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챗GPT와 인간의 기억 능력의 차이는? 🧐(feat. 맘바🐍) l 2026 미래 과학 트렌드 북콘서트

인간 기억의 연구 역사에서 헨리 몰레이슨이라는 인물은 매우 중요한 위치를 차지합니다. 그는 어린 시절 사고로 인한 뇌전증을 치료하기 위해 해마를 절제하는 수술을 받았지만, 그 결과 예상치 못한 치명적인 부작용을 겪게 되었습니다. 수술 이전의 일들은 온전하게 기억했음에도 불구하고, 수술을 받은 시점 이후부터는 새로운 장기 기억을 전혀 생성하지 못하게 된 것입니다. 이 사례는 우리 뇌의 특정 부위가 기억의 형성과 저장에 있어서 어떠한 결정적인 역할을 수행하는지를 세상에 알리는 중대한 계기가 되었습니다. 브렌다 밀너 박사의 심도 있는 연구를 통해 해마가 단기 기억을 장기 기억으로 전환하는 핵심적인 가교 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 우리가 일상에서 겪는 수많은 경험은 해마를 거쳐 대뇌피질로 이동하며 고착화되는데, 이 과정에서 신경세포 사이의 연결 통로인 시냅스가 물리적으로 변화하며 견고한 장기 기억이 형성됩니다. 흥미로운 점은 우리가 숙면을 취하는 동안에도 해마가 이 전환 작업을 부지런히 수행한다는 것입니다. 이러한 인간의 뇌 구조와 학습 메커니즘은 오늘날 인공지능 신경망 설계의 중요한 영감이 되었습니다. 인공지능 역시 인간의 시냅스와 유사한 개념인 매개변수를 통해 정보를 저장하고 지능을 구현합니다. 하지만 현재의 거대 언어 모델(LLM)들은 학습이 완료되어 출시되는 순간 그 수치가 동결되는 특성을 가집니다. 만약 대화 도중에 새로운 정보를 실시간으로 장기 기억화하려고 시도하면, 기존에 정교하게 학습된 데이터가 훼손되는 '파괴적 망각' 현상이 발생하기 때문입니다. 따라서 우리가 챗봇과 대화하며 느끼는 지능적인 반응은 실시간 학습의 결과가 아니라, 이미 고정된 신경망 내에서 최적의 답변을 찾아내는 과정에 가깝습니다. 대신 인공지능은 '문맥 창'이라고 불리는 일종의 단기 기억 저장소를 활용해 대화의 흐름을 유지합니다. 대화창 내의 정보는 일정량까지 기억할 수 있지만, 창을 닫거나 용량을 초과하면 정보를 잊게 되는 구조입니다. 최근에는 이러한 한계를 극복하기 위해 검색 증강 생성(RAG) 기술이 활발하게 도입되고 있습니다. 이는 모델이 과거의 대화 기록이나 외부 데이터를 실시간으로 검색하여 참고하게 함으로써, 인공지능에게 파괴적 망각의 위험 없이도 방대한 양의 외부 장기 기억을 부여하는 효과적인 전략으로 자리 잡았습니다. 현재 인공지능의 주류인 트랜스포머 아키텍처는 모든 데이터를 대조하는 방식이라 연산 효율성에 한계가 존재합니다. 이를 보완하기 위해 등장한 '맘바(Mamba)' 모델은 정보를 압축하여 처리하는 선택적 상태 공간 모델(SSM)을 기반으로 훨씬 빠른 연산 속도를 자랑합니다. 뱀처럼 민첩하게 정보를 처리한다는 의미를 담은 이 새로운 신경망이 과연 트랜스포머의 시대를 대체하고 인공지능의 새로운 표준이 될지는 전 세계 연구자들의 주요 관심사입니다. 이러한 혁신적인 시도들은 인공지능이 인간처럼 유연한 연속 학습을 할 수 있는 미래를 앞당기고 있습니다.

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🧑‍💻🧙뇌에 조작을 해 인간의 능력을뛰어넘게💪 만들 수 있다면 여러분은 하시겠습니까?❓| 요즘과학

인간의 뇌는 여전히 많은 미지의 영역을 품고 있지만, 최근 뇌과학의 발전은 우리의 상상을 뛰어넘는 기술적 가능성을 보여주고 있습니다. 뇌 임플란트 기술은 뇌의 신경 신호를 직접 읽고 해석하여, 전자 기기를 생각만으로 조작하거나 신체적 한계를 극복하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 기술은 특히 신경계 질환이나 신체 장애로 인해 움직임이 제한된 환자들에게 새로운 희망을 제공하고 있습니다. 뇌 임플란트의 대표적인 예로 파킨슨병 치료를 위한 뇌심부자극기(DBS)와, 최근 일론 머스크가 이끄는 뉴럴링크의 소형 칩 등이 있습니다. 뇌 임플란트의 원리는 뇌의 특정 영역에 미세한 전극을 이식하여 신경 신호를 획득하고, 이를 분석해 원하는 행동이나 감정 조절을 가능하게 하는 데 있습니다. 예를 들어, 운동 피질에 전극을 이식하면 팔이나 다리의 움직임을 유도할 수 있고, 감정 조절과 관련된 영역을 자극하면 우울감이나 불안감을 완화할 수도 있습니다. 이러한 기술은 현재 주로 중증 신체 장애인이나 퇴행성 뇌질환 환자들을 대상으로 적용되고 있으며, 실제로 임상 현장에서 긍정적인 변화를 이끌어내고 있습니다. 하지만 뇌 임플란트 기술에는 여전히 많은 한계와 위험이 존재합니다. 수술적 위험성과 더불어, 이식된 전극과 뇌 조직 간의 마모, 염증 반응, 전극 부식 등 생체적 내구성 문제가 있습니다. 또한, 배터리 용량과 발열 문제, 무선 통신의 안정성 등 기술적 과제도 해결되어야 합니다. 무엇보다도, 타인의 생각이나 감정을 조작할 수 있다는 윤리적·사회적 우려가 크기 때문에, 신중한 접근과 엄격한 규제가 필요합니다. 미래의 뇌 임플란트 기술은 지금보다 훨씬 작고 강력해져, 수천 개 이상의 신경 신호를 동시에 읽고 분석할 수 있을 것으로 기대됩니다. 현재는 파킨슨병이나 뇌전증 등 특정 질환에 제한적으로 사용되고 있지만, 앞으로는 우울증, 치매, 집중력 강화, 기억력 증진 등 인간 능력의 확장까지도 가능해질 전망입니다. 이른바 '휴먼 어그멘테이션'의 시대가 도래할 수 있으며, 인간과 기계가 직접 소통하는 새로운 패러다임이 열릴 것입니다. 세계적으로는 미국과 중국이 뇌 임플란트 기술 개발을 선도하고 있습니다. 미국은 혁신 기업과 스타트업을 중심으로 신경계 질환 치료와 보조 장치 개발에 집중하고 있으며, 실제로 임상 적용이 활발히 이루어지고 있습니다. 반면 중국은 정부 주도로 전략 산업으로 육성하며, 의료 분야뿐 아니라 교육, 게임, 웨어러블 디바이스 등 다양한 분야로 활용을 확장하려는 움직임을 보이고 있습니다. 이러한 경쟁은 뇌 임플란트 기술의 발전 속도를 더욱 가속화할 것으로 보입니다.

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왜 죽는 순간 주마등이 스쳐 지나갈까?

영화 '해리 포터'의 한 장면처럼 죽음의 문턱에서 과거의 기억이 스쳐 지나가는 현상을 우리는 '주마등'이라 부릅니다. 원래 주마등은 회전하는 빛에 의해 말이 달리는 것처럼 보이는 장식용 등을 의미하지만, 오늘날에는 죽음 직전의 짧은 환상을 일컫는 용어로 더 익숙합니다. 이 신비로운 현상은 단순한 착시를 넘어 인간의 뇌와 신체가 반응하는 복잡한 과정의 결과물입니다. 과학자들은 이 찰나의 순간을 이해하기 위해 물질적, 특히 화학적 관점에서 접근하며 그 비밀을 풀고자 노력하고 있습니다. 주마등을 연구하기 위해 죽음을 직접 경험하는 것은 불가능에 가깝기에, 연구자들은 임사체험이나 환각물질을 이용한 사례에 주목합니다. 아마존 원주민들이 신화적 세계를 체험하기 위해 마셨던 '아야와스카'라는 음료가 대표적인 예입니다. 이를 복용한 이들이 겪는 증상은 죽음의 순간에 나타나는 주마등과 매우 흡사하다고 알려져 있습니다. 이러한 사례들은 주마등이 단순히 심리적인 현상이 아니라, 특정 화학물질이 뇌에 작용하여 발생하는 생화학적 반응일 가능성을 강력하게 시사합니다. 뇌의 중심부에 위치한 송과체는 우리 몸의 생체리듬을 조절하는 멜라토닌과 정서적 안정을 돕는 세로토닌을 분비합니다. 흥미로운 점은 이 두 물질과 분자구조가 매우 유사한 '디메틸트립타민(DMT)' 역시 송과체에서 생성된다는 사실입니다. DMT는 강력한 환각과 환청을 유발하는 물질로, 평소에는 극소량만 존재하지만 생사의 갈림길과 같은 극단적인 상황에서는 폭발적으로 분비될 수 있습니다. 즉, 주마등은 뇌가 마지막 순간에 분비하는 화학물질이 만들어낸 일종의 환상인 셈입니다. 실제로 쥐를 대상으로 한 실험에서 심정지가 발생하는 순간 DMT의 농도가 평소보다 6.2배나 급증한다는 사실이 확인되었습니다. 2019년에는 포유류의 뇌 속 송과체에서 아미노산인 트립토판을 재료로 DMT가 합성된다는 기전이 과학적으로 입증되기도 했습니다. 비록 인간을 대상으로 한 직접적인 실험은 윤리적 한계로 인해 어렵지만, 포유류 공통의 생체반응을 고려할 때 인간 역시 죽음의 순간에 이 '주마등 분자'가 활성화될 것이라고 추측할 수 있습니다. 이는 신비의 영역을 과학의 영역으로 끌어온 중요한 발견입니다. DMT가 작용하면 체험자들은 자신의 몸을 초월해 다른 차원으로 들어가는 듯한 느낌을 받거나 시간이 느려지는 경험을 하게 됩니다. 우리가 겪는 이 특별한 경험은 12개의 탄소와 16개의 수소, 2개의 질소로 이루어진 작은 분자가 선사하는 마지막 환상입니다. 비록 이 현상의 완전한 목적이나 활용법은 아직 베일에 싸여 있지만, 과학은 우리가 생을 마감하는 그 짧은 순간조차 정교한 화학적 설계 속에 있음을 보여주고 있습니다. 주마등은 어쩌면 자연이 인간에게 허락한 가장 신비로운 작별 인사일지도 모릅니다.

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💊 “살 빠지는 약, 먹기 전에 꼭 봐야 할 영상!”｜심심할 땐 과학 시즌3 EP.03

현대 사회에서 다이어트는 많은 이들의 관심사입니다. 최근에는 단순한 식이조절이나 운동뿐 아니라 다양한 약물 치료법이 주목받고 있습니다. 대표적으로 '위고비'라는 약이 있는데, 원래는 당뇨병 치료제로 개발되었으나 체중 감량 효과가 뛰어나 비만 치료제로 널리 사용되고 있습니다. 위고비의 핵심 성분인 세마글루타이드는 우리 몸의 GLP-1 호르몬을 모방하여 식욕을 억제하고 포만감을 높여줍니다. 이처럼 다이어트 약에는 생리학적, 신경과학적 원리가 숨어 있어 단순한 유행이 아니라 과학적 근거에 기반한 치료법임을 알 수 있습니다. GLP-1 호르몬은 식사 후 소장에서 분비되어 췌장에 인슐린 분비를 촉진하고, 뇌의 시상하부에 작용해 식욕을 조절합니다. 특히 시상하부의 NPY 뉴런과 POMC 뉴런을 조절하여 배고픔과 포만감을 느끼게 합니다. 위고비와 같은 약물은 이 호르몬의 작용을 강화하여 식사량을 줄이고 체중 감량을 유도합니다. 기존의 다이어트 약물과 달리, GLP-1 유사체는 대사 안정성과 뇌혈관장벽 투과성을 높여 효과를 오래 지속시킬 수 있도록 개발되었습니다. 과거에는 펜터민이나 토피라메이트와 같은 향정신성 의약품이 다이어트 약으로 사용되었습니다. 이들 약물은 중추신경을 자극해 식욕을 억제하지만, 심혈관계 부담과 중독 위험 등 심각한 부작용이 있었습니다. 특히 학생들이 집중력 향상을 목적으로 오남용하는 사례가 늘어나 사회적 문제가 되기도 했습니다. 장기간 복용 시 뇌의 해마 크기가 줄어드는 등 인지 기능 저하가 나타날 수 있어, 반드시 의사의 처방과 관리하에 단기간만 사용해야 합니다. 약물 오남용은 건강에 치명적인 영향을 미칠 수 있으므로 각별한 주의가 필요합니다. 지방 흡수를 억제하는 오를리스타트나 탄수화물 흡수를 줄이는 아카보즈 등도 한때 다이어트 약으로 인기를 끌었습니다. 오를리스타트는 지방 소화 효소를 억제해 일부 지방이 체외로 배출되도록 하지만, 변실금이나 지용성 비타민 흡수 저해 등 불편한 부작용이 있었습니다. 아카보즈는 탄수화물 분해 효소를 억제해 혈당 상승을 늦추지만, 실제 체중 감량 효과는 크지 않고 복부 팽만이나 가스 발생 등으로 중도 포기하는 경우가 많았습니다. 이처럼 다이어트 약은 각기 다른 기전과 부작용을 가지고 있어 신중한 선택이 필요합니다. 식욕과 포만감은 단순히 위장의 상태만으로 결정되지 않습니다. 뇌는 감각 자극에 매우 민감하게 반응하여, 배가 불러도 맛있는 디저트를 보면 위가 다시 늘어나 먹을 준비를 하게 됩니다. 이는 설탕이 뇌에 전달되어 베타 엔도르핀 분비를 촉진하고, 중독적인 행동을 유발하기 때문입니다. GLP-1 유사체는 이러한 식욕 자체를 줄여주는 효과가 있어, 단순히 식사량뿐 아니라 음주나 흡연 욕구까지 감소시킨다는 연구 결과도 있습니다. 결국 다이어트는 뇌와의 싸움이며, 의지와 과학적 접근이 모두 중요하다는 점을 알 수 있습니다.

