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[카오스 술술과학] 유령을 본다, 맹점 | 카오스 브레인 오디세이(9)

인간의 뇌는 단순히 외부 세계를 수동적으로 받아들이는 장치가 아닙니다. 우리는 과거를 회상하거나 미래를 상상할 때 머릿속에 생생한 이미지를 그려낼 수 있으며, 꿈을 꿀 때는 그것을 현실처럼 느끼기도 합니다. 특히 시력을 상실한 사람들 중 일부는 실제보다 더 실제 같은 환상을 경험하곤 하는데, 이는 우리의 뇌가 외부 자극 없이도 스스로 이미지를 생성하는 능력을 갖추고 있음을 시사합니다. 뇌는 마치 거대한 영상 저장소처럼 데이터를 보관했다가 특정 상황에서 이를 재현하는 놀라운 기능을 수행합니다. 뇌과학자 라마찬드란 박사는 사고로 인해 시야의 일부를 잃은 환자 조시의 사례를 통해 뇌의 신비로운 작동 방식을 설명합니다. 조시는 사고로 뇌의 시각 담당 부위가 손상되어 시야 왼쪽에 손바닥 크기만 한 암점을 갖게 되었습니다. 이로 인해 일상생활에서 시각 정보의 일부가 누락되는 불편함을 겪어야 했습니다. 하지만 더욱 흥미로운 점은 그가 단순히 보지 못하는 것에 그치지 않고, 뇌가 그 빈 공간을 스스로 조작하기 시작했다는 사실입니다. 이는 시각 정보의 결손이 뇌의 능동적인 개입을 유도한다는 점을 보여줍니다. 라마찬드란 박사가 조시에게 끊어진 선분을 보여주었을 때, 놀라운 현상이 일어났습니다. 처음에는 분리된 두 선으로 보였으나 시간이 흐르면서 두 선이 서로를 향해 길어지더니 결국 하나의 완전한 선분으로 연결된 것입니다. 박사는 이를 '채워넣기' 현상이라고 정의했습니다. 뇌가 주변의 정보를 바탕으로 보이지 않는 부분의 이미지를 추론하여 완성시킨 결과입니다. 이러한 현상은 우리가 인지하지 못하는 사이에도 끊임없이 일어나며, 파편화된 시각 정보를 하나의 일관된 세계로 통합하는 역할을 합니다. 우리 눈의 망막에는 시신경이 모여 나가는 통로인 맹점이 존재하며, 이곳에는 시세포가 없어 물리적으로는 아무것도 볼 수 없습니다. 그럼에도 우리가 일상에서 검은 구멍을 느끼지 못하는 이유는 두 가지입니다. 우선 두 눈이 서로의 맹점을 보완해주기 때문이며, 다음으로는 뇌가 주변 배경을 토대로 빈 곳을 정교하게 채워넣기 때문입니다. 간단한 실험을 통해 맹점의 위치를 확인해보면, 특정 거리에서 물체가 사라지는 대신 주변의 색상이나 패턴이 그 자리를 대신하는 경향을 직접 확인할 수 있습니다. 뇌의 이러한 채워넣기 능력은 때로 존재하지 않는 대상을 보게 만드는 원인이 되기도 합니다. 뇌는 불완전한 정보 속에서 의미를 찾으려 노력하며, 이 과정에서 환각이나 유령, 미확인 비행 물체(UFO)와 같은 이미지를 만들어낼 수 있습니다. 실제로 많은 사람이 경험하는 초자연적인 현상들은 뇌가 마음속에 품고 있는 기대를 시각화한 결과일 가능성이 큽니다. 결국 우리가 보는 세상은 외부의 물리적 현실과 뇌가 만들어낸 내부의 상상력이 결합된 결과물이며, 우리는 각자의 마음이 투영된 세계를 살아가고 있는 셈입니다.

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[카오스 술술과학] 눈이 찍고 뇌가 본다, 착시 | 카오스 브레인 오디세이(8)

우리는 흔히 본다는 행위를 카메라가 상을 맺는 과정처럼 단순하게 생각하곤 합니다. 하지만 망막에 맺힌 상을 누가 보느냐는 질문에 직면하면, 무한 루프와 같은 논리적 오류인 '호문쿨루스 역설'에 빠지기 쉽습니다. 실제로 본다는 것은 단순히 이미지를 수용하는 단계를 넘어, 뇌가 정보를 처리하고 해석하는 대단히 복잡한 과정입니다. 과학적으로도 우리가 어떻게 시각적 경험을 갖게 되는지는 여전히 풀리지 않은 신비로 남아 있으며, 이는 시각이 단순한 물리적 현상 그 이상임을 시사합니다. 우리 눈의 망막에 맺히는 상은 사실 위아래가 뒤집힌 2차원 영상에 불과합니다. 그러나 우리가 지각하는 세상은 똑바로 선 입체적인 3차원 공간입니다. 이러한 기적 같은 변환은 뇌가 망막의 이미지를 수동적으로 수용하는 것이 아니라, 복잡한 연산 과정을 거쳐 시각적 인지 상태를 능동적으로 생성하기 때문에 가능합니다. 뇌는 외부의 물리적 자극을 자신만의 체계로 재구성하는 정교한 장치이며, 이 과정을 통해 우리는 비로소 일관된 현실을 인식하게 됩니다. 시각의 독특한 특성을 가장 잘 보여주는 사례는 바로 착시 현상입니다. 네커 큐브처럼 하나의 이미지를 두 가지 방식으로 지각하거나, 주변 사물과의 배치에 따라 대상의 크기를 실제와 다르게 인식하는 현상은 우리의 눈이 아닌 뇌가 정보를 능동적으로 해석하고 있음을 증명합니다. 우리는 대상의 실제 상태를 알고 있음에도 불구하고 뇌가 내리는 판단을 거부하지 못합니다. 이는 시각이 단순히 객관적인 수치를 측정하는 도구가 아니라, 뇌의 특정 메커니즘에 의해 재구성되는 주관적 경험임을 알려줍니다. 우리의 뇌는 과거의 경험과 주변 환경을 바탕으로 시각 정보를 보정합니다. 그림자 속에 있는 물체가 실제보다 더 밝을 것이라고 추론하여 인식하는 밝기 착시나, 한 번 학습한 이미지를 이전과 다르게 지각하는 현상이 대표적입니다. 이러한 특징은 현실을 부정확하게 인식하게 만들기도 하지만, 복잡한 환경 속에서 사물을 더 효율적으로 파악하도록 돕습니다. 즉, 뇌는 단순히 빛의 양을 측정하는 것이 아니라 맥락을 파악하여 우리에게 가장 유용한 정보를 우선적으로 선택하여 보여주는 것입니다. 이러한 시각적 특성은 진화의 산물이며 인간뿐만 아니라 동물에게서도 발견됩니다. 아르고스 꿩의 꽁지깃에 있는 구슬 무늬는 빛과 그림자의 원리를 이용해 입체감을 만들어내어 암컷을 유혹합니다. 찰스 다윈은 자연 선택과 유전이라는 원리만으로 이러한 경이로운 특징들이 형성될 수 있음을 통찰했습니다. 위쪽에서 빛이 비치는 지구의 환경에 적응하며 생존에 유리한 방향으로 진화해 온 결과가 바로 지금 우리가 세상을 보는 방식입니다. 진화는 불가능해 보이는 시각적 마법을 오랜 시간을 거쳐 완성해냈습니다.

