EEG 미시상태(Microstate): 생각의 원자

'EEG 미시상태(Microstate)'를 "생각의 원자(Atoms of thought)"라고 부르는 이유와 그 구체적인 내용에 대해 설명합니다.

1. EEG 미시상태란 무엇인가?

먼저, EEG(뇌파)는 두피에 전극을 붙여 뇌의 수많은 뉴런 그룹이 동시에 활동하며 발생하는 전기장(Electric Field)을 측정하는 기술입니다.

EEG 미시상태(Microstate)는 이 뇌 전체의 전기장(Electric Field)이 순간적으로 안정된 상태를 유지하는 특정 공간적 패턴(Spatial Pattern)을 말합니다.

• 이 '안정된 패턴'은 약 60~120밀리초(ms) (1초의 1/10초 내외)라는 매우 짧은 시간 동안 유지됩니다.
• 그러다가, 이 패턴은 다른 안정된 패턴으로 순간적으로 '도약'(abruptly transition)합니다.
• 즉, 뇌의 전기적 활동은 부드럽게 연속적으로 변하는 것이 아니라, '탁-탁-탁' 끊어지는 이산적인(discrete) 상태들을 빠르게 오간다는 것입니다.

2. 왜 "생각의 원자 (Atoms of Thought)"인가?

이 비유는 뇌의 활동과 의식의 흐름을 바라보는 방식을 근본적으로 바꿔놓았습니다.

 

영화 필름의 비유:

    우리는 '의식의 흐름(stream of consciousness)'이라는 말처럼, 우리의 생각이 부드럽게 이어지는 '강물'이나 '동영상' 같다고 느낍니다. 하지만 뇌의 기본 활동은 사실 '영화 필름'과 같습니다.

• 영화 필름 한 컷 (A Single Frame) = 'EEG 미시상태' (하나의 안정된 패턴)**
• 영사기 (The Projector) = 뇌의 시간적 역학
• 우리가 보는 영화 (The Movie) = '의식의 흐름' (연속적인 생각)

    즉, 'EEG 미시상태'는 우리의 연속적인 의식 경험을 구성하는 가장 기본적인 '빌딩 블록(building block)' 또는 '필름 한 컷'이라는 의미에서 "생각의 원자"라고 불립니다. 뇌는 이 '원자'들을 1초에 10~15개씩 빠르게 조합하여 우리의 복잡한 사고(思考)라는 '분자'를 만들어냅니다.

3. 주요 발견: 4개의 기본 패턴 (Canonical Microstates)

가장 놀라운 발견은, 이 복잡한 뇌 활동의 '기본 컷'들이 사실상 단 4개의 '주요 기본 패턴'으로 압축될 수 있다는 것입니다. (연구에 따라 7~12개까지 보기도 하지만, 4개가 가장 고전적이고 강력한 분류입니다.)

과학자들은 수많은 사람들의 뇌파 데이터를 컴퓨터로 분석하여, 거의 모든 뇌 활동이 이 4가지 패턴(혹은 이와 유사한 패턴)의 조합으로 설명됨을 발견했습니다. 이들을 '정준 미시상태(Canonical Microstates)'라고 부르며, 보통 A, B, C, D로 이름 붙입니다.

4. 이 '원자'들은 무엇을 의미하는가? (기능)

이 4개의 패턴(A, B, C, D)은 단순한 전기 신호가 아니라, 특정한 '신경 처리 모드(neural processing mode)' 또는 '기능적 네트워크'의 활성화를 반영하는 것으로 해석됩니다.

• 미시상태 A (Microstate A): 주로 청각 및 언어 처리와 관련된 뇌 영역(좌측 측두엽 등)의 활동을 반영합니다. (소리를 듣거나 언어를 생각할 때)
• 미시상태 B (Microstate B): 주로 시각 정보 처리와 관련된 뇌 영역(후두엽 등)의 활동을 반영합니다. (무언가를 보거나 상상할 때)
• 미시상태 C (Microstate C): '현저성 네트워크(Salience Network)'의 활동을 반영합니다. 이는 우리가 외부/내부의 중요한 자극에 '주의'를 기울이거나 자율신경계를 조절할 때 활성화됩니다. (놀라거나, 무언가에 집중을 시작할 때)
• 미시상태 D (Microstate D): '기본 모드 네트워크(Default Mode Network, DMN)'의 활동을 반영합니다. 이는 우리가 '멍하니' 있거나, 내적 생각(과거 회상, 미래 계획, 자아 성찰)에 잠겨 있을 때 활성화됩니다. (마음 방황 시)

5. 결론: 미시상태가 중요한 이유

결국 뇌가 "사과를 떠올린다"는 것은, 뇌 전체가 '시각 모드'(B)였다가, '내적 생각 모드'(D)였다가, 다시 '언어 모드'(A)로 전환되는 등, 뇌 전체가 하나의 '거시적인 작동 모드'를 1초에도 수십 번씩 빠르게 오가는 과정입니다.

• 이 '미시상태'들이 어떤 순서로(Transition probability), 얼마나 자주(Occurrence), 얼마나 오래(Duration) 나타나는지가 바로 그 사람의 순간적인 인지 상태와 의식의 질을 결정합니다.
• 예를 들어, 조현병 환자는 특정 미시상태(예: D)가 비정상적으로 짧게 나타나거나 상태 전환이 너무 빨라 '생각'이 안정적으로 유지되지 못하는 패턴을 보이며, 우울증 환자는 특정 미시상태에 '갇히는' 경향을 보입니다.

이처럼 EEG 미시상태는 의식의 흐름을 구성하는 가장 기본적인 '시간적, 공간적 단위'라는 의미에서 "생각의 원자"라는 강력한 별명을 갖게 되었습니다.