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💘"사랑, 진화의 전략이었다?!" | 🧪심심할 땐 과학 EP.2

사랑은 인간의 감정 중에서도 가장 복합적이고 깊은 의미를 지닌 현상입니다. 과학적으로 접근하면 사랑은 단순한 감정이 아니라 호르몬과 뇌의 작용에 의해 촉발되는 생물학적 현상임을 알 수 있습니다. 인류의 진화 과정에서 사랑은 단순한 짝짓기를 넘어, 양육과 협력, 그리고 사회적 유대의 핵심 요소로 자리 잡았습니다. 특히 인간 아기의 오랜 양육 기간은 부모 간의 협력과 깊은 애정을 필요로 했고, 이는 진정한 사랑의 시작점이 되었습니다. 진화심리학적 관점에서 사랑은 생존과 번식에 유리한 전략으로 발전해 왔습니다. 인간은 사회적 동물로서, 감정적 유대와 협력이 생존에 필수적이었습니다. 동물들 중에서도 프레리들쥐와 같이 배우자와의 유대가 강한 종이 존재하며, 이들의 뇌에서는 옥시토신과 바소프레신 같은 호르몬이 활발하게 분비됩니다. 인간 역시 이러한 화학적 시스템을 공유하지만, 전두엽의 발달로 인해 더 이성적이고 계획적인 사랑을 할 수 있게 되었습니다. 남성과 여성은 진화 과정에서 각기 다른 생존 전략을 발전시켰습니다. 여성은 출산과 양육에 더 많은 에너지를 투자해야 했기에, 좋은 유전자를 가진 남성을 선호하게 되었고, 남성은 자신의 유전자를 널리 퍼뜨리기 위한 전략을 취했습니다. 이러한 차이는 수렵과 채집, 그리고 색채 지각 능력이나 공간 지각 능력 등에서 남녀 간의 미묘한 차이로 이어졌습니다. 하지만 최근 연구에서는 남녀 차이보다 개인차가 더 크다는 점이 강조되고 있습니다. 예를 들어, MHC 유전자와 관련된 실험에서는 서로 다른 유전자를 가진 상대에게 더 끌리는 경향이 확인되었습니다. 이는 자손의 면역력을 높이기 위한 자연스러운 선택으로 해석됩니다. 또한, 시간이 지남에 따라 커플이 닮아간다는 연구도 있는데, 이는 함께하는 시간 동안 비슷한 정서와 표정을 공유하기 때문이라고 합니다. 외모에 대한 선호 역시 진화적, 신경과학적 배경을 가지고 있습니다. 많은 사람들이 평균적이고 대칭적인 얼굴을 아름답다고 느끼는 경향이 있는데, 이는 건강함과 면역력의 신호로 해석됩니다. 실제로 뇌가 직관적으로 선호하는 얼굴 비율이 존재하며, 이는 황금비와 유사한 수치로 나타납니다. 이러한 선호는 특히 여성의 가임기나 배란기에 더 두드러진다고 알려져 있습니다.

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💌 사랑이 과학이라면... 나 연애 못한 것도 유전자 탓...? ｜심심할 땐 과학 EP.1

사랑은 단순히 남녀 사이의 감정을 넘어 다양한 형태로 존재합니다. 많은 사람에게 사랑의 본질을 물었을 때, 연애보다 부모의 내리사랑이 더 높은 순위를 차지한다는 연구 결과는 흥미롭습니다. 특히 모성애는 변하지 않고 희생적인 사랑의 원형으로 인식되곤 합니다. 이는 우리가 받고 싶은 사랑의 모습이 투영된 결과이기도 합니다. 결국 사랑의 정의는 우리가 타인에게 기대하는 헌신과 보호의 감정에서 시작되며, 이러한 유대감은 인간관계를 지탱하는 가장 강력한 뿌리가 됩니다. 부모의 사랑은 뇌과학적으로도 차이를 보입니다. 아이의 영상을 볼 때 어머니는 감정을 조절하는 변연계가 활성화되는 반면, 아버지는 이성적인 사고를 담당하는 신피질이 주로 반응합니다. 이는 진화 과정에서 모성애가 본능적인 영역으로 먼저 자리 잡았고, 부성애는 사회적 관계 속에서 발달했음을 시사합니다. 또한 어머니는 아이의 냄새에, 아버지는 아이의 울음소리에 더 민감하게 반응하도록 뇌 구조가 변화한다는 사실은 부모라는 역할이 생물학적으로 얼마나 경이로운지 보여줍니다. ‘피는 물보다 진하다’는 말처럼 유전자는 우리의 정체성을 결정하는 설계도와 같습니다. 부모로부터 물려받은 유전정보는 귓불의 모양이나 혀 말기 능력 같은 신체적 특징뿐만 아니라 탈모나 치아 상태까지 결정짓습니다. 리처드 도킨스의 ‘이기적 유전자’ 이론에 따르면, 혈연관계일수록 서로를 돕는 경향은 유전자를 보존하려는 본능에서 비롯됩니다. 우리는 부모의 유전자가 섞인 고유한 존재로서, 자신만의 표현형을 나타내며 다음 세대로 생명의 설계도를 이어가는 가교 역할을 수행합니다. 유전자의 힘은 미각과 후각 같은 감각의 영역에서도 뚜렷하게 나타납니다. PTC 종이를 통해 쓴맛을 느끼는 정도를 테스트해 보면 사람마다 유전적 민감도가 다르다는 것을 알 수 있습니다. 고수에서 비누 냄새를 느끼는 것 역시 특정 후각수용체 유전자의 영향입니다. 과거 야생의 환경에서 쓴맛을 감지하는 능력은 독초를 구별해 생존할 확률을 높여주는 중요한 도구였습니다. 이처럼 우리가 선호하거나 기피하는 맛과 향은 단순한 취향을 넘어, 조상들이 생존을 위해 축적해 온 진화의 유산이라 할 수 있습니다. 사랑의 방식이나 애착 스타일 역시 유전적 요인과 밀접한 관련이 있습니다. 옥시토신이나 바소프레신 같은 신경전달물질의 수용체 변이에 따라 금방 사랑에 빠지거나 장기적인 관계를 선호하는 등의 특징이 나타나기도 합니다. 하지만 유전자가 모든 것을 결정하는 것은 아닙니다. 어떤 환경에서 자하고 어떤 교육을 받았는지에 따라 애착 스타일은 얼마든지 성숙해질 수 있습니다. 유전학적 이해는 타인을 더 깊이 포용하기 위한 도구일 뿐이며, 진정한 사랑은 유전자의 한계를 넘어선 노력과 경험을 통해 완성됩니다.

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[인터뷰] 바이오인공지능연구센터 ABC #005 | 이종호 전기정보공학부 교수

디지털 헬스케어는 의료 산업 전반에 걸친 디지털 전환을 의미하며, 인공지능과 IT 기술을 활용해 인간의 건강을 증진하는 혁신적인 분야입니다. 그중에서도 의료 영상 기술은 우리 몸의 내부를 시각화하여 질병을 진단하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 특히 MRI는 엑스레이나 CT와 달리 방사선을 사용하지 않고 자기장만을 이용하기 때문에 인체에 무해하며 반복적인 촬영이 가능하다는 독보적인 장점을 지니고 있습니다. 이러한 안전성을 바탕으로 뇌의 구조와 활동을 정밀하게 분석하여 기존에 알 수 없었던 새로운 정보를 찾아내는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 최근 MRI 연구는 과거에는 불가능했던 영역까지 진단 범위를 넓히며 의료 현장에 큰 변화를 일으키고 있습니다. 대표적인 사례가 파킨슨병입니다. 운동 신경과 관련된 이 질환은 불과 몇 년 전까지만 해도 MRI로 진단하기 어려웠으나, 새로운 영상 기법의 개발과 글로벌 연구진의 협력을 통해 이제는 영상만으로도 판별이 가능해졌습니다. 이처럼 혁신적인 영상 기술은 뇌의 연결성이나 미세한 구조 변화를 새롭게 파악하게 함으로써, 질병의 조기 발견은 물론 인간의 뇌가 어떻게 변화하고 활동하는지에 대한 깊은 과학적 통찰을 제공하고 있습니다. 공학 연구의 가치는 기술 그 자체에 머물지 않고 사회적 약자나 아픈 이들에게 실질적인 도움을 줄 때 더욱 빛을 발합니다. 연구자가 자신의 연구가 사회에 기여해야 한다는 확신을 가질 때, 그 기술은 비로소 생명력을 얻고 현장에 적용될 수 있습니다. 실리콘밸리의 학풍처럼 현실 세계에 즉각적으로 적용되어 임팩트를 줄 수 있는 실용적인 연구는 현대 공학이 지향해야 할 중요한 방향입니다. 단순히 이론적인 깊이를 추구하는 것을 넘어, 개발된 기술이 실제 의료 현장에서 환자의 삶을 개선하는 도구로 변모하는 과정은 공학자에게 가장 큰 보람과 동기를 선사합니다. 훌륭한 공학자가 되기 위해서는 기술적 역량 못지않게 자신의 생각을 명확하게 전달하는 글쓰기와 말하기 능력이 필수적입니다. 연구 결과가 아무리 뛰어나더라도 이를 효과적으로 공유하고 설득하지 못한다면 그 가치를 온전히 인정받기 어렵기 때문입니다. 특히 다양한 분야의 전문가들과 협업이 잦은 바이오 인공지능 분야에서는 소통의 중요성이 더욱 강조됩니다. 학부 시절부터 체계적인 발표 연습과 논리적인 글쓰기 훈련을 쌓는 것은 연구의 효율성을 높이고, 나아가 글로벌 무대에서 동료 연구자들과 교류하며 경쟁력을 확보하는 데 있어 든든한 밑거름이 됩니다. 미래의 의료는 질병이 발생한 후 치료하는 방식에서 벗어나, 정기적인 검진을 통해 예방하는 '프리벤티브 케어'로 패러다임이 변화하고 있습니다. 현재 MRI는 높은 비용과 긴 촬영 시간 때문에 접근성이 낮지만, 인공지능을 활용한 고속 영상 기술이 발전한다면 누구나 정기적으로 촬영할 수 있는 시대가 올 것입니다. 촬영 시간을 획기적으로 단축하여 검사 비용을 낮추는 노력은 의료 서비스의 문턱을 낮추는 중요한 게임 체인저가 될 것입니다. 기술 혁신을 통해 모든 인류가 질병의 위협으로부터 벗어나 건강한 삶을 유지하도록 돕는 것이 의료 인공지능 연구의 궁극적인 지향점입니다.

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우리가 맛을 느끼는 데 오감은 얼마나 중요할까? 눈코👀👃를 막고 사과와 무, 구분 가능?? l 심심할 땐 과학