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[강연] 내가 보는 세상, 뇌가 보는 세상 _ by심원목｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 7강

우리가 경험하는 세상은 단순히 눈앞의 풍경을 그대로 받아들이는 결과물이 아닙니다. 고대 이집트인들은 마음이 심장에 있다고 믿었지만, 현대 과학은 모든 감각 경험이 뇌의 전기적 신호 해석에서 비롯된다는 사실을 밝혀냈습니다. 우리가 의자에 앉아 느끼는 감촉이나 강연자의 목소리, 눈앞의 풍경은 모두 뇌가 만들어낸 정교한 산물입니다. 결국 '실제란 무엇인가'라는 질문은 우리 뇌가 외부 세계를 어떻게 재구성하느냐에 대한 답을 찾는 과정과 같습니다. 뇌는 불완전한 감각 정보를 바탕으로 우리만의 고유한 세계를 구축하는 위대한 설계자입니다. 인공지능 알파고가 바둑에서 인간을 능가했을 때 많은 이들이 놀라움을 금치 못했습니다. 하지만 바둑보다 훨씬 복잡한 고도의 정신 과정이 바로 우리가 매일 수행하는 '보는 것'입니다. 수많은 인파 속에서 지인의 얼굴을 단번에 알아보고, 그의 표정에서 미묘한 감정을 읽어내는 일은 컴퓨터에게는 여전히 매우 어려운 과제입니다. 인간의 뇌는 단순히 시각 정보를 수집하는 데 그치지 않고, 배경과 상황을 유추하며 사회적 맥락까지 순식간에 파악합니다. 우리가 큰 노력 없이 세상을 보는 행위 자체가 사실은 뇌가 수행하는 가장 경이로운 연산 작업 중 하나인 셈입니다. 인간의 눈은 설계 관점에서 보면 의외로 허점이 많습니다. 망막의 시세포는 거꾸로 배열되어 있고, 신경 다발이 지나가는 통로 때문에 아무것도 볼 수 없는 '맹점'이 존재합니다. 또한 우리가 선명하게 볼 수 있는 영역은 손톱만한 크기에 불과하며 주변부는 매우 뿌옇게 보입니다. 그럼에도 우리가 세상을 균일하고 선명하게 인식하는 이유는 뇌의 놀라운 보완 능력 덕분입니다. 뇌는 주변 정보를 이용해 빈 공간을 채워 넣고, 끊임없는 안구 운동을 통해 얻은 정보를 조합하여 완벽한 시각 세계를 만들어냅니다. 우리가 보는 세상은 눈이 찍은 사진이 아니라 뇌가 완성한 그림입니다. 뇌는 시각 정보를 처리할 때 밝기, 윤곽, 색상과 같은 기본 특질을 서로 다른 경로로 분석합니다. 흥미로운 점은 우리가 사물의 밝기나 색상을 물리적 수치 그대로 받아들이지 않는다는 것입니다. 주변의 그림자나 조명 상태를 고려하여 뇌가 스스로 정보를 수정하고 해석하기 때문입니다. 유명한 드레스 색상 논란처럼, 동일한 이미지라도 뇌가 어떤 조명 환경을 가정하느냐에 따라 전혀 다른 색으로 지각되기도 합니다. 이러한 착시 현상들은 뇌가 단순히 수동적으로 정보를 수용하는 것이 아니라, 과거의 경험과 지식을 바탕으로 세상을 능동적으로 해석하고 있음을 보여주는 증거입니다. 2차원의 망막 이미지를 3차원의 입체 세계로 재구성하는 과정은 뇌가 해결해야 할 가장 어려운 숙제 중 하나입니다. 뇌는 그림자의 방향, 물체의 크기 변화, 움직임의 속도 차이 등 다양한 단서를 활용해 거리 및 깊이를 추정합니다. 예를 들어 '빛은 위에서 온다'는 지구 환경에서의 강력한 가정을 바탕으로 사물의 오목함과 볼록함을 판단합니다. 만약 움직임을 감지하는 뇌 영역에 손상을 입는다면, 세상은 정지 화면의 연속처럼 보이게 되어 일상적인 활동조차 불가능해집니다. 이처럼 입체적인 시각 경험은 뇌가 수많은 단서를 실시간으로 통합하여 만들어낸 고차원적인 결과물입니다. 인간의 뇌에는 얼굴이나 장소, 신체 부위 등 특정한 범주의 사물을 인식하는 데 특화된 영역이 존재합니다. 특히 사회적 동물인 인간에게 얼굴 인식은 생존과 직결된 중요한 능력이기에, 뇌의 방추상 얼굴 영역(FFA)은 아주 미세한 특징만으로도 인물을 식별해냅니다. 반면 인공지능은 치와와와 머핀을 구별하는 데 어려움을 겪기도 하는데, 이는 인간이 사물을 볼 때 단순히 형태만 보는 것이 아니라 맥락과 의미를 함께 읽어내기 때문입니다. 뇌는 진화의 역사 속에서 우리에게 필요한 정보를 가장 효율적으로 처리하도록 최적화되었으며, 이러한 특수성이 인간만의 독특한 시각 세계를 형성합니다. 우리의 시각 경험은 현재의 기분이나 정서 상태에 의해서도 영향을 받습니다. 행복한 상태일 때는 숲 전체를 보는 경향이 강해지고, 우울할 때는 나무 하나하나의 세부 사항에 집중하게 된다는 연구 결과는 시각이 심리적 상태와 밀접하게 연결되어 있음을 시사합니다. 또한 우리는 단순한 도형의 움직임 속에서도 복잡한 사회적 상호작용과 이야기를 읽어내기도 합니다. 결국 '본다는 것'은 외부 세계를 객관적으로 관찰하는 행위를 넘어, 우리의 지식, 기억, 감정이 투영된 주관적인 우주를 창조하는 과정입니다. 뇌가 보여주는 세상은 곧 우리 마음이 세상을 바라보는 방식 그 자체라고 할 수 있습니다.

심원목

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뇌인지과학

[석학인터뷰] 심원목_ 마음은 무엇이라고 생각하세요? | 2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體'

인간은 오감 중 시각이 매우 발달한 동물로, 뇌의 상당 부분이 시각 정보를 처리하는 영역으로 할당되어 있습니다. 시각 피질은 복잡한 시각 자극 속에서도 아주 단순한 요소들을 체계적으로 기록하며, 이러한 작동 원리는 마음의 구조를 이해하는 중요한 열쇠가 됩니다. 단순한 자극에서 시작해 복잡한 인지 과정으로 이어지는 체계적인 흐름은 뇌과학의 매력적인 연구 대상입니다. 자연의 불규칙한 풍경이나 생명체의 정교한 움직임 속에서 발견되는 규칙성은 우리가 세상을 어떻게 인식하고 해석하는지에 대한 깊은 통찰을 제공하며, 시각적 경험이 단순한 감각을 넘어 마음의 기초를 형성함을 보여줍니다. 마음은 뇌의 특정 부위에 국한된 것이 아니라 뇌 전체가 상호작용하며 만들어내는 결과물이라고 볼 수 있습니다. 우리가 누군가의 목소리를 인식하고 눈앞의 풍경을 파악하는 모든 과정은 뇌의 전방위적인 활동을 통해 이루어집니다. 꿈과 같은 주관적인 경험을 연구할 때도 언어적 보고를 통해 그 내용을 파악하려는 시도가 이어지고 있으며, 이는 보이지 않는 마음의 영역을 과학적으로 규명하려는 노력의 일환입니다. 우리가 경험하는 세계가 실제인지, 아니면 뇌의 전기적 신호가 만들어낸 산물인지에 대한 철학적 질문은 뇌과학이 해결해야 할 근본적인 과제 중 하나입니다. 지난 30년 동안 기능적 자기공명영상(fMRI)은 마음과 뇌의 관계를 연결하는 핵심적인 연구 도구로 활용되어 왔습니다. 감각 기관을 통해 들어온 정보가 어떻게 해석되어 우리가 경험하는 세계를 구축하는지 이해하는 과정은 우리 자신을 알아가는 여정과도 같습니다. fMRI 연구를 통해 우리는 마음의 작동 원리에 대해 많은 것을 알아냈지만, 여전히 미지의 영역으로 남은 부분도 존재합니다. 마음과 뇌의 연결 고리를 찾는 연구는 단순히 과학적 사실을 밝히는 것을 넘어, 인간 존재의 본질에 대한 깊은 이해를 돕고 우리가 인식하는 현실의 경계를 확장하는 데 기여할 것입니다.

