다양한 뇌 연구 방법

1. 동물을 이용한 뇌수술 및 손상 연구
 생물심리학에서는 많은 경우 동물을 이용해서 실험을 수행한다. 포유류의 신경계는 종간에 많은 유사성을 가지고 있고, 여러 가지 실험 조건을 통제하기 용이하며, 침습적 방법이 사용 가능하다는 장점 때문이다.
 동물 연구에는 많은 방법이 존재하는데, 그중 하나가 손상이다. 화학 물질이나 전극을 삽입하여 특정 부분의 조직을 파괴하거나 제거하여, 손상 전과 후를 관찰하거나 손상을 입은 개체와 그렇지 않은 개체를 비교하여 행동과의 연관성을 알아낸다. 이외에도 자극법을 이용하여 동물 뇌의 특정 영역을 자극했을 때 보이는 행동 변화를 관찰할 수도 있다. 드물지만 뇌종양 혹은 뇌전증 발작을 치료하기 위해 뇌수술을 할 경우 사람의 뇌에도 자극용 전극을 삽입할 수도 있다. 이러한 경우 자극을 통해 뇌의 각 부분이 담당하는 기능을 확인하고 기능적 손상을 최소화하는 것을 목적으로 둔다. 뇌 내 약물 주입은 특정 신경전달물질의 기능을 저하하는 길항제나 신경전달물질의 기능을 촉진하는 촉진제 등의 약물을 주입하여 뇌의 활동을 연구한다. 손상, 자극, 약물 주입을 위해 삼차원상에서 뇌의 목표 부위에 정확하게 전극을 위치시키는 것이 필요한데, 이때 사용되는 장비가 입체좌표 장비이다.

2. 뇌신경 활동 기록법
 뇌신경 활동을 기록하는 여러 가지 기법 중 심리학에서 많이 사용하는 기법은 두개골의 표면에 전극을 부착하여 많은 뉴런의 집단적인 활동을 기록하는 뇌전도(electroencephalogram, EEG)와 미세 전극을 뇌 안으로 직접 삽입하여 개별 뉴런의 전기적 활동을 기록하는 단 단위 기록법이다. 뇌전도는 지름이 5~10mm 정도 되는 원형 전극을 두개골 표면에 부착하여 대뇌피질의 뉴런들이 집단으로 발생시키는 전류를 감지하는 기법이다. 이 방법은 침습적인 방법이 필요하지 않으며 동물과 인간에게서 널리 사용하는 것이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 뉴런에서 발생하는 전류량이 너무 미미하고, 강한 전기적 저항을 형성하기에 뇌의 심부 영역에서 발생하는 뉴런들의 활동은 측정이 어렵고 공간적 해상도가 떨어진다.
 단 단위 기록법은 각각 뉴런의 전기적인 활동을 기록하는 방법으로 뇌에 매우 가는 전극을 삽입하여 활동 전위에 의해 발생하는 전기 신호를 측정한다. 주로 동물을 대상으로 외부 세계의 자극이 신경계에서 어떻게 표현되는지 파악하기 위한 연구에 사용된다.

3. 뇌영상기법
 양전자 방출 단층촬영술(Positron-Emission Tomography, PET scan)은 안전한 수준의 방사성 물질을 소량 주입한 뒤 방출되는 방사능을 검출함으로써 뇌의 활성화를 측정하는 방법이다. 뇌세포는 포도당과 분자적으로 유사한 방사성 물질인 2-탈산포도당을 포도당이라고 착각하여 흡수하지만, 에너지원으로 분해하지 못해 세포 내에 축적되게 된다. 축적된 2-탈산포도당은 붕괴하면서 양전자를 방출하고, 이를 검출하여 세포 활동 지표로 삼게 된다. 이러한 방법을 통해 특정한 인지적 과제나 행동을 수행할 때 상대적으로 활성화 수준이 높은 뇌의 부위를 밝혀낼 수 있다.
 자기공명영상법(Magnetic Resonance Imaging)은 강력한 자기장 내에서 원자핵 내의 양성자가 특정 방향으로 회전한 원리를 이용한 것이다. 수소 원자에 초점을 두고 라디오파를 쏘아서 회전을 교란한 후 양성자들에서 나오는 에너지를 검출함으로써 신체 내부의 장기를 영상화한다. 수소 원자는 물 분자의 일부이고, 뇌 조직의 종류에 따라 물 분자의 밀도가 다르기 때문에 다른 음영을 보이는 영상으로 나타난다. 

4. 뇌 자극 기법
 뇌 심부 자극법은 뇌의 다양한 영역에서 전극을 영구적으로 삽입하고 피부밑에 충전식 배터리로 작동되는 자극기를 위치하게 하여 주기적으로 뇌를 자극한다. 파킨슨병의 경우 손 떨림으로 시작해서 아주 간단한 움직임을 힘들어하고 더 나아가 죽음에 이르게 되는 병이다. 뇌 심부 자극법은 이러한 파킨슨병 환자의 수전증 증상을 상당히 감소시켰고, 운동 이상 증상을 완화해 일상생활에 복귀를 도왔다. 이 외에도 근육긴장이상, 강박, 우울, 통증 등의 증상에도 효과가 있는 것으로 나타났다.
 경두개 자기 자극법(Transcranial Magnetic Stimulation, TMS)은 뇌 심부 자극법과 다르게 비침습적으로 뇌 조직의 활동을 변화시켜 증상을 완화한다. 강력한 자기장을 발생시키는 코일을 두개골 표면에 위치시켜 반복적으로 짧은 지속 기간을 지닌 자기장을 가함으로써 뇌신경 세포들의 활성을 변화시킨다. 이는 우울증과 통증 감소에 효과가 있다.
 경두개 직류전류 자극법(Transcranial Direct Current Stimulation, tDCS)은 뇌 표면에 위험하지 않은 정도인 낮은 수준의 직류 전류를 장시간 노출을 하게 시키는 방법이다. 우울증이나 통증 감소에 효과가 있다고 보고되고 있다. 원리가 간단하고 저비용 제작이 가능하여 의료기관이나 일반인의 일상생활용으로 구입 및 자체 제작이 가능하나, 부작용의 우려도 존재한다.
 경두개 초음파 자극(Transcranial Pulsed Ultrasound, TPU)은 낮은 주파수의 초음파를 낮은 강도로 가하여 뇌세포에 영향을 주는 기법이다. 비교적 안정성이 높아 점차 사용이 확대될 것으로 보인다.
 광유전학은 뉴런에 유전자를 삽입하여 빛으로 활성화되는 단백질을 삽입하는 방법이다. 변화된 조직을 가진 동물의 뇌 특정 부위에 국소적인 빛을 비추게 되면 뉴런들이 활성화되고, 빛을 이용한 행동 조절이 가능하다.