우리가 음식을 맛볼 때 혀의 감각에만 의존한다고 생각하기 쉽지만, 사실 맛의 비밀은 뇌에 있습니다. 시각, 후각, 미각 등 오감이 조화를 이룰 때 비로소 우리는 '맛있다'는 감정을 느낍니다. 특히 시각은 우리가 받아들이는 정보의 80% 이상을 차지할 정도로 강력하여, 눈으로 보는 즐거움이 맛의 기대를 결정하기도 합니다. 실험을 통해 코를 막고 눈을 가리면 사과와 무조차 구분하기 힘들다는 사실은, 후각과 시각이 미각을 완성하는 데 얼마나 결정적인 역할을 하는지 잘 보여줍니다. 감각 기관들이 뇌와 긴밀하게 연결되어 있기에 우리는 결국 뇌로 음식을 먹는 셈입니다. 인류의 진화 과정에서 요리는 뇌의 성장을 폭발시킨 핵심적인 계기였습니다. 약 78만 년 전부터 음식을 익혀 먹기 시작하면서 영양 흡수 효율이 높아졌고, 이는 곧 지능의 발달로 이어졌습니다. 이 과정에서 생존에 유리한 영양소를 찾기 위해 미각도 정교해졌는데, 그중 '제5의 맛(감칠맛)'은 단백질 섭취를 알리는 중요한 신호로 자리 잡았습니다. 아미노산의 일종인 글루탐산에서 비롯되는 이 맛은 우리 몸이 에너지를 얻고 세포를 구성하는 데 필요한 성분을 본능적으로 찾게 만듭니다. 요리의 시작은 인간을 인간답게 만든 진화의 출발점이었습니다. 흔히 인공 조미료로 알려진 글루탐산나트륨(MSG)에 대해 부정적인 인식이 많지만, 과학적 관점에서 보면 이는 자연 재료에서 추출한 성분과 화학적으로 동일한 구조를 가집니다. 다시마나 토마토에 풍부한 글루탐산 성분을 효율적으로 농축한 것이 바로 글루탐산나트륨(MSG)이며, 이는 많은 가축의 희생을 줄이면서도 대중에게 풍부한 맛을 선사하는 경제적인 발명품입니다. 우리가 먹는 과일이나 채소 역시 수많은 화합물로 이루어져 있다는 점을 고려할 때, 특정 성분에 대한 막연한 혐오보다는 성분의 본질과 적절한 섭취량에 집중하는 태도가 필요합니다. 화학은 결코 자연과 대척점에 있는 것이 아니라 자연의 맛을 더 효율적으로 전달하는 도구입니다. 요리의 즐거움은 서로 다른 재료가 만나 맛을 증폭시키는 '상승 효과'에서 극대화됩니다. 글루탐산이 풍부한 채소와 핵산 성분이 많은 육류나 해산물을 함께 조리하면 감칠맛은 단독으로 쓰일 때보다 수 배 이상 강력해집니다. 불고기에 채소를 곁들이거나 스테이크를 구울 때 가니시를 함께 내는 것은 경험적으로 이러한 과학적 원리를 활용해온 사례입니다. 심지어 국물 요리에 김가루를 뿌리는 사소한 습관조차도 김에 들어있는 풍부한 감칠맛 성분을 이용해 맛의 깊이를 더하려는 본능적인 선택이라 할 수 있습니다. 이러한 맛의 조화는 요리를 하나의 예술이자 과학으로 만듭니다. 제5의 맛(감칠맛)은 단순한 미각적 즐거움을 넘어 생명 유지의 신호탄과 같습니다. 갓 태어난 아기가 먹는 모유에도 감칠맛 성분이 풍부하다는 사실은 인간이 태어날 때부터 이 맛을 갈구하도록 설계되었음을 시사합니다. 반면 육식을 멈추고 대나무만 먹게 된 판다처럼 환경에 따라 특정 미각이 퇴화하기도 합니다. 결국 우리가 맛을 탐구하는 과정은 인류가 어떻게 생존해 왔으며, 자연과 과학이 어떻게 조화를 이루어 우리의 삶을 풍요롭게 만드는지를 이해하는 과정과도 같습니다. 뇌가 기억하는 맛의 즐거움은 우리가 건강하게 살아가는 데 필요한 가장 강력한 동기부여 중 하나입니다.

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[댓글 이벤트] 알파고, 바둑을 위해 만들어졌나?🧐 인공지능과 뇌🧠 Part.2ㅣ선을 넘는 과학자들

알파고는 단순히 바둑을 잘 두기 위해 태어난 존재가 아닙니다. 초기에는 벽돌 깨기와 같은 고전 비디오 게임을 통해 학습 능력을 검증받았으며, 이후 바둑이라는 복잡한 환경에서 최적화된 성능을 보여주었습니다. 딥러닝과 강화학습을 결합한 이 기술은 인간의 한계를 뛰어넘는 방대한 메모리와 시뮬레이션 능력을 활용합니다. 이세돌 9단과의 대국은 인공지능이 전략적 게임에서 얼마나 강력한 효율을 낼 수 있는지 증명한 상징적인 사건이었습니다. 알파고의 본질은 수학적 모델을 통해 최적의 전략을 도출하는 데 있습니다. 이러한 능력은 단순히 게임에 국한되지 않고 로켓의 연료 조절이나 로봇 제어와 같은 정밀한 공학 분야에 적용됩니다. 예를 들어, 지능형 청소 로봇에 이 기술이 접목되면 단순히 장애물을 피하는 수준을 넘어, 집안 상황에 맞춰 우선순위를 정하고 효율적인 청소 계획을 세우는 전략적 행동이 가능해집니다. 이는 인공지능이 실생활의 복잡한 문제를 해결하는 뇌 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 인공지능의 전략 수립 능력은 경제나 사회적 딜레마를 해결하는 도구로도 확장될 수 있습니다. 투자 수익 분배 문제처럼 이해관계가 상충하여 최적의 해답을 찾기 어려운 상황에서, 인공지능 알고리즘은 모두를 만족시킬 수 있는 정책적 대안을 제시할 수 있습니다. 실제로 구글 딥마인드는 이러한 가능성을 탐구하며 인공지능이 단순한 오락용 도구가 아님을 보여주었습니다. 복잡한 사회 시스템 속에서 최적의 균형점을 찾아내는 것은 인공지능이 가진 또 다른 잠재력입니다. 이 인공지능 기술은 특정 목적이 주어지면 오직 그것을 달성하기 위해 모든 자원을 집중합니다. 하지만 이러한 특성은 목표가 고정되지 않은 환경에서 한계를 드러내기도 합니다. 예를 들어, 승리만을 위해 설계된 시스템에게 '적당히 져달라'거나 '상대와 교감하며 놀아달라'는 식의 유동적인 요구를 하면 제대로 대응하지 못하고 무력해집니다. 반면 인간은 상대의 수준에 맞춰 실력을 조절하는 등 유연한 대응이 가능하며, 이는 인공지능이 아직 도달하지 못한 지능의 영역입니다. 뇌과학적 관점에서 볼 때, 알파고는 우리 뇌의 극히 일부분인 중뇌의 정보 처리 방식만을 모방하고 있습니다. 중뇌는 쾌락과 운동 중추 역할을 하며 전략적 선택에 관여하지만, 인간의 뇌는 이보다 훨씬 복합적이고 통합적인 기능을 수행합니다. 현재의 인공지능은 특정 부위의 기능을 흉내 낼 수는 있어도, 변화무쌍한 환경에 대처하는 인간의 통합적 지능에는 미치지 못합니다. 결국 알파고는 뛰어난 전략가이지만, 여전히 인간 지능의 깊이와 유연성을 따라잡기에는 갈 길이 멉니다.

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[댓글 이벤트] 질문에 답해주는 줄 알았던 🖥️ChatGPT, 추론도 한다고??😮 인공지능과 뇌🧠 Part.1ㅣ선을 넘는 과학자들

인공지능 기술의 비약적인 발전은 인간의 언어를 기계에 담아내고자 하는 과학자들의 열망에서 시작되었습니다. 우리가 일상에서 나누는 대화에는 단순한 정보 전달을 넘어 개개인의 삶과 문화, 그리고 사고방식이 고스란히 녹아 있기 때문입니다. 특히 인간의 언어는 사건의 선후관계와 인과관계가 뚜렷한 스토리 구조를 가지고 있습니다. 초기 인공지능 연구는 이러한 인간 특유의 서사 구조를 그대로 모사하려 노력했지만, 긴 대화의 맥락을 유지하는 데 한계를 보였습니다. 하지만 최근의 기술은 이러한 한계를 극복하며 인간의 지식 체계를 더욱 자연스럽게 흡수하고 활용하는 단계에 이르렀습니다. ChatGPT가 성공할 수 있었던 핵심 비결은 역설적이게도 인간이 기억하고 사고하는 방식을 과감히 탈피한 데 있습니다. 인간은 사건을 시간 순서에 따른 비대칭적 인과관계로 파악하지만, 현대의 인공지능은 모든 사건을 대칭 구조로 바라보는 '시메트리' 원리를 채택했습니다. 이는 문장의 앞뒤관계를 무시하고 양방향으로 연관성을 분석하는 방식입니다. 하나의 문장을 수백 가지의 관점에서 동시에 해석함으로써, 인공지능은 인간이 이해하는 방식과는 전혀 다르지만 훨씬 정교하게 맥락을 파악할 수 있게 되었습니다. 이러한 사고의 전환이 인공지능의 성능을 비약적으로 높인 것입니다. 이러한 복잡한 대칭 구조의 연산을 가능하게 만든 일등 공신은 바로 GPU 하드웨어의 발전입니다. 기존의 CPU와 달리 GPU는 정방형 형태의 방대한 데이터를 동시에 처리하는 데 최적화되어 있어, 인공지능이 다각도로 해석한 메모리 연산을 신속하게 수행할 수 있도록 돕습니다. 결국 인공지능의 지능 수준은 얼마나 많은 데이터를 확보하고 메모리를 확장하느냐에 따른 자본과 기술의 싸움이 되었습니다. 현재는 막대한 자본력을 가진 빅테크가 앞서나가고 있지만, 앞으로는 특정 목적에 맞춰 효율적으로 크기를 줄이는 기술 또한 중요한 연구 과제가 될 전망입니다. 인공지능의 능력은 이제 단순한 텍스트 대화를 넘어 로봇 제어와 비디오 생성 기술 영역으로까지 확장되고 있습니다. 과거의 로봇이 정해진 명령만 수행했다면, 이제는 인공지능이 중재자가 되어 인간의 의도를 파악하고 여러 로봇에게 적절한 임무를 배분합니다. 또한 시나리오만으로 정교한 영상을 만들어내는 기술은 인공지능이 단순히 데이터를 조합하는 수준을 넘어, 세상의 물리 법칙과 자연 현상에 대한 나름의 지식 체계를 구축하고 있음을 보여줍니다. 시각과 청각 등 오감을 종합적으로 처리하는 멀티모달 기술의 발달은 인공지능이 실세계와 소통하는 방식을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 인공지능 기술의 진화는 우리 사회의 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 예고하고 있습니다. 교육 분야에서는 학생 개개인의 학습 패턴을 분석하여 교과 내용을 맞춤형으로 재구성함으로써 학습 효율을 극대화할 수 있습니다. 또한 중독이나 우울증과 같은 정신 건강 치료 분야에서도 인공지능의 정교한 추론 능력이 새로운 해결책을 제시할 것으로 기대됩니다. 인공지능이 인간의 사고력을 보완하고 향상시키는 도구로 자리 잡으면서, 우리는 기술이 인간에게 갖는 진정한 의미를 깊이 고찰해야 하는 시점에 서 있습니다. 이러한 변화는 두려움의 대상이 아니라 인간의 잠재력을 확장하는 기회가 될 것입니다.

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미래에 우리 아이들은 어떤 일을 하면서 살게 될까요?🧐 | 2024 가족동반 진로탐색

우주의 탄생인 빅뱅에서 시작해 생명의 기원과 문명의 번성, 그리고 오늘날 우리가 마주한 기후 위기까지를 하나의 거대한 흐름으로 읽어내는 '빅히스토리'는 현대 과학이 우리에게 주는 가장 큰 선물입니다. 과학은 단순히 지식을 전달하는 도구를 넘어, 우리가 어디에서 왔고 어디로 가고 있는지를 설명해 주는 친절한 안내서와 같습니다. 이러한 과학적 통찰을 바탕으로 세상을 바라볼 때, 우리는 비로소 거스를 수 없는 시대적 흐름인 과학기술을 우리 삶의 중요한 덕목으로 받아들일 수 있게 됩니다. 미래를 예측하는 가장 확실한 방법은 현재 우리가 무엇을 치열하게 고민하고 모색하고 있는지를 살피는 것입니다. 지금 이 순간 가장 활발하게 논의되는 우주 탐사와 인공지능의 발전은 머지않아 우리의 일상이 될 미래의 모습입니다. 인간이 지구를 넘어 우주라는 더 넓은 배경으로 활동 영역을 넓히고, 인공지능이 생활 속 깊숙이 들어와 공기처럼 존재하는 세상은 이미 시작되었습니다. 이러한 변화를 인지하고 적극적으로 받아들이는 태도는 미래 사회를 주체적으로 살아가는 원동력이 됩니다. 기술의 변화는 필연적으로 직업 세계의 지형도를 바꿉니다. 과거의 고정된 직업군에 머물기보다 시대의 변화에 따라 새롭게 생겨날 기회에 주목해야 합니다. 인공지능이 대체할 수 있는 단순 반복 업무나 고도의 판단이 필요한 일부 전문직은 쇠퇴할 수 있지만, 뇌과학이나 생명과학, 우주 탐사와 같은 분야에서는 수많은 새로운 역할이 탄생할 것입니다. 중요한 것은 어떤 직업이 사라지느냐가 아니라, 변화하는 기술 환경 속에서 인간만이 가질 수 있는 고유한 가치를 어떻게 발굴하느냐에 있습니다. 최근 과학계의 주요 트렌드는 우주의 기원을 찾는 탐구와 더불어 우주 자원 확보 및 화성 탐사와 같은 실질적인 확장으로 이어지고 있습니다. 이와 동시에 생명과학은 인간의 정체성을 묻는 뇌과학으로 심화되어 노화와 건강 문제를 해결하는 실마리를 제공합니다. 특히 인공지능은 로봇공학과 결합하여 새로운 형태의 존재로 진화하며 우리 삶의 패턴을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 기후 위기라는 인류 공동의 과제를 해결하고 미지의 영역인 심해를 탐사하는 데에도 핵심적인 역할을 할 것입니다. 미래를 살아갈 청소년들에게 가장 필요한 덕목은 바로 '과학적 태도'입니다. 이는 단순히 과학 지식을 많이 아는 것이 아니라, 객관적인 데이터를 바탕으로 자신의 위치를 파악하고 타인 및 세상과 합리적으로 소통하는 능력을 의미합니다. 확신에 차서 세상을 판단하기보다 끊임없이 질문하고 정보를 융합하며 가치관을 정립해 나가는 과정이 중요합니다. 나아가 '시민과학'과 같이 실제 연구 현장에 직접 참여해 보는 경험은 과학이 수행되는 방식을 몸소 체험하며 세상을 더 풍성하게 이해하는 소중한 계기가 될 것입니다.