심원목

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뇌인지과학

[강연] 당신의 맹점을 경험해보세요 | 광산란이 드러내는 미시세계와 극한세계의 비밀 _ 고재현 교수_3강 | 2018 카오스 마스터클래스 '물리' | 3강 ③

분광학은 빛을 파장이나 진동수별로 나누어 그 안에 담긴 물리적인 정보를 분석하는 학문입니다. 우리가 눈으로 보는 세상 너머, 미시 세계나 극한 환경의 비밀을 파헤치는 강력한 도구가 됩니다. 빛을 분해하면 광원의 특성뿐만 아니라 빛이 거쳐 온 물질의 성질까지 파악할 수 있습니다. 예를 들어 OLED 조명의 스펙트럼을 분석하면 어떤 색의 비중이 높은지 알 수 있고, 이를 통해 조명의 색감을 예측할 수 있습니다. 이처럼 분광학은 현대 과학의 여러 분야와 접점을 형성하며 보이지 않는 세계를 이해하는 열쇠 역할을 합니다. 인간의 눈은 매우 정교한 광학 검출기입니다. 망막에는 어두운 곳에서 작동하는 막대세포와 색상을 감지하는 원추세포가 존재합니다. 특히 원추세포는 빨강, 초록, 파랑을 각각 감지하는 세 종류로 나뉘어 우리가 다채로운 색을 느끼게 합니다. 흥미로운 점은 인간의 뇌가 시각 정보를 단순히 수용하는 데 그치지 않고, 맹점의 빈틈을 주변 정보로 채우거나 보색 잔상을 만들어내는 등 능동적으로 해석한다는 사실입니다. 우리가 보는 색은 물리적 스펙트럼 그 자체가 아니라, 세 종류의 원추세포가 자극받는 상대적 비율에 따른 심리적 결과물이라 할 수 있습니다. 하늘이 파랗게 보이고 노을이 붉게 물드는 현상은 빛의 산란으로 설명됩니다. 대기 중의 아주 작은 공기 분자들은 파장이 짧은 푸른빛을 더 강하게 산란시키는데, 이를 레일리 산란이라고 합니다. 낮에는 이 산란된 푸른빛이 우리 눈에 들어와 파란 하늘을 만듭니다. 반면 해 질 녘에는 태양빛이 두꺼운 대기층을 통과하며 푸른빛은 대부분 흩어지고, 산란되지 않은 붉은빛 위주로 도달하여 노을을 형성합니다. 이처럼 빛과 물질의 상호작용은 우리가 매일 마주하는 자연의 아름다움 속에 숨겨진 과학적 원리를 드러냅니다. 구름이 하얗게 보이는 이유는 공기 분자보다 큰 물방울이나 먼지에 의한 미 산란 때문입니다. 미 산란은 파장에 관계없이 모든 색의 빛을 고르게 산란시키기 때문에 우리 눈에는 흰색으로 인지됩니다. 이러한 산란 원리는 실생활에서도 유용하게 활용됩니다. 반도체 공정의 클린룸에서는 레이저를 이용해 미세먼지가 일으키는 산란광을 측정함으로써 공기 중 입자의 개수를 파악합니다. 또한, 구름의 두께에 따라 밝기가 달라지는 현상 역시 빛이 입자들과 여러 번 충돌하며 산란되는 정도의 차이에서 비롯된 결과입니다. 빛이 물질과 만날 때 색깔이 변하는 비탄성 산란 현상도 존재합니다. 대표적인 것이 분자의 진동에 의해 입사광의 에너지가 변하는 라만 산란입니다. 모든 분자는 고유한 진동 방식을 가지고 있어, 라만 산란 신호를 분석하면 마치 지문을 확인하듯 물질의 정체를 정확히 파악할 수 있습니다. 이 기술은 탄소나노튜브나 그래핀 같은 첨단 소재 연구부터 생체 조직 분석, 심지어 위조 미술품 판별에 이르기까지 폭넓게 쓰입니다. 보이지 않는 분자의 떨림을 빛의 색 변화로 읽어냄으로써 물질의 미세 구조를 탐구하는 것입니다. 물질 내부의 음파, 즉 원자들의 자발적인 떨림에 의해서도 빛의 색이 변하는데 이를 브릴루앙 산란이라고 합니다. 음파의 속도에 따라 빛의 진동수가 미세하게 변하는 도플러 효과를 이용하면, 물질의 탄성이나 강도를 비파괴 방식으로 측정할 수 있습니다. 예를 들어 술의 알코올 함량에 따른 음속 변화를 측정하거나 거미줄의 위치별 강도를 분석하는 데 활용됩니다. 심지어 수십 광년 떨어진 외계행성의 대기에서 부는 마하 7의 강력한 바람 속도를 측정하는 데도 이 원리가 적용되어, 우주 탐사의 지평을 넓히고 있습니다. 분광학은 지구 내부의 핵과 같은 극한 압력이나 수조 도에 달하는 초고온 환경을 연구하는 데 필수적입니다. 다이아몬드 앤빌 셀을 이용해 대기압의 수십만 배에 달하는 압력을 가하면서 라만이나 브릴루앙 산란을 측정하면, 극한 조건에서 물질의 성질이 어떻게 변하는지 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 또한 나노구슬의 고유 진동을 측정하는 '나노 음악' 연구는 거대한 지구가 지진으로 인해 진동하는 방식과 물리적으로 동일한 원리를 공유합니다. 이처럼 분광학은 가장 작은 나노 세계부터 거대한 우주까지 관통하는 보편적인 과학의 언어입니다.

고재현

카오스재단마스터클래스

물리학

[강연] 세포막 : 경계와 소통 (3) _ 윤태영 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 6강 | 6강 ③

세포 내부는 단순한 액체 주머니가 아니라 정교한 공간적 질서를 갖춘 복합적인 시스템입니다. 핵 속에 보관된 유전 정보인 DNA로부터 RNA가 만들어지면, 이는 핵 밖으로 수송되어 리보솜이라는 거대한 분자 기계를 만납니다. 특히 막 단백질은 소포체에서 합성되면서 복잡한 3차원 구조를 형성하며 세포막으로 삽입되는 과정을 거칩니다. 이 과정에서 세포질은 아미노산과 같은 영양소가 풍부하게 녹아 있는 바다와 같은 역할을 수행하며, 막 단백질은 외부 물질의 출입을 엄격히 통제하는 대문의 기능을 담당하여 세포의 항상성을 유지합니다. 세포막의 기본 구조는 지질 분자가 위아래로 배열된 지질 이중층으로 이루어져 생명체의 경계를 형성합니다. 흥미로운 점은 미토콘드리아나 핵과 같은 세포 소기관들은 이러한 지질 이중층이 두 번 겹쳐진 이중 막 구조를 가지고 있다는 사실입니다. 학계에서는 미토콘드리아가 과거 독립된 세균이었으나 진핵 세포에 포식된 후 에너지 공장으로 진화했다는 가설을 통해 이 독특한 구조를 설명하기도 합니다. 원시 지구에서 지질 분자들이 자발적으로 주머니 형태를 만들며 외부와 차단된 공간을 형성한 것이 바로 생명 진화의 위대한 시작이었습니다. 막 단백질은 전체 단백질의 약 30%를 차지할 정도로 비중이 높지만, 그 구조를 밝혀내는 일은 현대 과학에서도 매우 까다로운 과제입니다. 수용성 단백질과 달리 막 단백질은 친수성과 소수성이 공존하는 복잡한 환경에서만 본연의 3차원 구조를 유지할 수 있기 때문입니다. 세포막에서 분리하는 순간 구조가 쉽게 뒤틀리는 특성 탓에 정제와 분석이 어려웠고, 이로 인해 관련 연구는 일반 단백질에 비해 수십 년이나 늦게 시작되었습니다. 하지만 최근 세포막 환경을 재현하는 기술이 비약적으로 발전하면서 생명 현상의 비밀을 푸는 핵심 열쇠로 주목받고 있습니다. 인간이 느끼는 오감은 사실상 막 단백질의 정교한 활동 결과라고 해도 과언이 아닙니다. 우리가 수백 가지의 다채로운 냄새를 맡을 수 있는 것은 후각 세포에 존재하는 수백 종류의 GPCR 수용체 단백질 덕분이며, 시각과 청각 역시 막 단백질을 통해 외부의 물리적 자극을 전기 신호로 변환합니다. 이러한 생리적 중요성 때문에 막 단백질은 산업적으로도 막대한 가치를 지닙니다. 향수 산업이 후각 수용체를 공략하여 인간의 감정을 조절하듯, 막 단백질의 메커니즘을 깊이 이해하는 것은 인간의 감각 체계를 정밀하게 제어하고 활용할 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다. 암세포는 정상 세포보다 훨씬 많은 막 수용체를 안테나처럼 내세워 비정상적으로 빠르게 증식하는 특성을 보입니다. 현대 의학은 이러한 막 단백질의 과발현을 역이용하여 암세포만을 정밀하게 타격하는 항체 의약품이나 면역 체계를 극대화하는 치료제를 개발하고 있습니다. 특히 유전자 돌연변이가 많은 흑색종이나 신장암 분야에서는 면역 세포가 암세포를 더 잘 식별하게 함으로써 완치에 가까운 성과를 거두기도 했습니다. 우리나라도 바이오시밀러 분야에서 세계적인 경쟁력을 확보하고 있으며, 선진국 수준의 기술력을 바탕으로 차세대 정밀 의료 시장을 선도해 나가고 있습니다.

