시스템(dynamic system)

 그래서 그의 신경계(nervous system) 이론(theory)에서 다루는 동적시스템(dynamic system)은 중추(central)에서의 기능(function)만큼 말초(peripheral)에서의 기능(function)을 강조합니다. 앞서 예시를 들어가면 서술한 것처럼 말초(peripheral)만으로도 서로 다른 환경 상황(environmental situation)에 최적으로 부합될 수 있는 반응(reaction)을 이끌어낼 수 있기 때문입니다. 그런데 중요한 것은 이런 능력(ability)이 구현되기 위해서는, 이런 동적시스템(dynamic system)이 효과적으로 구현되기 위해서는 훈련(training)이 필요합니다. 훈련(training)이라는 것은 우리가 지금 하고 있는 운동(training)을 의미합니다.
 운동(training)은 기본적으로 움직임(movement)과는 다르기 때문에, 운동(training)을 수행하는 과정에서 우리가 맞이하게 되는 환경(environment)은 첫 환경(environment)의 경험이라고 할 수 있습니다. 그러니까 이때 당시에는 동적시스템이론(dynamic system theory)에서 이야기하는 능력(ability)을 수행해내기에, 인체는 그러한 형태로 발달(development)되지 않은 상태입니다. 하지만 운동(training)이 진행될수록 (운동(training)이 비교적 반복적인 환경 상황(environmental situation)에서 진행되는 만큼) 동적시스템(dynamic system)을 구현해내기 위한 능력(ability)이 점차적으로 함유된다는 것입니다. 그러나 이것은 이러한 과정을 거치게 되는 운동(training) 또한 하나의 동작으로만 수행되는 것은 동적시스템(dynamic system)을 구현할 수 없음을 강조합니다. 이것은 동적시스템(dynamic system)을 구현하기 위해서는 반복된 훈련(repeated training) 경험이 수반되어야 하지만, 그러한 과정을 거치게 되는 환경 상황(environmental situation)이 운동(training) 자체적으로 봤을 때 매번 같은 모션(motion)이어서는 안 된다는 것을 의미합니다. 그렇지 않고서는 환경(environment)이 동적으로 학습(learning)되지 않기 때문입니다. 최대한 다양한 모션(motion), 그러니까 다양한 변수들을 지니고 훈련(training)을 수행해야만 동적시스템(dynamic system)이 적절히 구현되기 위한 능력(ability)이 발달(development)되는 것입니다.

 관절(joint)에서의 수용기(receptor)들이 느끼는 감각(sense)

 그래야만 관절 내부(internal of joint)에 위치하고 있는 수많은 수용기(receptor)들이 최대한 많은 감각(sense)들을 감지(perception)하게 될 것이며, 이들의 능력(ability)이 향상되고 장기화될 때 관절의 수용기(joint receptor)만으로도 동적시스템(dynamic system)을 구현해내게 됩니다. 이것이 니콜라이 번스타인(Nikolai Bernstein)이 주장한 이론(theory)의 내용입니다.
 그래서 결과적으로 그는 운동(training)의 총량(total amout)뿐만 아니라, 운동의 모드(training mode)를 보다 더 강조합니다. 다양한 모드(mode)에 인체가 노출(exposure)될수록, 그리고 운동(training)이 노출(exposure)될수록 동적시스템 능력(ability of dynamic system)이 발달(development)하기 때문입니다. 때문에 단일적인 방향으로만 훈련(training)을 수행하는 방식은 효과적이지 못합니다.

스트레칭 운동(stretching training) 및 고립운동(isolated training)에 대한 기능해부학(functional anatomy) 썰

 그래서 이전의 글에서 이와 같은 이야기를 시사하는 글을 작성하기도 했습니다. 위에서 링크한 글의 주제는 본 포스팅의 주제와는 상이할지 몰라도, 말미에 운동(training)이 감각(sense)을 적응(adaptation)시킨다는 관점에서는 같은 맥락을 시사하기도 합니다.

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김형욱이 읽어주는 '운동조절(motor control)을 이해하기 위한 동적시스템이론(dynamic system theory)'

 우리 인간은 운동조절(motor control)에 대해 다양한 방식으로 신경계(nervous system)가 작동합니다. 그리고 이러한 근거들을 찾기 위한 학자들의 연구와 임상은 현재까지도 진행되고 있습니다. 아주 단편적인 부분에서는 어느 정도 밝혀냈을지는 몰라도, 실로 근원이 될만한 영역에는 아직 밝혀낸 바가 없습니다. (개인적으로는 앞으로도 밝혀내지 못할 것이라고 생각하지만) 분명한 것은 너무 많은 체계(system)들이 복잡한 형태로 아우러져 반응(reaction)이 도출될 것입니다. 그러한 관점에서 우리는 최대한 많은 운동조절(motor control)에 대한 이론(theory)을 살펴볼 필요가 있습니다. 그래야만 학자들이 주장한 내용들을 토대로, 인체에서 발휘될 수 있는 또 다른 기능적 가능성을 염두에 둘 수 있기 때문입니다.

 

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