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장애👨‍🦽가 없는 세상? 머리 속 생각을 이해하는 세상! 뉴럴링크 ❓QnAㅣ선을 넘는 과학자들

뉴럴링크와 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술이 발전하면서 인공지능이 인간의 뇌를 조종할지도 모른다는 막연한 두려움이 존재합니다. 하지만 현재의 기술 수준에서 뉴럴링크는 뇌의 아주 일부분, 특히 운동 기능과 관련된 영역에만 전극을 이식하는 수준에 머물러 있습니다. 인간을 완전히 조종하기 위해서는 뇌 전체를 제어해야 하는데, 이는 현재 기술로는 불가능에 가깝습니다. 따라서 영화 속 터미네이터나 매트릭스와 같은 상황을 미리 걱정하기보다는 기술의 실질적인 발전 방향에 주목할 필요가 있습니다. 새로운 지식을 뇌에 직접 주입하는 기술은 많은 이들이 꿈꾸는 미래의 모습 중 하나입니다. 이를 실현하기 위해서는 뇌에서 정보 교류에 사용하는 신호인 '뉴럴 코드'를 완벽하게 이해해야 합니다. 컴퓨터 언어를 기계어로 변환해 주는 컴파일러처럼, 인간의 지식을 뉴럴 코드로 변환하여 뇌에 전달하는 장치가 필요하기 때문입니다. 비록 현재는 이러한 컴파일러를 만드는 방법을 전혀 알지 못하는 단계이지만, 뇌의 신호 체계를 해독하려는 연구가 계속된다면 언젠가는 상상이 현실이 될 수도 있을 것입니다. 앞으로 5년 이내에 우리는 일상에서 뉴럴링크 기술의 실질적인 혜택을 목격하게 될 전망입니다. 현재 진행 중인 임상 시험들이 성공적으로 마무리되면, 사지 마비나 언어 장애를 겪는 환자들이 생각만으로 소통할 수 있는 시대가 열릴 것입니다. 이들은 메타버스 공간에서 자유롭게 대화하거나 휠체어와 같은 보조 기구를 직접 제어하며 일상적인 활동 범위를 넓혀갈 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 환자와 그 가족들에게 새로운 삶의 희망을 선사하는 중요한 전환점이 될 것으로 기대됩니다. 뇌 이식이라는 주제는 과학과 철학의 경계에 서 있는 흥미로운 질문을 던집니다. 만약 누군가의 뇌를 다른 몸에 이식한다면, 그 존재는 누구라고 정의해야 할까요? 실제로 의학계에서는 이를 '뇌 이식'이 아닌 '전신 이식'이라고 부르기도 하는데, 이는 뇌라는 본체가 새로운 몸을 받아들이는 과정으로 보기 때문입니다. 결국 인간의 자아를 유지하고 생명 활동을 주관하는 데 있어 가장 결정적인 역할을 수행하는 것은 신체의 다른 부위가 아닌 바로 우리의 뇌라고 할 수 있습니다. 뇌공학 연구의 최종적인 지향점은 장애가 없는 세상을 만드는 데 있습니다. 기술이 비약적으로 발전할 2050년경에는 굳이 말로 설명하지 않아도 서로의 생각을 직접 이해하고 공유하는 수준에 도달할지도 모른마. 뇌와 뇌가 직접 연결되는 시대가 오면 정보의 전달 방식은 혁명적으로 변할 것이며, 신체적 한계는 더 이상 인간의 활동을 제약하는 걸림돌이 되지 않을 것입니다. 미지의 영역인 뇌를 탐구하는 도전은 결국 인간의 가능성을 무한히 확장하고 인류의 삶을 더욱 풍요롭게 만드는 과정이라 할 수 있습니다.

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뇌🧠와 세상을 연결하다! 뉴럴 링크 강연, PART 1ㅣ선을 넘는 과학자들

일론 머스크가 설립한 뉴럴링크는 인간의 뇌와 컴퓨터를 연결하는 혁신적인 시스템을 지향합니다. '뉴럴'은 신경세포인 뉴런을, '링크'는 연결을 의미하며, 이는 뇌 신호를 통해 기계나 인공지능과 소통하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 기반으로 합니다. 과거에는 딱딱한 바늘 형태의 전극을 뇌에 삽입하여 마우스나 로봇 팔을 움직이는 실험이 진행되었으나, 최근에는 뇌의 움직임에 유연하게 대응할 수 있는 미세한 실 형태의 전극을 활용하여 안전성과 신호의 질을 획기적으로 높이는 단계에 이르렀습니다. BCI 기술의 개념은 생각보다 오랜 역사를 가지고 있습니다. 1919년 발명가 휴고 건즈백은 뇌파를 측정해 생각을 기록하는 장치를 상상했으며, 실제 인간의 뇌파는 1924년에 처음으로 측정되었습니다. 이후 1973년 자크 비달 교수가 BCI라는 용어를 처음 사용하며 구체적인 시스템 구현을 제안했습니다. 당시의 기술력으로는 상상에 그쳤던 일들이 오늘날 컴퓨터 성능의 비약적인 발전과 함께 현실로 다가오고 있습니다. 이는 인간의 의지를 디지털 신호로 변환하여 외부 세계와 직접 소통하려는 인류의 오랜 염원이 담긴 결실이라 할 수 있습니다. 현재 BCI 기술은 일상생활의 편의를 높이는 방향으로 진화하고 있습니다. 증강현실(AR) 안경을 착용하고 특정 아이콘을 응시하는 것만으로 가전제품을 제어하는 시스템이 대표적입니다. 또한 교육 분야에서는 학습자의 뇌파를 실시간으로 분석하여 집중도나 이해도를 파악하는 '적응형 뇌 학습' 연구가 활발합니다. 학습자가 지루함을 느끼거나 이해하지 못하는 순간을 포착해 인공지능 강사가 맞춤형 피드백을 제공함으로써 학습 효율을 극대화하는 방식입니다. 이러한 기술은 비대면 교육의 한계를 극복하고 개인별 최적화된 학습 환경을 제공하는 데 기여할 것입니다. 뇌의 시각 피질에서 나오는 신호를 분석하여 사람이 보고 있는 영상을 복원하는 연구도 놀라운 성과를 거두고 있습니다. 우리 뇌의 시각 피질 세포는 망막에 맺히는 이미지의 픽셀과 일대일로 대응하는 특성을 지니고 있어, 뉴런의 활동을 정밀하게 읽어내면 시각 정보를 재구성할 수 있습니다. 최근에는 뇌의 복잡한 주름을 따라 밀착될 수 있는 유연한 소재의 전극이 개발되어 더욱 정교한 신호 수집이 가능해졌습니다. 이는 단순히 외부 기기를 제어하는 수준을 넘어, 인간의 감각 정보를 디지털 데이터로 변환하는 기술적 토대가 되고 있습니다. BCI 기술의 궁극적인 지향점 중 하나는 인간의 내면적인 경험을 기록하는 것입니다. 우리가 꿈을 꿀 때도 시각 피질이 활성화된다는 점에 착안하여, 수면 중의 뇌 신호를 영상으로 저장하고 재생하는 이론적 가능성이 확인되었습니다. 비록 현재는 흑백 영상 수준의 초기 단계이지만, 기술이 고도화된다면 잊어버리기 쉬운 꿈을 기록하거나 인간의 상상력을 시각화하는 시대가 열릴 것입니다. 뇌와 외부 세계를 잇는 거대한 연결은 의료적 목적을 넘어 인간의 인지 능력을 확장하고 삶의 질을 근본적으로 변화시키는 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.

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[수학 튜토리얼 Lv.5] 0차원의 점이 바꾼 수학?

칭찬은 단순한 말 한마디 이상의 가치를 지닙니다. 인간은 사회적 동물로서 타인의 인정을 갈구하며, 이는 생존과 직결된 본능 중 하나입니다. 우리가 주변의 무언가를 가리키며 긍정적인 반응을 보일 때, 상대방은 자신이 속한 공동체에서 가치 있는 존재로 인식되고 있다는 안도감을 느낍니다. 이러한 긍정적인 피드백은 개인의 자존감을 높일 뿐만 아니라, 새로운 도전에 직면했을 때 이를 극복할 수 있는 회복탄력성을 제공하는 중요한 밑거름이 됩니다. 뇌과학적 관점에서 볼 때, 칭찬을 받는 순간 우리의 뇌에서는 놀라운 변화가 일어납니다. 보상 회로의 핵심인 도파민이 분출되면서 쾌감을 느끼게 되는데, 이는 맛있는 음식을 먹거나 운동을 할 때와 유사한 반응입니다. 특히 뇌의 측좌핵이 활성화되면서 학습 의욕이 고취되고 기억력이 향상되는 효과도 나타납니다. 즉, 칭찬은 단순한 기분 전환을 넘어 뇌의 기능을 최적화하고 특정 행동을 반복하게 만드는 강력한 강화 기제로서 작용하며 우리를 성장하게 만듭니다. 사회적 상호작용 속에서 칭찬은 관계의 윤활유 역할을 수행합니다. 서로의 장점을 발견하고 이를 구체적으로 언급하는 과정은 신뢰를 구축하는 가장 빠른 방법입니다. 칭찬을 주고받는 행위는 옥시토신 분비를 촉진하여 유대감을 강화하고 집단 내의 협력을 이끌어냅니다. 이는 진화론적으로도 의미가 있는데, 서로를 격려하는 집단이 위기 상황에서 더 높은 생존율을 보였기 때문입니다. 따라서 긍정적인 언어의 교환은 공동체의 결속력을 다지는 핵심적인 사회적 기술이라 할 수 있습니다. 하지만 모든 칭찬이 항상 긍정적인 결과만을 가져오는 것은 아닙니다. 결과나 타고난 재능에만 집중하는 칭찬은 오히려 실패에 대한 두려움을 키울 수 있습니다. 반면 과정과 노력에 초점을 맞춘 칭찬은 '성장 마인드셋'을 형성하는 데 도움을 줍니다. 구체적이고 진실된 칭찬은 상대방이 자신의 행동에 대해 성찰하게 만들며, 스스로 목표를 설정하고 나아갈 수 있는 내적 동기를 부여합니다. 올바른 방식의 격려는 한 사람의 잠재력을 끌어올리는 가장 효과적인 도구가 됩니다. 마지막으로 타인으로부터의 칭찬만큼이나 중요한 것이 바로 자기 자신을 향한 긍정의 메시지입니다. 스스로의 성취를 인정하고 격려하는 습관은 스트레스를 완화하고 정서적 안정을 유지하는 데 필수적입니다. 외부의 평가에만 의존하지 않고 내면의 목소리에 귀를 기울일 때, 우리는 비로소 진정한 자아실현을 할 수 있습니다. 칭찬의 힘을 이해하고 이를 일상 속에서 실천하는 것은, 더 나은 나를 만들고 나아가 우리 사회를 더욱 따뜻하고 건강하게 만드는 첫걸음이 될 것입니다.

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[수학 튜토리얼 Lv.2] 피타고라스가 자기 발목을 잡은 사연은?

우리가 일상적인 대화 속에서 무심코 내뱉는 '그'나 '음'과 같은 담화 표지는 단순한 말버릇 이상의 깊은 과학적 의미를 내포하고 있습니다. 언어학적 관점에서 이러한 표현들은 '담화 표지'라고 불리며, 화자가 다음 단어를 선택하거나 복잡한 문장 구조를 설계하는 동안 발생하는 인지적 지연을 메우는 중요한 역할을 수행합니다. 이는 우리의 뇌가 정보를 처리하는 속도와 입이 말을 내뱉는 속도 사이의 미세한 간극을 조절하려는 본능적인 노력의 결과라고 볼 수 있습니다. 인지 심리학자들은 이러한 담화 표지가 청자에게도 유익한 정보를 제공한다고 설명합니다. 화자가 말을 멈추고 담화 표지를 넣는 순간, 청자의 뇌는 곧 이어질 내용이 복잡하거나 새로운 정보일 가능성이 높다는 신호를 감지하게 됩니다. 이를 통해 청자는 주의력을 집중시키고 정보를 받아들일 준비를 하게 됩니다. 즉, 대화 중 발생하는 짧은 공백과 담화 표지는 소통의 효율성을 높이기 위한 고도의 전략적 장치인 셈입니다. 단순히 말을 더듬는 것이 아니라, 상호 이해를 돕기 위한 뇌의 정교한 조율 과정인 것입니다. 또한, 이러한 현상은 사회적 상호작용에서 '발화권'을 유지하는 수단으로 활용되기도 합니다. 대화 도중 완전히 침묵하게 되면 상대방은 대화가 끝났다고 판단하여 말을 가로챌 수 있습니다. 이때 '그'와 같은 소리를 내어 공백을 채움으로써, 화자는 자신이 아직 할 말이 남아 있음을 알리고 대화의 주도권을 유지합니다. 이는 인간이 진화 과정에서 습득한 비언어적 소통 기술 중 하나로, 복잡한 사회적 관계 속에서 자신의 의사를 명확히 전달하고 소통의 흐름을 끊기지 않게 만드는 지혜가 담겨 있습니다. 흥미로운 점은 이러한 담화 표지가 음악적 요소와도 깊은 연관이 있다는 사실입니다. 대화 속의 박수 소리나 배경 음악처럼, 인간의 언어는 특유의 운율과 리듬을 가지고 있습니다. 연구에 따르면 인간의 뇌는 언어의 의미뿐만 아니라 그 속에 담긴 리듬과 음의 높낮이를 통해 감정과 의도를 파악합니다. 담화 표지 역시 이러한 리듬의 일부로서 대화의 템포를 조절하고 감정적인 연결고리를 형성하는 데 기여합니다. 우리가 대화 중에 느끼는 자연스러운 흐름은 이처럼 언어와 리듬이 정교하게 어우러진 결과물이라 할 수 있습니다. 결론적으로, 우리가 무의식중에 사용하는 짧은 담화 표지는 인간 지성의 복잡성을 보여주는 증거입니다. 이는 기계적인 데이터 전송과는 차별화되는 인간만의 고유한 소통 방식이며, 감정과 인지 과정이 결합된 예술적인 행위이기도 합니다. 앞으로 대화 중에 누군가 '그'라고 망설인다면, 그것을 단순한 실수가 아닌 더 나은 표현을 찾기 위한 뇌의 치열한 고민이자 소통을 이어가려는 따뜻한 노력으로 바라볼 필요가 있습니다. 이러한 작은 틈새들이 모여 우리의 대화는 더욱 풍성하고 인간적인 색채를 띠게 되는 것입니다.