김현아, 윤태영, 정준호

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생명과학

[강연] 착각하는 뇌(라야 한다) (5) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 7강 | 7강 ⑤

인간의 뇌는 단순히 외부의 자극을 수동적으로 받아들이는 장치가 아닙니다. 과거 큰 화제가 되었던 '드레스 색깔 논란'은 우리 뇌가 주변 조명 상태에 따라 정보를 얼마나 능동적으로 해석하는지 보여주는 대표적인 사례입니다. 사람마다 조명의 밝기를 판단하는 기준이 다르기 때문에, 동일한 이미지를 보고도 누군가는 파란색으로, 누군가는 흰색으로 인식하게 됩니다. 이는 뇌가 주변 환경을 고려하여 색상을 보정하고 최적의 결과를 도출하려는 과정에서 발생하는 개인차로 이해할 수 있으며, 우리 인식이 절대적이지 않음을 시사합니다. 청각 시스템에서 발생하는 이명 현상 또한 뇌의 복잡한 작용과 밀접한 관련이 있습니다. 이명은 외부 자극이 없음에도 소리를 느끼는 현상으로, 그 원인은 매우 다양합니다. 달팽이관 내의 외유모세포가 과도하게 활성화되어 실제로 진동이 일어나기도 하며, 특정 주파수를 담당하는 유모세포가 손상되었을 때 뇌가 이를 보충하려는 과정에서 주변 신경들이 과하게 반응하며 소리가 들리기도 합니다. 따라서 이명은 단순한 착각이 아니라 우리 몸의 감각 기관과 뇌가 상호작용하며 만들어내는 실질적인 반응이자 항상성을 유지하려는 노력의 결과입니다. 시각의 회복 가능성은 손상의 원인과 부위에 따라 결정됩니다. 전래동화 속 심봉사의 사례처럼 기적적으로 눈을 뜨는 일이 현대 과학에서 가능할지 묻는다면, 이는 단순한 심리적 요인인지 혹은 구조적 퇴행인지에 따라 답이 갈립니다. 만약 모든 시각 체계는 정상이나 심리적 충격으로 인해 일시적으로 기능이 차단된 상태라면 원인 해결 시 회복을 기대할 수 있습니다. 하지만 신경세포 자체가 소실되거나 뇌와의 연결망이 완전히 망가진 퇴행성 질환의 경우에는 현대 의학으로도 이를 되돌리는 데 한계가 존재하며, 이는 기적의 영역에 가깝습니다. 뇌가 발달하는 시기에는 적절한 환경 노출이 무엇보다 중요합니다. 특히 '결정적 시기'라고 불리는 유아기 및 청소년기에는 자연스러운 환경에서의 자극이 필수적입니다. 인공적인 구조물이나 제한된 화면에만 노출된 환경은 시각 시스템의 정상적인 발달을 저해할 수 있습니다. 이는 인공지능 학습에서도 자연 이미지를 사용했을 때 효율이 높아지는 것과 일맥상통합니다. 따라서 아이들이 교과서나 컴퓨터 앞에만 머물기보다 자연 속에서 다양한 시각적 경험을 쌓는 것이 건강한 뇌 발달의 핵심이며, 발달 단계에 맞는 교육이 이루어져야 합니다. 과학은 세상의 모든 신비를 완벽히 설명하지 못하지만, 가장 합리적인 근거를 찾아가는 과정입니다. 설명하기 어려운 초자연적 현상에 직면했을 때, 과학자들은 가장 상식적이고 납득 가능한 가설부터 검증하는 '절약의 원리'를 따릅니다. 대중적인 사견과 검증된 과학적 사실을 변별하기 위해서는 대학 수준의 교재를 접하며 기초 지식을 탄탄히 쌓는 노력이 필요합니다. 이러한 과학적 소양은 우리 사회를 더욱 건강하게 만들며, 일반인들이 과학적 지식으로 무장하여 가짜 과학을 배격할 수 있을 때 비로소 진정한 과학의 발전이 가능해집니다.

백세범, 정상철, 정수영

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 착각하는 뇌(라야 한다) (4) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 7강 | 7강 ④

우주의 광활함 속에서 인류는 오랫동안 '우리에겐 이웃이 있는가'라는 근원적인 질문을 던져왔습니다. 수천억 개의 은하와 그보다 더 많은 항성이 존재하는 우주에서 지구만이 유일하게 생명을 품고 있다는 생각은 현대 과학의 관점에서 점차 설득력을 잃어가고 있습니다. 최근 수십 년간 천문학은 비약적인 발전을 거듭하며 태양계 너머의 외계 행성들을 탐색하는 데 집중해 왔습니다. 이러한 여정은 단순히 새로운 행성을 발견하는 것을 넘어, 생명 탄생의 조건과 우주의 보편성을 이해하려는 인류의 거대한 도전이라 할 수 있으며 우리의 존재 이유를 찾는 과정이기도 합니다. 외계 행성 탐사의 황금기를 연 주역은 단연 케플러 우주 망원경입니다. 케플러는 행성이 항성 앞을 지나갈 때 항성의 밝기가 미세하게 변하는 '식 현상'을 이용하여 수천 개의 외계 행성 후보를 찾아냈습니다. 이를 통해 우리는 태양계와 유사한 구조를 가진 행성계가 우주에 흔하게 존재한다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 특히 지구와 크기가 비슷하고 암석으로 이루어진 행성들이 다수 발견되면서, 외계 생명체의 존재 가능성에 대한 과학적 기대감은 그 어느 때보다 높아졌으며 탐사의 방향도 더욱 구체화되었습니다. 생명체가 존재하기 위한 가장 핵심적인 조건 중 하나는 바로 '거주 가능 구역'입니다. 이는 항성으로부터 너무 가깝지도, 너무 멀지도 않아 행성 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 적당한 거리의 궤도를 의미합니다. 물은 생명 활동에 필수적인 용매 역할을 하기 때문에, 과학자들은 이 구역에 위치한 행성들을 우선적인 탐사 대상으로 삼습니다. 하지만 단순히 거리뿐만 아니라 행성의 질량, 자기장의 유무, 그리고 대기의 구성 성분 등 여러 복합적인 요인들이 생명 거주 가능성을 결정짓는 중요한 변수로 작용하며 연구의 깊이를 더해줍니다. 최근 가동을 시작한 제임스 웹 우주 망원경은 외계 행성의 대기 성분을 분석하는 데 있어 혁신적인 전기를 마련했습니다. 행성이 항성 빛을 통과할 때 대기를 거쳐 오는 빛의 스펙트럼을 분석하면, 그곳에 산소, 이산화탄소, 메탄, 혹은 수증기가 존재하는지 파악할 수 있습니다. 이러한 화학적 지표들은 생명 활동의 결과물일 가능성을 시사하는 '바이오시그니처'로 간주됩니다. 대기 분석 기술의 정교화는 우리가 직접 가볼 수 없는 먼 곳의 행성이 실제로 생명이 살기에 적합한 환경인지를 판단하는 결정적인 근거를 제공하며 우주 생물학의 지평을 넓히고 있습니다. 하지만 이러한 발견에도 불구하고 인류가 외계 행성에 직접 도달하는 것은 여전히 거대한 장벽에 가로막혀 있습니다. 가장 가까운 항성계인 프록시마 켄타우리조차 현재의 로켓 기술로는 수만 년이 걸리는 거리입니다. 빛의 속도에 근접하는 추진 기술이나 세대 우주선 같은 개념들이 논의되고 있지만, 이는 아직 먼 미래의 영역에 머물러 있습니다. 따라서 현재의 탐사는 원격 관측과 전파 신호 분석을 통한 간접적인 방식에 의존할 수밖에 없으며, 이는 과학적 인내심과 정밀한 데이터 해석 능력을 동시에 요구하는 고된 작업이자 인류가 극복해야 할 과제입니다. 외계 생명체의 발견은 과학적 성과를 넘어 인류의 철학적, 종교적 가치관에 거대한 파장을 일으킬 것입니다. 만약 지구 외의 장소에서 생명의 흔적이 발견된다면, 인간은 더 이상 우주의 유일한 주인공이 아닌 거대한 생태계의 일원으로서 자신을 재정의해야 할 것입니다. 이는 인류가 지닌 오만함을 내려놓고 우주적 관점에서 공존과 연대를 고민하게 만드는 계기가 될 수 있습니다. 반대로 광활한 탐사에도 불구하고 생명의 흔적을 찾지 못한다면, 지구라는 푸른 점이 가진 희귀함과 소중함은 더욱 절실하게 다가올 것이며 우리가 보호해야 할 유일한 안식처임을 깨닫게 할 것입니다. 결론적으로 외계 행성 탐사는 미지의 세계에 대한 호기심을 충족시키는 과정을 넘어, 인류의 기원과 미래를 묻는 여정입니다. 기술이 발전할수록 우리는 우주의 비밀에 한 걸음 더 다가갈 것이며, 그 과정에서 얻는 지식은 지구 환경을 보호하고 인류의 지속 가능성을 확보하는 데 중요한 통찰을 제공할 것입니다. 비록 지금은 밤하늘의 작은 점을 바라보는 단계에 불과할지라도, 끊임없는 탐구 정신은 언젠가 우리를 진정한 우주 시대의 주역으로 이끌어 줄 것입니다. 우리는 여전히 답을 찾고 있으며, 그 과정 자체가 인류의 위대한 진보이자 멈추지 않을 도전입니다.

백세범, 정상철, 정수영

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[강연] 착각하는 뇌(라야 한다) (2) _ 정수영 KIST 뇌과학연구소 선임 연구원 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 7강 | 7강 ②

우리 눈의 망막에는 시세포가 존재하지 않아 물리적으로는 아무것도 볼 수 없는 구멍과 같은 지점인 '맹점'이 존재합니다. 시신경이 다발을 이루어 뇌로 떠나는 이 부위는 구조적으로 정보를 받아들일 수 없지만, 우리는 일상에서 시야에 구멍이 뚫려 있다는 사실을 전혀 인지하지 못합니다. 이는 뇌의 고차 중추가 주변의 시각 정보를 활용해 빈 공간을 정교하게 채워 넣기 때문입니다. 이러한 인지의 신비는 단순히 감각 시스템에만 국한되지 않고, 우리가 가진 논리적 공백이나 신념의 빈틈을 스스로 합리화하여 메우려는 심리적 기제로도 확장되어 나타납니다. 시각 정보가 망막에 투영되는 방식은 매우 체계적인 기하학적 원리를 따릅니다. 우리가 사물을 응시할 때 초점이 맞는 대상은 망막의 중심와에 상이 맺히며, 이를 기준으로 코 쪽 망막과 귀 쪽 망막에 시야의 정보가 나누어 기록됩니다. 이때 렌즈를 통과한 빛의 특성상 상하좌우가 반전된 형태로 상이 맺히게 됩니다. 흥미로운 점은 한쪽 눈이 시야의 절반만 담당하는 것이 아니라, 양쪽 눈 모두가 전체 시야의 상당 부분을 공유한다는 사실입니다. 이러한 복합적인 정보 수집 방식은 우리가 세상을 입체적이고 넓게 바라볼 수 있는 기초가 됩니다. 동물의 생태적 조건에 따른 시각 구조의 변화는 생존을 위한 진화의 경이로움을 보여줍니다. 예를 들어 올빼미는 하늘에서 아래를 내려다보며 사냥하기에 적합하도록 위쪽 망막이 고도로 발달해 있습니다. 하지만 지상에 내려왔을 때는 위쪽을 감시할 수 있는 아래쪽 망막이 부족해지는 한계에 직면합니다. 이때 올빼미는 고개를 완전히 거꾸로 꺾는 독특한 행동을 통해 부족한 시야를 보정합니다. 이는 유전적으로 결정된 신체적 구조의 한계 내에서도 동물이 환경에 적응하기 위해 행동적 전략을 구사하여 감각의 공백을 메운다는 점을 시사합니다. 포식자와 피식자의 눈 위치 차이는 각자의 생존 전략을 극명하게 반영합니다. 사자와 같은 포식자는 눈이 정면을 향해 있어 양안 시야가 넓고, 이를 통해 정확한 원근감을 측정하여 사냥 성공률을 높입니다. 반면 임팔라 같은 피식자는 눈이 머리 옆면에 위치하여 단안 시야를 극대화함으로써 포식자의 접근을 어느 방향에서든 빠르게 감지하는 데 유리합니다. 특히 일부 피식 동물은 중심와 대신 수평선 모양의 중심선을 가지고 있어, 지평선을 따라 다가오는 위협을 효과적으로 포착합니다. 이처럼 시각 시스템은 먹이사슬 속에서 각자의 역할을 수행하기 위한 최적의 도구로 진화해 왔습니다. 망막을 떠난 시각 정보는 시신경 교차라는 정교한 분류 과정을 거쳐 뇌로 전달됩니다. 코 쪽 망막에서 수집된 정보는 반대편 뇌로 교차하여 넘어가고, 귀 쪽 정보는 같은 방향의 뇌로 향하게 됩니다. 결과적으로 왼쪽 시야의 정보는 오른쪽 뇌가, 오른쪽 시야의 정보는 왼쪽 뇌가 담당하게 되는 교차 통제 시스템이 완성됩니다. 이 과정에서 양쪽 뇌는 뇌량을 통해 끊임없이 정보를 교환하며 우리가 마주하는 세상을 하나의 통합된 장면으로 재구성합니다. 이러한 경로를 통해 시각 정보는 시상을 거쳐 뇌 후두엽의 시각 피질로 이동하며 본격적인 분석 단계에 진입합니다. 뇌의 제1차 시각 피질에 도달한 정보는 단순한 빛의 자극을 넘어 형태를 갖춘 정보로 변모합니다. 휴블과 비젤의 연구에 따르면, 시각 피질의 세포들은 특정 각도의 선이나 윤곽선에만 반응하는 '방향 선택성'을 가집니다. 망막이나 시상의 세포들이 단순한 원형 수용장을 가진 것과 달리, 피질 세포들은 세상을 선과 면의 조합으로 분석하여 형태 지각의 기초를 마련합니다. 이러한 기능적 구조는 '하이퍼칼럼'이라는 단위로 뇌 표면에 촘촘히 배열되어 있으며, 우리가 사물의 윤곽을 뚜렷하게 인식하고 복잡한 시각 세계를 표상할 수 있게 만드는 핵심적인 역할을 수행합니다. 인간의 대뇌 피질에서 시각이 차지하는 비중은 다른 감각을 압도할 정도로 강력합니다. 전체 피질 영역의 약 50%가 직간접적으로 시각 정보 처리에 관여하고 있으며, 이는 촉각이나 청각에 할당된 영역보다 월등히 넓은 수치입니다. 시각은 때로 청각 정보를 왜곡하여 들리게 할 정도로 강력한 영향력을 행사하는데, 이는 우리가 세상을 이해하고 판단하는 데 있어 시각적 단서에 얼마나 절대적으로 의존하고 있는지를 증명합니다. 수많은 독립적 시각 경로를 통해 우리는 움직임, 형태, 색채를 동시에 파악하며 뇌라는 정교한 장치를 통해 입체적인 현실을 실시간으로 그려내고 있습니다.

정수영

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[강연] 착각하는 뇌(라야 한다) (1) _ 정수영 KIST 뇌과학연구소 선임 연구원 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 7강 | 7강 ①