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[연구뭐하지?] 파검? 흰금? 뇌과학으로 풀어보는 드레스 논쟁_신혜영 교수 | 서울대학교 “뇌활동 연구실”

우리가 사물을 보는 과정은 단순히 외부 정보를 수집하는 카메라와는 다릅니다. 2015년 인터넷을 뜨겁게 달궜던 드레스 색상 논란처럼, 같은 시각 정보를 접하더라도 뇌의 배선 방식에 따라 사람마다 해석이 달라질 수 있습니다. 뇌는 감각 정보를 있는 그대로 재현하기보다, 자신이 가진 사전 지식과 결합하여 사물을 유추해 내는 '지각 추론'의 과정을 거칩니다. 이러한 추론 과정에서 발생하는 실수가 바로 착시 현상이며, 이는 뇌가 세상을 어떻게 해석하는지 보여주는 중요한 단서가 됩니다. 착시 현상은 뇌의 신경 코드를 연구하는 데 매우 유용한 도구입니다. 예를 들어 카니자 삼각형과 같은 착시 윤곽선을 볼 때, 감각 정보에 충실한 신경 세포는 선이 없다고 보고하지만, 추론을 반영하는 세포는 선이 존재한다고 보고합니다. 연구자들은 이러한 차이를 활용해 뇌의 어느 영역에서 어떻게 추론이 일어나는지 밝혀내고자 합니다. 특히 쥐 또한 인간과 유사한 착시 현상을 경험한다는 사실이 밝혀지면서, 실험 모델을 통해 지각의 다이나믹스를 정밀하게 분석하는 것이 가능해졌습니다. 뇌 활동을 정밀하게 측정하고 조작하기 위해 현대 뇌과학은 첨단 기술을 동원합니다. 세포 외 전기생리학은 수천 개의 뉴런 활동을 밀리초 단위로 포착하며, 이광자 홀로그래픽 메소스코피는 뇌의 여러 영역을 동시에 관측하면서 특정 세포의 활성을 임의로 조작할 수 있게 해줍니다. 여기에 신경망 시뮬레이션을 병행하면 실험과 이론을 통합한 연구가 가능해집니다. 이러한 기술적 진보는 대뇌 영역 간의 통신 원리를 규명하고, 복잡한 신경 회로가 정보를 처리하는 방식을 이해하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 뇌과학의 주요 난제 중 하나는 서로 다른 신경 세포들이 처리하는 정보를 어떻게 하나의 사물로 결합하느냐는 '바인딩 문제'입니다. 창살 뒤에 있는 판다를 볼 때, 뇌는 판다와 창살에 반응하는 각각의 신호를 별개의 물체로 정확히 구분해 내야 합니다. 또한, 움직이는 물체의 정체를 파악하기 위해서는 대상의 동선에 대한 단기 기억이 필수적입니다. 인공신경망 분석을 통해 뉴런들이 이러한 정보를 어떤 패턴으로 보유하고 있는지 파악함으로써, 우리는 지각과 인지의 근본적인 메커니즘에 한 걸음 더 다가갈 수 있습니다. 뇌과학 연구에서 가장 중요한 것은 기술적인 숙련도보다 학문에 대한 순수한 흥미와 열정입니다. 통계나 코딩 같은 도구는 연구 과정에서 충분히 익힐 수 있지만, 자신이 평생 즐겁게 몰입할 수 있는 주제를 찾는 것은 본인의 몫입니다. 같은 생명과학 분야라도 연구실마다 주제와 방법론이 매우 다양하므로, 자신의 적성과 열정이 맞닿는 지점을 찾는 노력이 필요합니다. 뇌가 세상을 해석하는 신비로운 원리에 매료된다면, 그 탐구의 과정 자체가 과학자로서 가질 수 있는 가장 큰 보람이자 동력이 될 것입니다.

신혜영

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우리에게 눈이 두 개👀인 이유! 양안시차란?ㅣ별별실험실x국립과천과학관

인간의 눈은 매우 정교하고 체계적인 구조를 갖추고 있습니다. 안구 겉면을 감싸는 근육은 우리가 시선을 자유롭게 움직일 수 있게 도와주며, 빛이 동공을 통해 들어오면 수정체에서 굴절되어 유리체를 통과하게 됩니다. 이후 시신경을 거쳐 뇌로 전달된 정보는 비로소 우리가 사물을 인식하게 만듭니다. 하지만 이러한 복잡한 시스템에도 불구하고 우리의 뇌는 때때로 시각 정보에 의해 착각을 일으키기도 합니다. 이는 눈이 단순히 빛을 받아들이는 기관을 넘어 뇌와의 긴밀한 상호작용을 통해 세상을 재구성하기 때문입니다. 특정한 색상을 오랫동안 응시하다가 흰 배경을 보면 원래 색과 다른 색이 나타나는 현상을 경험할 수 있습니다. 예를 들어 초록색 새 그림을 10초 이상 바라본 뒤 빈 새장을 보면 자줏빛 잔상이 남게 됩니다. 이는 우리 눈에서 특정 색을 감지하는 시세포가 피로해지면서 발생하는 '보색 잔상' 효과입니다. 초록색을 인식하는 시세포가 지친 상태에서 다시 빛을 받으면, 상대적으로 피로도가 낮은 빨강과 파랑의 혼합색인 자줏빛을 더 강하게 인식하게 되는 원리입니다. 우리 눈의 망막에는 시각 정보를 받아들이는 시세포가 가득하지만, 모든 부위에 세포가 존재하는 것은 아닙니다. 시신경이 다발로 모여 뇌로 나가는 통로에는 시세포가 없어 사물을 인식하지 못하는 영역이 존재하는데, 이를 '맹점'이라고 부릅니다. 한쪽 눈을 감고 특정 지점을 응시하며 거리를 조절하다 보면 시야에서 물체가 갑자기 사라지는 순간을 맞이하게 됩니다. 이는 물체의 상이 정확히 맹점 부위에 맺혔기 때문이며, 평소에는 두 눈이 서로의 사각지대를 보완해 주어 이를 느끼지 못합니다. 우리가 세상을 입체적으로 볼 수 있는 이유는 두 눈이 서로 다른 각도에서 사물을 바라보기 때문입니다. 이를 활용한 대표적인 기술이 바로 3D 안경입니다. 빨간색과 파란색 필터를 사용해 촬영된 두 장의 사진을 각각의 눈으로 보게 되면, 뇌는 두 이미지의 미세한 차이를 분석하여 평면적인 사진에서 입체감을 만들어냅니다. 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 전달되는 시각 정보의 차이가 뇌에서 하나로 합쳐지는 과정에서 우리는 사물의 거리감과 부피감을 생생하게 느끼게 되는 것입니다. 착시 현상은 단순히 눈이 나쁘거나 뇌가 실수하는 것이 아니라, 시각 시스템이 정보를 처리하는 과정에서 나타나는 자연스러운 결과입니다. 잔상을 통해 색채 인식의 원리를 배우고, 맹점 실험을 통해 두 눈의 상호 보완 작용을 이해하는 과정은 우리 몸의 신비로움을 깨닫게 해줍니다. 평소 당연하게 여겼던 시각적 경험 뒤에는 이처럼 정교한 생물학적 메커니즘이 숨어 있습니다. 이러한 과학적 원리를 이해함으로써 우리는 세상을 바라보는 우리의 눈이 얼마나 놀라운 도구인지 다시 한번 확인하게 됩니다.

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[연구뭐하지?] 과거를 회상할 때, 미래를 상상할 때 벌어지는 뇌인지 메커니즘_이상아 교수 | 서울대학교 “인지발달신경과학 연구실”

인간의 뇌는 환경으로부터 정보를 받아들이고 이를 역동적인 기억으로 재구성하는 정교한 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 과정은 과거의 사건을 회상하는 것뿐만 아니라, 아직 일어나지 않은 미래를 상상하고 시뮬레이션하는 데에도 핵심적인 역할을 합니다. 이 놀라운 정신적 활동의 중심에는 해마라는 뇌 부위가 있으며, 해마는 대뇌 피질의 다양한 영역과 협력하여 우리의 경험을 풍부한 기억으로 만들어냅니다. 발달 인지 신경과학 연구실에서는 영유아기부터 노년기에 이르기까지 전 생애에 걸쳐 이러한 고등 인지 기능이 어떻게 형성되고 변화하는지를 심도 있게 탐구하고 있습니다. 기억의 기전은 연령에 따라 각기 다른 양상을 보입니다. 대뇌 피질-해마 네트워크가 완전히 성숙하지 않은 어린 시절이나, 기능이 점차 저하되는 노년기의 기억은 건강한 성인의 기억과는 차이가 있습니다. 연구자들은 특히 노화 과정에서 나타나는 개인차에 주목합니다. 어떤 이는 나이가 들어도 젊은 시절과 비슷한 기억력을 유지하는 반면, 어떤 이는 현저한 저하를 겪기도 합니다. 이러한 차이가 발생하는 뇌과학적 기전을 밝혀냄으로써, 우리는 뇌 기능을 유지하거나 개선할 수 있는 실질적인 방법을 모색할 수 있습니다. 이는 인간의 삶의 질을 높이는 데 중요한 열쇠가 됩니다. 뇌과학 연구는 단순히 기억의 유무를 넘어 감정과의 상호작용이나 감각 정보의 통합 과정까지 아우릅니다. 우울감이나 불안감이 기억 처리에 미치는 영향을 분석하여 정서적 어려움을 겪는 이들에게 도움을 주고자 노력하며, 아이들이 보다 효율적으로 학습하고 기억할 수 있는 발달 과정을 관찰하기도 합니다. 또한, 시각이나 청각 등 다양한 감각 정보들이 해마를 중심으로 어떻게 하나의 통합된 기억으로 형성되는지를 연구합니다. 이러한 다각적인 접근은 인간의 인지 구조를 더욱 입체적으로 이해하게 하며, 복합적인 정신 활동의 신비를 풀어나가는 밑거름이 됩니다. 현대 뇌과학은 행동학적 관찰을 넘어 첨단 기술을 적극적으로 활용합니다. fMRI를 통해 뇌의 활성도를 직접 확인하거나, EEG로 전기적 활동을 측정하고 fNIRS를 활용하는 등 다양한 방법론이 동원됩니다. 연구자들은 가설을 검증하기 위해 직접 실험 과제와 영상을 디자인하며, 아이들이나 성인 피험자들이 연구 의도에 따라 반응하는 과정을 통해 이론을 실체화합니다. 각 방법론의 장단점을 파악하고 연구 목적에 가장 적합한 도구를 선택하는 과정은 과학적 엄밀성을 높이는 필수적인 단계입니다. 이러한 기술적 숙련도는 뇌의 복잡한 네트워크를 분석하는 강력한 무기가 됩니다. 진정한 과학적 성취는 성과에 대한 압박보다는 내면의 호기심과 즐거움에서 비롯됩니다. 자유로운 토론과 소통이 활발한 연구 환경은 연구자들이 자신의 연구 주제를 깊이 있게 탐구하고 발전시킬 수 있는 토대가 됩니다. 동료들과의 협력은 어려운 연구 과정에서 회복탄력성을 높여주며, 서로의 연구에 대한 피드백을 주고받는 과정에서 지식의 스펙트럼은 더욱 넓어집니다. 새로운 지식을 창조하는 과정은 때로 고되고 불확실하지만, 함께 웃고 의지할 수 있는 동료들이 있다면 그 여정은 더욱 가치 있는 탐험이 됩니다. 과학은 결국 인간이 함께 만들어가는 지적 유산이기 때문입니다.