우리가 세상을 보는 과정은 단순히 외부 세계를 있는 그대로 받아들이는 것이 아니라 뇌가 만들어내는 정교한 착각의 결과입니다. 뇌는 감각 기관을 통해 들어오는 방대한 정보를 무분별하게 수용하기보다, 생존에 유리한 방식으로 데이터를 재구성하고 판단합니다. 에셔의 그림이나 헤르만 격자 같은 착시 현상은 뇌가 정보를 처리하는 과정에서 발생하는 자연스러운 산물입니다. 이러한 현상은 뇌가 잘못 작동해서 생기는 오류가 아니라, 오히려 세상을 더 효율적으로 이해하려는 능동적인 노력의 증거라고 할 수 있습니다. 우리는 착각을 통해 비로소 세상을 제대로 인지하게 됩니다. 지각 시스템은 주변 환경과 과거의 경험, 그리고 개인의 기대에 따라 유연하게 변화합니다. 예를 들어, 영아기에는 모든 언어의 소리를 구별할 수 있지만, 성장하며 자신이 속한 문화권의 언어에 최적화되도록 청각 시스템이 튜닝됩니다. 또한 우리는 태양이나 조명이 항상 위에 있다는 과거의 반복된 경험을 바탕으로 사물의 입체감을 무의식적으로 판단합니다. 이처럼 지각은 객관적인 사실을 탐지하는 것을 넘어, 우리가 처한 상황에 가장 적합한 결론을 내리는 주관적이고 창조적인 과정입니다. 이는 뇌가 외부 자극을 수동적으로 수용하지 않고 능동적으로 재구성함을 의미합니다. 뇌는 생존에 직결되는 정보를 처리하기 위해 한정된 자원을 전략적으로 배분합니다. 인간의 언어 주파수 대역이나 손과 입술의 촉감을 담당하는 뇌 영역이 신체 면적에 비해 훨씬 넓게 할당되어 있는 것이 대표적인 사례입니다. 시각에서도 마찬가지로, 전체 시야에서 아주 작은 부분을 차지하는 중심 시야가 제1차 시각 피질의 절반 이상을 점유합니다. 이는 중요한 부위일수록 더 많은 뇌세포를 투입하여 정밀하게 분석하려는 진화적 선택의 결과이며, 지각이 단순한 데이터 수집을 넘어선 고도의 인지 활동임을 보여줍니다. 이러한 자원 집중은 우리가 복잡한 환경 속에서도 핵심적인 정보를 놓치지 않게 합니다. 시각 정보의 출발점인 눈의 구조를 살펴보면 자연의 신비로운 설계를 엿볼 수 있습니다. 가장 높은 시력을 보장하는 중심와는 빛이 광수용기에 직접 도달할 수 있도록 앞을 가로막는 세포들이 옆으로 비켜나 있는 구덩이 형태를 띠고 있습니다. 또한 중심와 주변에는 혈관조차 배치되지 않아 빛의 경로를 방해하지 않도록 최적화되어 있습니다. 반면 시신경이 뇌로 나가는 통로인 시신경 원판에는 광수용기가 없어 정보를 감지할 수 없는 맹점이 존재하는데, 이는 시각 시스템의 독특한 구조적 특징입니다. 이러한 정교한 구조 덕분에 우리는 아주 미세한 디테일까지 포착할 수 있는 능력을 갖추게 되었습니다. 망막에는 낮에 색과 디테일을 감지하는 추상체와 밤에 미세한 빛을 감지하는 간상체가 조화롭게 분포되어 있습니다. 추상체는 중심와에 밀집되어 높은 해상도를 제공하며 우리가 세상을 선명하게 볼 수 있게 돕습니다. 반면 간상체는 주변부에 주로 분포하며 빛에 대한 민감도가 매우 높아 어두운 곳에서 사물을 인식하는 데 결정적인 역할을 합니다. 이 두 세포는 각각 주간시와 야간시를 담당하며, 정보의 수렴 정도에 따라 민감도와 분해능 사이의 균형을 맞추어 우리가 다양한 환경에서 시각을 유지할 수 있게 합니다. 이는 뇌가 환경의 변화에 대응하여 최적의 시각 정보를 추출해내는 놀라운 메커니즘입니다.

정수영

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[강연] 빛, 색을 밝히다 (1) _석현정 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 10강 | 10강 ①

우리가 살아가는 세상은 수많은 수수께끼로 가득 차 있습니다. 밤하늘의 별부터 우리 몸속의 작은 세포에 이르기까지, 자연의 섭리는 언제나 경이로움을 자아냅니다. 과학은 이러한 미지의 영역을 탐구하고 논리적인 답을 찾아가는 과정입니다. 단순히 지식을 습득하는 것을 넘어, 현상의 본질을 꿰뚫어보려는 인간의 본능적인 호기심이 바로 과학 발전의 원동력이 됩니다. 이러한 탐구 정신은 인류 문명을 지탱하는 거대한 기둥이 되어 왔습니다. 과학적 지식은 때로 어렵고 멀게만 느껴지기도 합니다. 하지만 복잡한 수식과 이론 너머에는 세상을 이해하고자 하는 뜨거운 열정이 숨어 있습니다. 대중과 과학자가 소통하는 자리는 이러한 장벽을 허무는 중요한 역할을 합니다. 전문가의 깊이 있는 통찰이 일상의 언어로 전달될 때, 과학은 비로소 우리 삶의 일부가 됩니다. 지식의 공유는 새로운 질문을 낳고, 그 질문은 다시금 우리를 더 넓은 세계로 안내하는 이정표가 되어 줍니다. 세상을 바라보는 관점의 변화는 과학이 주는 가장 큰 선물 중 하나입니다. 고정관념에서 벗어나 객관적인 데이터를 바탕으로 사고하는 습관은 합리적인 판단을 가능하게 합니다. 보이지 않는 힘이 어떻게 작용하는지, 물질의 최소 단위가 무엇인지 고민하는 과정에서 우리는 겸손함을 배웁니다. 거대한 우주 속에서 인간의 위치를 확인하는 일은 결코 허무한 과정이 아닙니다. 오히려 존재의 소중함을 깨닫고 더 나은 미래를 설계하는 밑거름이 됩니다. 자연계의 무질서 속에서 질서를 찾아내는 과정은 마치 예술 작품을 감상하는 것과 같습니다. 겉으로 보기에는 혼란스러워 보이는 현상들도 그 이면에는 정교한 법칙이 숨겨져 있습니다. 이러한 복잡계의 원리를 이해하려는 노력은 현대 과학의 핵심적인 과제 중 하나입니다. 작은 변화가 예상치 못한 거대한 결과를 초래하는 현상을 연구하며, 우리는 자연의 섬세함에 다시 한 번 감탄하게 됩니다. 질서와 무질서의 경계에서 발견하는 진리는 매우 매혹적입니다. 질문하는 능력은 인간만이 가진 고유한 특권입니다. '왜?'라는 짧은 질문 하나가 인류의 역사를 바꾸어 놓았습니다. 사과가 떨어지는 이유를 묻고, 빛의 속도에 의문을 품었던 선구자들 덕분에 우리는 오늘날의 풍요를 누리고 있습니다. 과학은 완성된 결과물이 아니라 끊임없이 수정되고 보완되는 역동적인 과정입니다. 어제의 정답이 오늘의 오답이 될 수 있다는 유연한 사고방식이야말로 과학적 탐구의 본질이며, 우리가 지향해야 할 태도입니다. 현대 과학은 더 이상 개인의 전유물이 아닙니다. 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 거대한 난제들을 해결해 나가는 융합의 시대가 도래했습니다. 기술의 발전은 과학적 발견을 가속화하고, 이는 다시 기술의 혁신으로 이어지는 선순환 구조를 만듭니다. 이러한 흐름 속에서 과학은 사회적 가치를 창출하고 인류의 공동 문제를 해결하는 열쇠가 됩니다. 기후 변화나 질병 정복과 같은 과제들은 과학적 연대를 통해 비로소 해결의 실마리를 찾을 수 있습니다. 과학의 여정에는 끝이 없습니다. 하나의 문을 열면 또 다른 미지의 세계가 우리를 기다리고 있기 때문입니다. 하지만 그 과정 자체가 주는 즐거움과 깨달음은 무엇과도 바꿀 수 없는 가치를 지닙니다. 우리는 끊임없이 배우고 탐구하며 세상과 소통해야 합니다. 과학적 사고를 통해 얻은 통찰력은 우리를 더 지혜로운 길로 인도할 것입니다. 앞으로 펼쳐질 새로운 발견의 순간들을 기대하며, 지적 호기심의 끈을 놓지 않는 자세가 무엇보다 중요합니다.