이상아

카오스재단연구뭐하지

뇌인지과학

[연구뭐하지?] 뇌는 어떻게 정보를 처리하는가? 수학으로 서술하는 뇌인지연구 _곽지현 교수 | 서울대학교 “신경계산 연구실”

우리 뇌는 외부 환경에서 받아들이는 감각 정보와 공간 정보를 전기 신호로 변환하여 처리합니다. 수많은 신경세포가 생성하는 전기 신호들이 합산되고 정교하게 계산됨으로써 정보가 기억으로 저장되는 것입니다. 이러한 뇌의 계산 원리를 밝혀내는 연구는 새로운 정보처리 이론을 정립하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 특히 주변 환경을 인지하고 길을 탐색하며 학습하는 과정에서 다양한 뇌세포들이 어떻게 상호작용하는지 이해하는 것이 이 연구의 주요 목적입니다. 컴퓨터 환경에 작은 뇌를 구현하는 시뮬레이션 연구는 뇌의 복잡한 정보처리 과정을 이해하는 중요한 도구입니다. 뇌 신경세포와 회로를 모사하여 인공신경망을 구축함으로써, 왜 특정 방식으로 세포들이 연결되어야 하는지 그 필연성을 유추할 수 있습니다. 뇌는 1,000억 개의 신경세포가 시공간적으로 끊임없이 신호를 주고받는 생물학적 컴퓨터와 같습니다. 최근 측정 기술의 발달로 확보된 방대한 데이터를 효율적으로 분석하기 위해서는 수리 모델을 통한 검증이 필수적입니다. 신경과학의 역사에서 수학적 접근은 노벨 생리의학상 수상으로 그 가치를 증명한 바 있습니다. 호지킨과 헉슬리는 신경세포의 전기 신호 생성 기전을 미분 방정식으로 수식화하여 생명 현상을 가장 완벽하게 모사했다는 평가를 받습니다. 이러한 선구적인 연구는 인간의 마음이 작동하는 원리까지도 수학적으로 규명할 수 있다는 희망을 줍니다. 개별 세포의 작동 기전이 수식으로 표현될 수 있다면, 시냅스로 연결된 거대한 신경회로망의 정보처리 과정 역시 수리적으로 모델링하여 뇌의 이론적 토대를 마련할 수 있습니다. 뇌 연구는 단순히 이론에 그치지 않고 인지 기능 향상과 질병 치료를 위한 실질적인 방안을 제시합니다. 약물을 이용한 일시적인 처방보다는 특정 신경세포를 직접 조절하여 기억력을 회복시키는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 예를 들어 알츠하이머 모델에서 특정 세포의 활성도를 조절함으로써 감소된 기억을 복원하는 성과를 거두기도 했습니다. 또한 실제 뇌의 복잡한 연결성을 모사하는 연구는 획일화된 구조를 가진 현재의 인공지능 알고리즘을 한 단계 진화시키는 데 중요한 영감을 제공합니다. 뇌의 공간 정보 계산 원리를 명확히 이해한다면 자율주행 자동차와 같은 첨단 산업 분야에도 혁신적인 기술을 적용할 수 있습니다. 과학 연구에서 가장 중요한 동력은 새로운 현상을 발견하고자 하는 재미와 열정입니다. 연구실은 다양한 테크닉과 연구 방법을 갖춘 뷔페와 같은 환경을 제공하여 학생들이 주도적으로 자신의 주제를 탐구할 수 있도록 돕습니다. 학부 과정에서 접하기 어려운 뇌과학의 특성상, 인턴십을 통해 실제 실험 기법을 익히고 학문적 적성을 확인하는 과정은 미래의 과학자로 성장하는 소중한 발판이 됩니다.

곽지현

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[연구뭐하지?] 사람을 정의하는 핵심, 장기기억 연구_김형 교수 | 서울대학교 "뇌인지회로 연구실"

뇌는 수많은 인지 행동을 구현하기 위해 정교하게 조직된 복잡한 회로망을 가지고 있습니다. 마치 스마트폰의 다양한 기능이 내부의 미세한 회로를 통해 작동하듯, 인간의 사고와 행동 역시 뇌 회로의 유기적인 상호작용의 결과입니다. 뇌인지회로 연구실에서는 이러한 메커니즘을 규명하기 위해 분자 세포 수준부터 시냅스, 해부학적 회로, 그리고 전기생리학과 인지 행동학에 이르기까지 다각적인 연구를 수행하며 뇌의 신비를 종합적으로 이해하고자 노력하고 있습니다. 연구의 핵심 주제 중 하나는 인간의 정체성을 형성하는 장기 기억, 그중에서도 '시각 습관'입니다. 우리가 백화점에서 선호하는 물건을 무의식적으로 바라보는 행위는 과거의 긍정적인 경험이 축적되어 나타나는 자동화된 반응입니다. 이러한 시각 습관이 형성되는 뇌 회로의 원리를 파악하는 것은 매우 중요합니다. 이는 단순히 인간 행동의 이해를 넘어, 습관이 잘못 형성된 중독 질환의 원인을 밝히고 이를 치료할 수 있는 새로운 의학적 실마리를 제공할 수 있기 때문입니다. 인간을 인간답게 만드는 또 다른 요소는 정교한 손의 사용과 그에 따른 촉각 기억입니다. 보이지 않는 곳에서 물체를 만져보고 그것이 무엇인지 인지하며, 그 가치를 판단해 선택하는 과정은 매우 복잡한 의사 결정 회로를 거칩니다. 영장류 모델을 활용한 촉각 기억 연구는 뇌가 정보를 어떻게 표상하고 가치를 평가하는지 밝혀내는 데 중점을 둡니다. 이러한 연구 성과는 향후 생각만으로 기기를 제어하는 브레인-머신 인터페이스(BMI) 기술의 비약적인 발전을 이끌 기초 지식이 될 것입니다. 현재 연구실에서는 뇌의 미상핵이 가치 기억을 처리하는 방식과 도파민 뉴런으로 전달되는 신호 체계를 집중적으로 탐구하고 있습니다. 특히 미상핵의 머리와 꼬리 부분이 서로 다른 가치 정보를 처리한다는 점에 주목하여 관련 유전자를 분석하고 있습니다. 연구의 본질은 단순히 실험 기술을 습득하는 것이 아니라, 현상을 깊이 있게 고찰하고 문제를 해결하는 사고방식을 기르는 데 있습니다. 미시적인 세포 차원에서 시작해 거시적인 선택의 원리를 풀어가는 과정은 뇌과학만이 가진 매력입니다. 창의적인 연구를 위해서는 경직된 틀에서 벗어나 자유롭게 생각하는 환경이 필수적입니다. 이를 위해 연구실에서는 등산이나 아쿠아리움 방문 같은 'H-Day(리프레시 데이)'를 통해 자연 속에서 질문을 던지는 문화를 장려합니다. 미래의 뇌과학자에게는 생물학적 지식뿐만 아니라 프로그래밍, 선형대수, 심리학 등 다양한 학문을 융합하여 문제를 해결하려는 강한 동기가 요구됩니다. 복잡한 뇌 회로의 비밀을 풀기 위해 모든 지식과 기술을 동원하는 종합적인 자세가 연구의 성패를 결정짓는 핵심입니다.

김형

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[티저] 2023 봄 카오스강연 ✨상대성이론✨

우리가 세상을 바라보는 방식은 언제나 완벽하게 객관적일까요? 사실 우리가 인지하는 현실은 감각 기관을 통해 들어온 정보를 뇌가 재해석한 결과물에 가깝습니다. 이 과정에서 필연적으로 발생하는 것이 바로 '왜곡'입니다. 빛이 굴절되어 사물의 위치가 달라 보이듯, 우리의 인식 또한 다양한 외부 요인과 내부적 편향에 의해 본래의 모습과는 다른 형태로 왜곡되곤 합니다. 이러한 왜곡은 단순히 오류라고 치부하기에는 우리 삶과 과학적 원리에 깊숙이 뿌리내리고 있으며, 우리가 세상을 이해하는 독특한 창구가 되어줍니다. 물리학의 관점에서 왜곡은 우주의 거대한 질서를 이해하는 중요한 열쇠가 되기도 합니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 거대한 질량을 가진 천체는 주변의 시공간을 휘게 만듭니다. 이로 인해 빛의 경로가 휘어지는 중력 렌즈 현상이 발생하며, 우리는 멀리 떨어진 은하의 모습을 왜곡된 형태로 관찰하게 됩니다. 이러한 현상은 우주의 신비를 밝혀내는 결정적인 증거가 되며, 보이지 않는 암흑 물질의 존재를 추론하는 데에도 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 이는 왜곡이 진실을 찾는 도구가 될 수 있음을 시사합니다. 심리학적으로 볼 때 왜곡은 인간이 복잡한 세상을 효율적으로 살아가기 위한 생존 전략이기도 합니다. 뇌는 쏟아지는 방대한 정보 속에서 중요한 것만을 선택하고 나머지는 생략하거나 왜곡하여 받아들입니다. 비록 이 과정에서 기억의 왜곡이나 인지적 편향이 발생할 수 있지만, 이는 우리가 불필요한 정보 과부하로부터 스스로를 보호하고 신속한 판단을 내릴 수 있게 돕습니다. 결국 왜곡이란 진실을 가리는 장벽이 아니라, 세상을 나름의 방식으로 이해하려는 노력의 산물인 셈입니다. 우리는 이 불완전한 인식을 통해 비로소 자신만의 세계를 구축해 나갑니다.

카오스재단2023 카오스강연 '상대성 이론'

[강연] 나와 세상을 연결해주는 '뇌'비게이션 _ by곽지현｜제30회 서울대 자연과학대학 공개강연 | 1강

뇌과학은 수학, 인공지능, 심리학, 철학 등 다양한 학문이 융합되어야만 정복할 수 있는 거대한 미지의 영역입니다. 우리는 태어날 때부터 3차원 공간에 존재하며, 생존을 위해 끊임없이 길을 찾고 공간을 탐색하는 행위를 무의식적으로 반복합니다. 이러한 목적 지향적 길 찾기는 먹이를 구하고 포식자를 피하는 생존의 필수 요소입니다. 현대인은 스마트폰의 GPS 기술에 의존해 자신의 위치를 파악하지만, 자연계의 수많은 생명체는 별도의 기기 없이도 뇌의 기능을 통해 자신의 위치와 목적지 사이의 관계를 정교하게 계산하며 살아갑니다. 공간 인지에 대한 탐구는 오래전부터 철학자와 심리학자들의 주요 관심사였습니다. 독일의 철학자 칸트는 시공간 인식이 경험에서 얻어지는 것이 아니라 인간이 본능적으로 가지고 태어나는 본유적인 능력이라고 보았습니다. 이후 심리학자 에드워드 톨먼은 복잡한 미로를 통과하는 쥐의 행동을 관찰하며 '인지 지도'라는 개념을 정립했습니다. 이는 생명체가 머릿속에 공간에 대한 지도를 그려 위치와 경로를 파악한다는 이론입니다. 우리가 지나온 길을 눈을 감고도 생생하게 떠올릴 수 있는 이유는 뇌 속에 이러한 인지 지도가 표상되어 있기 때문입니다. 2014년 노벨 생리의학상은 뇌 속의 위치 결정 시스템인 '뇌 GPS'를 발견한 과학자들에게 돌아갔습니다. 존 오키프 교수는 해마에서 특정 장소에 도달했을 때만 반응하는 '장소 세포'를 발견하여 공간 인지의 실마리를 찾았습니다. 이어 모세르 부부 교수는 해마와 연결된 내후각 피질에서 정육각형의 기하학적 패턴으로 발화하는 '격자 세포'를 찾아냈습니다. 장소 세포가 특정 지점에 대한 정보를 제공한다면, 격자 세포는 공간 전체의 좌표 체계를 형성합니다. 이 세포들은 설치류뿐만 아니라 인간의 뇌에서도 동일하게 존재함이 입증되었습니다. 뇌에는 장소 세포와 격자 세포 외에도 길 찾기를 돕는 다양한 특화 세포들이 존재합니다. 머리 방향에 따라 반응하는 '머리 방향 세포', 장애물과의 거리를 인지하는 '경계면 세포', 그리고 이동 속도를 감지하는 '속도 세포' 등이 유기적으로 작동하며 완벽한 내비게이션 시스템을 구축합니다. 또한 우리는 평면적인 공간뿐만 아니라 3차원 공간을 인지하는 능력도 갖추고 있습니다. 박쥐나 쥐를 대상으로 한 연구에 따르면, 뇌는 계단을 오르내리거나 날아다니는 상황에서도 3D 장소 세포를 통해 입체적인 공간 정보를 정확하게 처리합니다. 이러한 뇌의 내비게이션 시스템은 질병 연구에서도 매우 중요한 의미를 갖습니다. 알츠하이머 치매 환자의 경우, 독성 단백질인 아밀로이드 베타가 해마와 내후각 피질에 가장 먼저 쌓이기 시작합니다. 이로 인해 기억 중추와 길 찾기 세포들이 사멸하면서 심각한 기억 장애와 함께 방향 감각 상실 증상이 나타납니다. 치매 환자들이 길을 잃고 배회하는 현상은 단순한 기억력 감퇴를 넘어, 뇌 속의 GPS 장치가 물리적으로 손상되었음을 보여주는 증거입니다. 따라서 길 찾기 능력의 변화는 치매의 조기 진단을 위한 중요한 지표가 될 수 있습니다. 뇌과학의 성과는 공학적 응용으로도 이어지고 있습니다. 자율주행 자동차와 로봇 공학은 뇌의 내비게이션 원리를 모방하여 더욱 스마트한 시스템을 구축하고자 합니다. 특히 뇌세포의 활동을 수학적으로 모사한 인공 신경망은 기존 인공지능보다 훨씬 적은 에너지와 학습량으로도 효율적인 공간 탐색을 수행할 수 있습니다. 뇌의 기전을 반영한 반도체나 제어 알고리즘은 인간의 개입 없이도 스스로 목적지를 찾아가는 로봇 기술의 핵심적인 토대가 됩니다. 이는 생물학적 뇌에 대한 이해가 어떻게 첨단 기술의 발전으로 이어지는지를 잘 보여줍니다. 최근 연구에 따르면 뇌에는 공간뿐만 아니라 시간의 흐름을 인지하는 '시간 세포'도 존재한다는 사실이 밝혀졌습니다. 해마와 내후각 피질은 시간, 공간, 그리고 기억이라는 세 가지 요소를 통합하여 우리가 세상을 이해하고 경험을 저장하는 방식을 결정합니다. 뇌비게이션 연구는 인간에 대한 깊은 이해를 제공할 뿐만 아니라, 질병 치료와 미래 기술 발전의 가교 역할을 수행합니다. 뇌 속의 신비로운 지도를 탐구하는 과정은 결국 우리가 누구이며 세상과 어떻게 연결되어 있는지를 밝혀내는 여정이며, 이는 인류의 지적 지평을 넓히는 중요한 발걸음이 될 것입니다.

곽지현

카오스재단서울대자연과학공개강연

뇌인지과학

[인터뷰] 곽지현 _ 뇌에 정보를 입력시켜 바로 학습하는 게 가능!?🧠 ｜제30회 서울대 자연과학대학 공개강연

서울대학교 뇌인지과학과 신경계산연구실은 뇌가 정보를 처리하는 원리를 수학적으로 규명하는 데 집중하고 있습니다. 동물 실험을 통해 시냅스 신경회로의 신호를 측정하는 동시에, 이를 바탕으로 뇌를 묘사하는 인공신경망 모델을 구축합니다. 이러한 융합적 접근은 실험만으로는 파악하기 어려운 뇌의 정보처리 이론을 정립하고, 복잡한 신경계의 작동 기전을 심도 있게 이해하는 발판이 됩니다. 궁극적으로는 생물학적 뇌와 인공지능 사이의 가교 역할을 수행하며 새로운 과학적 지평을 열어가고 있습니다. 수학에 매료되었던 학부 시절을 거쳐 신경과학의 길로 들어선 과정은 매우 흥미롭습니다. 수학 문제를 풀 때의 쾌감은 뇌가 어떻게 복잡한 계산을 수행하는지에 대한 호기심으로 이어졌습니다. 특히 전기생리학적 신호에 담긴 정보를 해석하는 연구에 매료되어 박사 과정을 마쳤으며, 현재는 수학적 모델링과 뇌과학을 결합한 연구를 수행 중입니다. 과거의 학문적 배경들이 현재의 융합 연구를 지탱하는 강력한 자산이 된 셈이며, 이는 뇌의 신비를 수치화하여 풀어내는 핵심적인 동력이 되고 있습니다. 2014년 노벨 생리의학상을 통해 알려진 장소세포와 격자세포는 우리 뇌 속에 내장된 GPS와 같습니다. 장소세포는 특정 위치를 인식하고, 격자세포는 공간의 좌표를 파악하여 우리가 길을 찾을 수 있게 돕습니다. 이러한 뇌의 공간 정보 처리 회로를 연구하면 인간의 인지 과정을 과학적으로 밝힐 수 있을 뿐만 아니라, 이를 모사한 고도의 자율주행 로봇이나 인공지능 개발 등 4차 산업혁명의 핵심 기술로도 확장될 수 있습니다. 뇌의 센서 기능을 이해하는 것은 곧 미래 기술의 밑거름이 됩니다. 뇌의 길 찾기 메커니즘 연구는 알츠하이머 치매와 같은 질병의 진단과 치료에도 중요한 실마리를 제공합니다. 치매 환자들이 겪는 대표적인 증상 중 하나는 익숙한 길을 잃어버리는 공간 인지 능력의 저하입니다. 따라서 뇌의 공간 정보 처리 회로가 어떻게 손상되는지를 면밀히 분석한다면, 치매의 전조 증상을 조기에 발견하는 진단 기술을 개발할 수 있습니다. 이는 고령화 사회에서 뇌과학이 기여할 수 있는 매우 실질적이고 중요한 연구 분야이며, 많은 환자에게 새로운 희망을 줄 수 있는 기술적 토대가 될 것입니다. 미래의 뇌과학은 뇌 신호를 해석하고 재구성하는 기술을 통해 혁신적인 변화를 맞이할 것입니다. 외부 정보를 뇌 신호로 바꾸는 과정과 발생한 신호에서 정보를 추출하는 기법이 정교해지면, 인간의 인지 능력을 확장하는 새로운 지평이 열릴 것입니다. 이를 위해서는 수학, 인공지능, 심리학, 철학 등 다양한 학문이 하나로 연결되는 융합적 노력이 필수적입니다. 여러 분야의 시너지가 모일 때 비로소 인류는 뇌라는 거대한 신비를 정복할 수 있을 것이며, 이러한 연결은 과학적 발전을 가속화하는 핵심적인 열쇠가 됩니다.

곽지현

카오스재단서울대자연과학공개강연

뇌인지과학

[강연] 제30회 서울대 자연과학대학 공개강연_'과학이 다시 연결하는...' (1) by 곽지현, 채민우 l 서울대학교&카오스재단 | 1부

과학은 단순히 고립된 지식의 파편이 아니라, 인간과 사회 그리고 자연을 하나로 묶어주는 거대한 연결 고리입니다. 과거 아리스토텔레스와 같은 철학자들이 정치학자이자 식물학자였던 것처럼, 학문의 뿌리는 본래 하나에서 시작되었습니다. 현대에 이르러 학문이 세분화되었음에도 불구하고, 우리 개인의 삶부터 거대한 우주에 이르기까지 모든 존재가 서로 긴밀하게 연결되어 있다는 사실은 변하지 않습니다. 이러한 연결의 관점은 우리가 직면한 팬데믹이나 기후 위기 같은 복합적인 문제들을 해결하는 데 있어 가장 중요한 열쇠가 됩니다. 인간은 태어날 때부터 3차원 공간 속에 존재하며, 생존을 위해 끊임없이 길을 찾고 공간을 탐색합니다. 이러한 공간 인지 능력은 단순히 경험을 통해 학습되는 것이 아니라, 우리 뇌 속에 본능적으로 내재된 지각 능력입니다. 뇌의 해마와 내후각 피질은 우리가 현재 어디에 있는지, 목적지까지 어떻게 가야 하는지를 계산하는 일종의 '뇌 속 내비게이션' 역할을 수행합니다. 이 시스템 덕분에 우리는 복잡한 도심 속에서도 길을 잃지 않고 원하는 장소를 찾아가며 세상과 소통할 수 있는 것입니다. 뇌 속의 위치 결정 시스템을 구체적으로 살펴보면, 해마의 '장소세포'와 내후각 피질의 '격자세포'가 핵심적인 기능을 담당합니다. 장소세포는 우리가 특정한 위치에 있을 때만 활성화되어 공간의 지도를 그리며, 격자세포는 정육각형의 기하학적 패턴으로 발화하여 공간의 좌표를 제공합니다. 이 세포들은 마치 스마트폰의 GPS처럼 작동하며, 2차원 평면뿐만 아니라 3차원의 입체적인 공간 정보까지 정교하게 처리합니다. 이러한 발견은 우리가 공간을 인식하는 근본적인 원리를 밝혀내어 노벨 생리의학상 수상으로 이어지기도 했습니다. 뇌과학의 이러한 성과는 질병 치료와 공학적 응용이라는 새로운 연결점으로 확장됩니다. 알츠하이머 치매 환자들이 겪는 대표적인 증상 중 하나인 길 찾기 장애는 해마와 내후각 피질의 세포 사멸과 깊은 관련이 있습니다. 이를 이해함으로써 치매의 조기 진단과 치료를 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 또한, 뇌의 효율적인 정보 처리 방식을 모사하여 적은 에너지로도 정교하게 움직이는 자율주행 로봇이나 인공지능 시스템을 개발하는 등, 생물학적 지식은 첨단 기술의 발전과도 긴밀하게 맞닿아 있습니다. 우리의 일상과 밀접한 배달 애플리케이션 서비스 속에도 데이터 과학과 경영 과학의 정교한 연결이 숨어 있습니다. 데이터 과학이 방대한 과거 기록으로부터 유용한 지식을 추출한다면, 경영 과학은 이를 바탕으로 최적의 의사결정을 내리는 역할을 합니다. 수많은 주문을 어떤 배달원에게 할당할지, 예상 배달 시간을 어떻게 산출할지 등의 문제는 단순한 계산을 넘어선 과학적 접근이 필요합니다. 기업은 이러한 융합적 사고를 통해 서비스의 효율성을 극대화하고 고객에게 더 나은 가치를 제공하기 위해 노력합니다. 복잡한 현실의 문제를 해결하기 위해 과학자들은 현상을 단순화된 수식으로 모델링합니다. 경영 현장에서 발생하는 이익 최대화나 비용 최소화의 문제는 수학적인 최적화 과정을 거쳐 해답을 찾게 됩니다. 이때 데이터 과학은 날씨, 요일, 프로모션 등 다양한 변수가 배달 수요에 미치는 영향을 확률적으로 분석하여 모델의 정확도를 높여줍니다. 불확실성이 존재하는 미래를 예측하기 위해 과거의 데이터를 분석하고 정량화하는 과정은, 현대 산업 사회를 지탱하는 보이지 않는 과학의 힘이라고 할 수 있습니다. 결국 과학의 진보란 서로 다른 분야가 만나 새로운 연결고리를 찾아낼 때 비로소 획기적인 도약을 이뤄냅니다. 뇌과학과 공학의 만남, 혹은 통계학과 경영학의 융합처럼 학문의 경계를 넘나드는 시도는 우리 삶의 질을 높이는 혁신적인 결과물을 만들어냅니다. 작은 과학적 발견이 장기적으로 거대한 변화를 일으키듯, 세상을 향한 끊임없는 질문과 탐구 정신은 미래를 밝히는 내비게이션이 됩니다. 우리는 과학을 통해 다시 연결됨으로써 더 넓은 세상을 이해하고 당면한 도전들을 지혜롭게 극복해 나갈 수 있습니다.

곽지현, 채민우

카오스재단서울대자연과학공개강연

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[석학 인터뷰] 진화론은 무신론을 조장한다?🤔 | 2022 카오스강연 '진화'

진화론의 관점에서 볼 때, 인격적인 신이 인간을 창조했다는 유신론적 관념은 과학적으로 받아들이기 어려운 측면이 있습니다. 진화는 자연선택이라는 기계적이고 알고리즘적인 과정을 통해 단순한 생명체에서 복잡한 다양성을 만들어내는 원리이기 때문입니다. 이러한 관점에서 보면 신에 대한 생각조차 우리 뇌의 진화 과정에서 나타난 산물로 해석될 수 있습니다. 초자연적인 존재가 우리를 만든 것이 아니라, 진화한 뇌가 생존과 적응의 과정에서 신이라는 개념을 만들어냈다고 보는 것이 현대 과학의 논리적 귀결에 가깝습니다. 리처드 도킨스의 견해처럼 종교를 일종의 문화적 '바이러스'로 비유한다면, 이는 인간 사회에서 매우 효과적으로 전파되어 온 체계라고 할 수 있습니다. 특히 죽음에 대한 근원적인 두려움을 해소해 준다는 점에서 종교는 인류 역사 속에서 강력한 생존 전략 중 하나로 작용했습니다. 비록 생물학적 사실과는 거리가 멀지라도, 종교가 공동체의 윤리를 바로잡고 구성원들에게 심리적 안정감을 제공한다면 그 사회적 순기능은 무시할 수 없습니다. 즉, 과학적 진실을 직시하는 것만이 반드시 더 나은 사회를 보장하는 유일한 길은 아닐 수도 있다는 점을 시사합니다. 흔히 과학은 구체적인 데이터만을 다루고, 종교는 삶의 심오한 가치와 도덕을 담당한다고 생각하기 쉽습니다. 하지만 신의 존재에 대한 근거가 희박한 상태에서 종교적 교리에만 의존해 윤리적 판단을 내리는 것은 때로 위험한 결과를 초래할 수 있습니다. 특정 교리가 보편적인 인권이나 번영을 저해하는 사례들을 볼 때, 우리는 삶의 의미를 초자연적인 존재가 아닌 인간의 이성과 지식에서 찾아야 합니다. 현대 사회에서 과학은 유신론적 관념이 초래할 수 있는 비합리적인 위험을 방지하고, 인본주의적 가치에 기반한 합리적인 사회를 구축하는 데 중요한 역할을 수행합니다. 무신론적 세계관의 확산이 오직 진화생물학만의 결과는 아닙니다. 천문학, 물리학, 역사학 등 다양한 학문 분야가 유신론적 설명 방식과 대립하며 현대인의 인식을 변화시켜 왔습니다. 20세기 초반의 역사적 사건들로 인해 진화론이 종교와의 대립 전선에서 가장 두드러지게 보였을 뿐, 사실 모든 자연과학은 실험과 입증을 바탕으로 하기에 신의 존재를 전제하지 않습니다. 따라서 진화론을 무신론을 조장하는 유일한 원인으로 지목하기보다는, 현대 과학 전반이 이성적 사고를 통해 세상을 이해하려는 시대적 흐름의 일부라고 보는 것이 더 적절합니다. 과학과 종교는 세상을 바라보는 근본적인 태도에서 차이를 보입니다. 과학이 '알아야 사랑할 수 있다'는 입장에서 증명 가능한 사실을 추구한다면, 종교는 '사랑해야 알 수 있다'는 믿음의 영역을 강조합니다. 이러한 인식의 차이 때문에 두 영역을 억지로 통합하거나 어느 한쪽이 다른 쪽을 완벽히 설명하기는 어렵습니다. 결국 중요한 것은 과학적 사실과 종교적 신념이 서로의 영역을 존중하면서도, 인간이 마주한 실존적 고통과 사회적 문제를 해결하기 위해 각자의 자리에서 어떤 기여를 할 수 있는지 고민하는 균형 잡힌 시각을 갖는 것입니다.