석현정

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융합

[강연] 빛을 열망한 예술가들 - 터너에서 엘리아손까지 (5) _전영백 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 8강 | 8강 ⑤

빛은 과학의 영역인 동시에 예술의 핵심적인 요소입니다. 지난 200년의 미술 역사를 '빛'이라는 단면으로 들여다보는 시도는 마치 복잡한 예술의 흐름을 CT 촬영하듯 정밀하게 분석하는 것과 같습니다. 과거의 미술이 단순히 대상을 재현하는 데 그쳤다면, 근대에 접어들며 빛은 사물의 외형을 넘어 인간의 내면과 사회적 변화를 투영하는 매개체가 되었습니다. 이러한 관점은 과학적 이론이 예술가들에게 어떤 영감을 주었는지, 그리고 예술이 어떻게 시대의 정신을 담아냈는지를 이해하는 중요한 열쇠가 됩니다. 괴테의 색채론은 빛에 대한 인식을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 괴테 이전의 빛이 객관적 물리적 실체로만 이해되었다면, 괴테는 빛을 인간의 육안을 통해 체험되는 주관적 영역으로 끌어들였습니다. 이는 역사적으로 '개인의 탄생'과 궤를 같이합니다. 외부의 질서에 순응하던 존재에서 벗어나, 자신의 감각으로 세상을 해석하는 주체적 개인이 등장한 것입니다. 이러한 시각의 변화는 미술사에서 작가의 주관이 강조되는 중요한 전환점이 되었으며, 근대적 자아의 형성을 촉진하는 계기가 되었습니다. 계몽주의 시대의 '계몽(Enlightenment)'이라는 용어는 인간 내면의 이성이 스스로 빛을 발한다는 의미를 담고 있습니다. 이 시기의 개인들은 이성의 빛을 통해 세상을 밝히고자 했으나, 이는 동시에 자기중심적인 시각을 강화하는 결과를 초래하기도 했습니다. 각자가 스스로 빛을 내는 존재가 되면서 공통의 규범을 세우는 데 어려움을 겪었고, 이는 프랑스 혁명기의 혼란과 폭력으로 이어지기도 했습니다. 이러한 시대적 불안정성은 낭만주의를 탄생시켰으며, 미술에서도 확고하지 않은 빛과 어둠의 관계를 통해 인간의 불안정한 내면을 표현하기 시작했습니다. 근대 사회의 격동은 미술의 주제와 표현 방식에도 혁명적인 변화를 가져왔습니다. 과거에는 왕이나 귀족만이 그림의 주인공이었으나, 쿠르베나 밀레 같은 작가들은 평범한 농민과 노동자를 영웅적인 스케일로 그려내기 시작했습니다. 이는 당시 기득권층에게 큰 위협으로 다가왔으며, 계급 간의 갈등을 예술을 통해 표면화하는 계기가 되었습니다. 도시의 풍경 또한 변화하여, 화려한 거리와 그 속을 걷는 개인들의 모습이 주요한 소재로 등장했습니다. 이러한 변화는 예술이 더 이상 특정 계층의 전유물이 아니라 사회 전체의 모습을 비추는 거울이 되었음을 의미합니다. 산업 자본주의가 발전하면서 도시의 '산책자'라는 새로운 인간상이 등장했습니다. 보들레르가 묘사한 산책자는 근대 도시를 자유롭게 누비는 주체인 동시에, 거대한 자본의 위세에 소외된 존재이기도 했습니다. 자연의 빛 대신 백화점 쇼윈도의 휘황찬란한 인공 조명이 개인의 시각을 압도하기 시작한 것입니다. 발터 벤야민은 이러한 소외 속에서도 상품의 주름 사이로 비치는 빛을 통해 구원의 가능성을 상상했습니다. 이는 현대 소비 사회에서 개인이 느끼는 무기력함과 그 속에서 찾고자 하는 새로운 희망의 메시지를 동시에 보여줍니다. 현대 미술은 거대 자본과 결합하여 더욱 압도적인 스펙터클을 만들어내고 있습니다. 올라퍼 엘리아슨이나 데미안 허스트의 작품처럼 엄청난 비용이 투입된 설치 미술은 관객을 압도하며 종교적인 경건함마저 느끼게 합니다. 하지만 이러한 '유사 자연'은 관객의 주체적 인식을 마비시키고 모두가 동일한 반응을 보이게 만든다는 우려를 낳기도 합니다. 자연의 빛을 잃어버린 채 스마트폰과 모니터의 인공 조명에 둘러싸인 현대인들에게, 이러한 예술 작품들은 우리가 망각하고 있던 감각을 일깨우는 자극제인 동시에 자본주의의 화려한 단면을 상징하기도 합니다. 시각이 특권화된 현대 사회에서 우리는 오히려 진정한 소통의 빛을 잃어가고 있을지도 모릅니다. 포스트모던 미학은 중심과 주변을 나누는 권력적인 시각을 비판하며, 인간의 오감을 고루 회복할 것을 제안합니다. 이제 우리에게 필요한 것은 거대한 자본이 만들어낸 화려한 볼거리가 아니라, 사람과 사람 사이의 따뜻한 눈빛과 교감입니다. 관계 미학이 강조하듯, 타인과의 접촉과 공감을 통해 얻는 빛이야말로 삭막한 현대 사회를 치유할 수 있는 진정한 구원의 빛이 될 것입니다. 예술은 결국 우리 삶의 관계를 회복하고 인간성을 되찾는 여정이어야 하기 때문입니다.

이승현, 전영백, 전진성

카오스재단카오스강연

융합

[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (1) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ①

빛은 우리가 사물을 인식하게 하는 가장 중요한 매개체입니다. 빛이 없는 공간에서는 사물이 존재하더라도 우리는 그 형태나 색을 전혀 인지할 수 없습니다. 우리가 보는 빛은 사실 전자기파의 일종으로, 매우 넓은 진동수 영역 중 극히 일부인 400에서 700나노미터 사이의 가시광선 영역에 해당합니다. 인간은 이 좁은 창을 통해 세상을 바라보며, 만약 우리가 자외선이나 적외선을 볼 수 있었다면 지금과는 전혀 다른 모습의 우주를 경험했을 것입니다. 사물이 특정한 색을 띠는 이유는 물질이 빛과 상호작용하며 특정 파장을 흡수하거나 반사하기 때문입니다. 예를 들어 식물의 잎이 초록색으로 보이는 것은 엽록소가 푸른색과 붉은색 파장의 빛을 흡수하고 초록색 파장을 주로 반사하기 때문입니다. 당근이 주황색으로 보이는 원리도 이와 같습니다. 이처럼 우리가 보는 색은 물질 내부의 전자 상태가 빛의 에너지를 받아들여 들뜨는 과정에서 결정되는 과학적인 결과물이며, 이는 빛과 물질의 긴밀한 관계를 보여줍니다. 근대 과학의 발전 과정에서 직접 눈으로 관찰하는 행위는 결정적인 역할을 해왔습니다. 20세기 초 물리학자 페랭은 콜로이드 입자의 분포를 직접 관찰하여 아보가드로 수를 유추해냈고, 밀리컨은 기름방울의 움직임을 통해 전하량을 측정했습니다. 하지만 관찰은 항상 완벽하지 않습니다. 때로는 빛의 굴절이나 렌즈의 특성으로 인해 착시 현상이 발생하기도 하며, 관찰자의 주관적인 해석이 개입되어 실체와 다른 결론에 도달할 위험도 존재하기에 과학적 관찰에는 정교함이 요구됩니다. 우리가 일상에서 경험하는 거시 세계의 물리 법칙은 미시 세계로 내려갈수록 그 힘을 잃게 됩니다. 원자나 분자 수준의 미시 세계는 우리의 오감으로 느끼는 상식과는 전혀 다른 양자역학적 원리에 의해 지배됩니다. 거시 세계에서는 관찰자가 대상을 바라보는 행위가 대상에 영향을 주지 않지만, 미시 세계에서는 관찰을 위해 투입된 에너지가 피관찰체를 교란시킵니다. 이러한 차이는 우리가 미시 세계를 이해하기 위해 기존의 경험적 근거를 넘어서는 새로운 사고방식을 가져야 함을 시사합니다. 하이젠베르크의 불확정성 원리는 미시 세계의 본질적인 한계를 잘 보여줍니다. 전자의 위치를 정확히 알기 위해 짧은 파장의 빛을 사용하면, 그 높은 에너지가 전자의 운동량을 크게 변화시킵니다. 반대로 운동량을 정확히 측정하기 위해 낮은 에너지의 긴 파장을 사용하면 위치가 불분명해집니다. 즉, 미시 세계에서는 위치와 운동량을 동시에 정확하게 측정하는 것이 원천적으로 불가능하며, 이는 관찰하는 행위 자체가 실체를 변화시키는 미묘한 자연의 섭리를 드러내는 대목입니다. 분자의 세계는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 작고 조밀합니다. 물 한 방울 속에 들어 있는 분자의 개수를 가늠해 보기 위해 전 세계 70억 인구가 매초 5개씩 쉬지 않고 센다고 가정하면, 무려 2,000년이라는 시간이 걸립니다. 볼펜 끝의 작은 금속 공을 천만 배 확대하면 비행기가 날아다니는 고도인 10km 크기가 될 정도입니다. 이처럼 거대한 수치와 극도로 작은 크기가 공존하는 미시 세계는 우리가 발을 딛고 있는 현실의 이면에 숨겨진 놀라운 정밀함을 보여줍니다. 우주는 가장 작은 소립자부터 거대한 은하계에 이르기까지 약 10의 40승 배에 달하는 거대한 스케일의 차이를 품고 있습니다. 우리는 빛이라는 도구를 통해 이 광활한 세계의 단면을 관찰하며 지식의 지평을 넓혀갑니다. 미시 세계의 양자역학적 신비와 거시 세계의 천문학적 경이로움은 결국 빛과 물질의 상호작용이라는 하나의 줄기로 연결되어 있습니다. 이러한 과학적 통찰은 우리가 세상을 바라보는 방식을 더욱 깊고 풍요롭게 만들어 주며 우주의 본질에 다가서게 합니다.

김성근

카오스재단카오스강연

물리학
화학

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (3) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ③

우리가 사물을 보는 과정은 빛이라는 물리적 에너지를 화학적 신호로 변환하는 정교한 메커니즘에서 시작됩니다. 안구의 앞부분이 렌즈 역할을 하여 초점을 맞추면, 빛은 망막에 도달해 비타민 A 유도체인 레티날과 옵신을 자극합니다. 이 과정에서 발생하는 전기화학적 신호는 시신경을 통해 대뇌로 전달되어 비로소 우리가 색과 형태를 인지하게 됩니다. 망막에는 명암을 구분하는 간상세포와 색을 감지하는 원추세포가 있어, 빛의 정보를 안테나처럼 수집하여 뇌가 처리할 수 있는 데이터로 바꾸어 줍니다. 인간은 빨강, 초록, 파랑의 세 가지 원추세포를 통해 수많은 색상을 조합해 인지합니다. 하지만 대부분의 포유류는 두 가지 색소만을 가져 적색과 녹색을 잘 구별하지 못합니다. 이는 진화의 역사와 깊은 관련이 있는데, 공룡이 지배하던 시절 포유류의 조상들이 야행성 생활을 하며 색 구별 능력을 포기했기 때문입니다. 이후 영장류로 진화하며 붉은 과일을 찾기 위해 다시 녹색과 적색을 구별하는 능력을 발달시킨 것으로 보입니다. 이러한 진화적 선택은 우리가 세상을 다채롭게 바라보는 기초가 되었습니다. 자연계에는 인간보다 훨씬 복잡하거나 독특한 시각 체계를 가진 생명체들이 존재합니다. 곤충은 자외선 영역을 볼 수 있어 꽃의 위치를 파악하며, 새들은 네 종류의 색소를 가져 인간보다 더 화려한 세상을 경험합니다. 특히 갯가재의 일종인 맨티스 쉬림프는 무려 12종류의 색소를 보유하고 있어 빛의 편광까지 감지할 수 있습니다. 이는 투명한 먹잇감을 사냥하기 위해 최적화된 결과입니다. 이처럼 시각은 각 생명체가 처한 환경과 생존 전략에 맞춰 각기 다른 방식으로 정교하게 진화해 왔음을 알 수 있습니다. 시각 인지 능력은 유전적 요인에 의해서도 차이를 보입니다. 적색을 감지하는 옵신 유전자는 X 염색체에 위치하기 때문에, 남성이 여성보다 적록색맹이 나타날 확률이 훨씬 높습니다. 흥미로운 점은 위대한 화가 고흐 역시 색맹이었을 가능성이 제기된다는 것입니다. 그의 작품을 색맹의 시각으로 변환해 보면 일반인이 보는 것과 유사한 색감을 띠기도 합니다. 이는 시각적 한계가 예술적 창의성을 가로막지 않으며, 우리가 보는 세상이 절대적인 것이 아니라 각자의 감각 기관이 해석한 결과물임을 시사합니다. 눈의 탄생은 생명체의 진화 속도를 비약적으로 앞당겼습니다. 포식자를 피하기 위해 이동 속도가 빨라졌고, 몸을 보호하기 위한 골격이 발달하기 시작했습니다. 또한 시각은 번식을 위한 유혹의 수단으로도 활용되어 공작새처럼 화려한 색채를 뽐내게 만들었습니다. 이때 나타나는 화려한 색은 단순히 색소에 의한 '흡수색'뿐만 아니라, 나노 구조를 통해 빛을 반사하는 '구조색'인 경우도 많습니다. 결국 시각은 생존과 번식이라는 생명의 근본적인 목적을 달성하기 위해 끊임없이 변화하며 세상을 풍요롭게 만들어 왔습니다.

최철희

카오스재단카오스강연

물리학
생명과학

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (1) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ①

빛은 입자성과 파동성을 동시에 지닌 에너지의 한 형태입니다. 우리가 사물을 본다는 것은 단순히 빛이 존재하는 상태를 넘어, 빛이 물질과 만나 어떤 상호작용을 일으키는지를 이해하는 과정이기도 합니다. 빛의 에너지는 진동수와 파장에 의해 결정되며, 전자기파의 넓은 스펙트럼 중 극히 일부인 가시광선만이 우리 눈에 포착됩니다. 이러한 빛의 본질을 파악하는 것은 생명체가 외부 세계를 인식하는 근본적인 원리를 탐구하는 첫걸음이 됩니다. 빛은 전기적 성질과 자기적 성질을 동시에 가진 파동으로서 우리 삶의 모든 곳에 스며들어 있습니다. 물질과 빛이 만나면 투과, 반사, 산란, 흡수라는 네 가지 현상이 일어납니다. 우리가 물체를 인식하기 위해서는 빛이 우리 몸에 흔적을 남겨야 하는데, 이것이 바로 '흡수'입니다. 빛이 그냥 통과하거나 튕겨 나간다면 우리는 그 빛을 감지할 수 없습니다. 원자 수준에서 보면, 전자가 특정 에너지 준위로 도약할 때 빛을 흡수하게 됩니다. 이때 전자는 아무 빛이나 받아들이지 않고 자신에게 맞는 특정한 에너지 차이를 가진 빛만을 선택적으로 수용하는 양자역학적 특성을 보입니다. 이러한 선택적 흡수가 우리가 색을 구별하고 형태를 인지하는 기초가 됩니다. 투명인간이 실제로 존재한다면 그는 역설적으로 앞을 볼 수 없는 장님이 될 가능성이 큽니다. 투명하다는 것은 빛이 흡수되지 않고 모두 통과한다는 뜻인데, 시각이 형성되려면 반드시 망막에서 빛의 흡수가 일어나야 하기 때문입니다. 또한 우리 눈은 카메라의 암실처럼 내부가 검은 막으로 둘러싸여 있어 정면에서 들어오는 빛만을 선별하여 받아들입니다. 하지만 투명인간은 이러한 암실 구조가 없기에 사방에서 들어오는 빛이 망막을 어지럽혀 정상적인 시각 정보를 처리할 수 없게 됩니다. 즉, 완벽한 투명함은 시각의 상실을 의미하는 셈입니다. 생명체가 빛을 감지하는 핵심 메커니즘은 광화학 반응에 있습니다. 우리 눈의 망막에는 비타민 A의 유도체인 '레티날'이라는 화학 물질이 존재합니다. 평소 굽어 있는 구조를 유지하던 레티날은 빛 에너지를 흡수하는 순간 팔을 쭉 펴듯 구조가 변하게 됩니다. 이 미세한 분자 구조의 변화가 시각을 형성하는 가장 기초적인 단계입니다. 당근에 풍부한 비타민 A가 시력 건강에 중요하다고 강조되는 이유도 바로 이 레티날의 원료가 되기 때문입니다. 이 작은 분자의 움직임이 우리가 세상을 보는 거대한 창을 열어주는 열쇠가 됩니다. 레티날의 구조 변화는 이를 감싸고 있는 '옵신'이라는 단백질에 의해 감지됩니다. 옵신은 레티날의 구조 변화를 포착하여 이를 신경 세포의 활성 신호로 전환하는 안테나 역할을 수행합니다. 결국 우리가 아름다운 풍경을 보고 사물을 구별하는 모든 과정은 빛이라는 물리적 에너지가 생체 내에서 화학적 변화를 거쳐 전기적 신호로 바뀌는 정교한 변환 과정의 결과물입니다. 이러한 메커니즘은 인간뿐만 아니라 다양한 생명체가 각자의 환경에 맞춰 진화시켜 온 놀라운 생존 전략이며, 빛과 생명이 어떻게 공존하는지를 보여주는 증거입니다.

최철희

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