김상욱, 김영준, 김유섭, 박정재, 이준호, 장대익, 장이권, 전중환, 최재천, 한창석

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[강연] 마음의 진화 _ by이대한 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 4강 | 4강

인류는 아주 오래전부터 생명의 기원에 대해 탐구해 왔습니다. 과학적 관점에서 생명은 갑자기 하늘에서 떨어진 것이 아니라, 지구 초기 환경에서 일어난 복잡한 화학 반응의 산물입니다. 특히 심해의 열수 분출구는 지구의 에너지가 분출되는 천연 화학 실험실로서, 무기물로부터 유기물이 합성되고 최초의 원시 세포가 탄생하기에 최적의 장소였습니다. 놀라운 점은 지구가 형성된 후 생명이 출현하기까지 걸린 시간이 우주적 관점에서 매우 짧았다는 사실이며, 이는 적절한 조건만 갖춰진다면 우주 어디에서든 생명이 탄생할 수 있음을 시사합니다. 초기 생명체는 단순한 단세포 형태였으나, 약 20억 년 전 발생한 산소 급증 사건은 진화의 거대한 전환점이 되었습니다. 광합성 세균의 번성으로 대기 중 산소가 늘어나자, 이를 에너지원을 활용할 수 있는 새로운 생명체들이 등장했습니다. 이 과정에서 고세균이 산소를 사용하는 박테리아를 삼켜 공생하는 '세포 내 공생'이 일어났고, 이는 오늘날 우리 세포 속의 미토콘드리아가 되었습니다. 이러한 에너지 혁신은 생명체가 더 크고 복잡한 구조를 갖출 수 있는 물리적 토대를 마련해주었으며, 진핵생물이라는 새로운 가문의 시대를 열었습니다. 에너지를 효율적으로 얻게 된 생명체는 단세포의 한계를 넘어 다세포 생물로 진화하기 시작했습니다. 흥미롭게도 다세포성은 진화의 역사에서 여러 번 독립적으로 나타났는데, 이는 포식자의 위협과 같은 환경적 압박이 주요한 원인이었습니다. 혼자 있을 때보다 여럿이 뭉쳐 덩치를 키우는 것이 생존에 유리했기 때문입니다. 세포들이 군집을 이루고 각자의 역할을 분담하는 분업화가 진행되면서 생명체는 더욱 정교한 기능을 수행할 수 있게 되었으며, 이는 훗날 복잡한 신체 기관과 신경계가 발달할 수 있는 중요한 발판이 되었습니다. 동물의 진화에서 신경계의 출현은 정보 처리의 혁명을 의미합니다. 특히 좌우대칭 체형의 진화는 동물이 일정한 방향으로 전진할 수 있게 만들었고, 이는 앞쪽에서 환경 정보를 먼저 받아들이는 '머리화' 현상을 촉진했습니다. 감각 기관과 이를 처리하는 신경 세포들이 머리 부분에 집중되면서 마침내 뇌라는 정교한 하드웨어가 탄생하게 된 것입니다. 빗해파리와 같은 원시 동물 연구를 통해 알 수 있듯이, 신경계는 아주 오래전부터 생존을 위한 핵심 도구로 발달해 왔으며 이는 인간이 가진 고도의 지능으로 이어지는 긴 여정의 시작이었습니다. 인간의 뇌는 다른 영장류와 비교했을 때 유독 크고 복잡한 구조를 자랑합니다. 특히 고차원적인 인지 기능을 담당하는 신피질의 확장은 인간을 특별한 존재로 만드는 결정적인 요인이 되었습니다. 최근의 유전학 연구에 따르면 인간의 뇌는 침팬지나 원숭이보다 훨씬 늦게 성숙하는 특성을 보이는데, 이러한 '느린 발달' 덕분에 뇌는 외부 환경과 상호작용하며 더 정교한 신경 회로를 구축할 수 있는 시간을 벌게 되었습니다. 결국 인간의 탁월한 지능은 유전적 설계도의 변화와 환경적 요인이 결합하여 빚어낸 진화의 경이로운 결과물이라 할 수 있습니다. 하지만 뇌라는 물리적 기관을 완벽히 이해한다고 해서 인간의 '마음'을 모두 설명할 수 있는 것은 아닙니다. 신경 세포 자체에는 의식이나 감정이 없지만, 수많은 세포가 복잡한 네트워크를 이룰 때 비로소 슬픔이나 의식 같은 고차원적인 현상이 나타나는데 이를 '창발'이라고 부릅니다. 마치 물 분자 하나에는 파도의 성질이 없지만 수많은 분자가 모여 파도를 만드는 것과 같습니다. 인지신경과학은 이러한 뇌의 생물학적 작용과 마음의 현상을 연결하려는 시도이며, 보이지 않는 마음의 실체를 과학의 영역으로 끌어들여 인간 존재의 본질을 탐구하고 있습니다. 결국 마음의 진화를 탐구하는 과정은 우주가 인간이라는 존재를 통해 자기 자신을 들여다보는 거대한 여정과 같습니다. 물질에서 시작된 진화가 생명을 낳고, 그 생명이 뇌를 거쳐 마음과 과학을 탄생시킴으로써 다시 우주의 기원을 묻게 된 것입니다. 과학은 단순히 지식을 쌓는 행위를 넘어, 끊어져 있던 물질과 정신의 고리를 다시 연결하여 우리가 어디에서 왔고 누구인지를 깨닫게 해줍니다. 40억 년이라는 긴 시간 동안 쉼 없이 이어져 온 진화의 물결 속에서, 인간의 마음은 우주를 이해하고 그 신비를 노래하는 가장 아름다운 도구로 자리 잡았습니다.

이대한

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도미노로 이해👋하는 우리의 신경 전달?!ㅣ과학원리체험@HOME 시즌3

도미노는 어린 시절 누구나 한 번쯤 경험해 본 친숙한 놀이이지만, 그 이면에는 우리 몸의 신경전달 과정을 설명하는 놀라운 과학적 원리가 숨어 있습니다. 일렬로 세워진 도미노를 쓰러뜨리면 에너지가 순차적으로 전달되듯이, 우리 몸의 신경계 또한 외부의 자극을 전기적 신호로 바꾸어 뇌까지 전달합니다. 이러한 연쇄 반응은 우리가 주변 환경을 인식하고 반응하는 생물학적 메커니즘을 시각적으로 이해하는 데 매우 유용한 도구가 됩니다. 실험에서 높이가 낮은 도미노를 중간에 배치하면 전체 흐름이 끊기는 현상을 볼 수 있습니다. 이는 신경세포에서 자극이 일정 수준을 넘지 못하면 신호가 전달되지 않는 '역치'의 개념과 유사합니다. 만약 외부 자극이 너무 약하거나 신경세포 사이에 문제가 발생하면, 도미노가 중간에 멈추는 것처럼 정보가 뇌에 도달하지 못하게 됩니다. 우리가 어떤 소리를 듣지 못하거나 감각을 느끼지 못하는 이유도 바로 이러한 전달 과정의 단절에서 기인합니다. 소리를 인지하는 과정은 도미노 효과의 대표적인 사례입니다. 공기 중의 진동이 고막을 울리면, 이 물리적인 움직임은 신경세포를 통해 전기적 신호로 변환됩니다. 이 신호는 마치 도미노가 차례로 넘어지듯 신경망을 타고 이동하여 뇌에 도달합니다. 뇌는 이 신호를 분석하여 누구의 목소리인지, 소리의 크기가 어느 정도인지를 판단합니다. 즉, 도미노의 연쇄적인 쓰러짐은 우리 몸 안에서 정보가 이동하는 역동적인 과정을 그대로 투영하고 있습니다. 자극에 대한 민감도는 개체나 상황에 따라 다르게 나타납니다. 예를 들어 개는 사람보다 훨씬 민감한 청각을 가지고 있는데, 이는 아주 작은 물리적 자극에도 신경세포라는 도미노가 쉽게 반응하여 신호를 전달하기 때문입니다. 반면 인간의 경우 노화나 스트레스 같은 요인으로 인해 신호 전달 체계의 효율이 떨어지기도 합니다. 이는 도미노를 쓰러뜨리기 위해 더 강한 힘이 필요해지는 것과 같으며, 결과적으로 더 큰 소리나 강한 자극이 있어야만 정보를 인식하게 됩니다. 도미노 효과를 통해 살펴본 신경전달 원리는 우리 몸이 외부 세계와 소통하는 정교한 방식을 잘 보여줍니다. 세포 하나하나가 연결되어 거대한 정보망을 형성하고, 그 속에서 신호가 끊김 없이 흐를 때 우리는 비로소 세상을 온전히 느낄 수 있습니다. 단순해 보이는 도미노 놀이 속에 감춰진 생명 과학의 원리를 이해함으로써, 우리는 우리 몸의 감각 기관이 얼마나 세밀하고 복잡한 과정을 거쳐 작동하는지 다시 한번 깨닫게 됩니다.

국립과천과학관👩‍🔬과학원리체험@home

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우리의 몸은 어떻게 😖공포를 느끼는 걸까? 시각👀청각👂으로 알아보는 무서운 이야기!ㅣ뇌플릭스

공포는 단순한 심리적 현상을 넘어 우리 몸의 신경계가 즉각적으로 반응하는 생존을 위한 필수 기제입니다. 우리 뇌의 측두엽 안쪽 깊숙한 곳에는 아몬드 모양의 '편도체'라는 구조가 자리 잡고 있는데, 이곳은 감정과 정서를 조절하며 특히 외부의 위협을 감지하는 사령탑 역할을 수행합니다. 위험한 대상을 마주했을 때 편도체는 이를 회피할 것인지 아니면 맞서 싸울 것인지를 신속하게 결정하여 신체에 신호를 보냅니다. 이러한 민감한 반응 체계 덕분에 인류는 험난한 자연환경 속에서 포식동물의 위협으로부터 자신을 보호하며 성공적으로 생존하고 번성할 수 있었습니다. 인간의 오감 중에서 공포를 가장 민감하고 빠르게 받아들이는 감각은 바로 청각입니다. 공포 영화에서 배경음악과 효과음을 제거하고 장면을 보면 무서움이 현저히 줄어드는 이유도 소리가 감정에 미치는 영향력이 막강하기 때문입니다. 소리는 시각보다 먼저 뇌의 심층부에 도달하여 즉각적인 감정 변화를 일으키며, 보이지 않는 위협에 대한 상상력을 자극하는 강력한 도구가 됩니다. 우리는 소리의 높낮이나 크기 변화만으로도 본능적인 경계 태세를 갖추게 되며, 이는 시각 정보가 없는 어두운 환경에서 더욱 강력한 힘을 발휘합니다. 시각 정보가 차단된 상황에서 인간이 느끼는 공포는 정보의 불확실성에서 기인합니다. 우리는 평소 눈을 통해 주변 환경을 파악하고 대처 방안을 마련하지만, 앞이 보이지 않는 상태에서는 아주 작은 접촉이나 소리에도 신경이 날카롭게 곤두서게 됩니다. 실험을 통해 확인되듯이, 정체를 알 수 없는 물체가 몸에 닿는 순간 뇌는 이를 잠재적인 생존 위협으로 간주하여 극도의 긴장 상태에 빠집니다. 이러한 시각적 제한은 상상력을 자극하여 실제보다 더 거대한 공포를 만들어내며, 익숙했던 환경조차 낯설고 위험한 공간으로 탈바꿈시키는 심리적 효과를 발휘합니다. 진화론적 관점에서 인간의 눈은 타인과 소통하기 위해 독특한 구조로 발달했습니다. 검은 눈동자 옆에 선명하게 드러나는 흰자위는 자신의 시선이 어디를 향하고 있는지를 상대에게 알려줌으로써 적의가 없음을 표시하고 유대감을 형성하는 중요한 커뮤니케이션 수단이 됩니다. 반면 많은 포식동물은 자신의 의도를 숨기기 위해 흰자위가 잘 드러나지 않는 구조를 가집니다. 공포 영화에서 귀신의 눈을 비정상적으로 검게 칠하거나 흰자위를 없애는 연출은, 이러한 인간적인 소통의 가능성을 시각적으로 차단함으로써 우리 내면에 잠재된 포식자에 대한 본능적인 경계심과 공포를 자극하는 것입니다. 과학자들은 공포 영화가 관객에게 주는 심리적 충격을 수치화하기 위해 수학적 공식을 고안해내기도 했습니다. 이 공식에는 음향 효과의 강도, 미지의 존재가 주는 압박감, 등장인물이 처한 고립된 환경, 그리고 이야기의 사실성 등 다양한 변수들이 포함됩니다. 분석 결과에 따르면 스탠리 큐브릭 감독의 '샤이닝'과 같은 고전 명작들이 인간의 본능적인 두려움을 가장 완벽하게 자극하는 구조를 갖춘 것으로 나타났습니다. 공포는 때로 우리를 위협하기도 하지만, 과학적으로 설계된 긴장감은 일상의 스트레스를 해소하고 뇌에 새로운 자극을 주는 긍정적인 역할을 수행하기도 합니다.

국립과천과학관과학예능😆

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[페스티벌+어스] SF바캉스 by 동아사이언스 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

메타버스는 어느덧 우리 삶의 깊숙한 곳까지 들어온 개념이지만, 여전히 많은 이들에게 모호하고 어렵게 느껴지곤 합니다. 하지만 메타버스를 거창한 기술적 용어로만 한정 지을 필요는 없습니다. 우리가 즐기는 게임 속 캐릭터나 SNS에 투영된 또 다른 나의 모습처럼, 현실과 다른 공간에 나를 투영할 수 있는 모든 환경이 넓은 의미의 메타버스라 할 수 있습니다. 결국 메타버스는 과거부터 현재까지 우리 곁에 존재해 왔던 소통의 연장선입니다. SF 소설가 이경희 소설가는 메타버스를 '사람 사는 세상'의 또 다른 형태라고 설명합니다. 과거의 온라인 게임이나 최근의 증강현실 게임인 포켓몬 GO를 떠올려 보면, 우리는 이미 현실 위에 겹쳐진 새로운 세계를 경험해 왔습니다. 중요한 것은 기술의 정교함보다 그 안에서 어떤 새로운 규칙과 재미를 발견하느냐에 있습니다. 현실에서 불가능한 경험을 가능케 하고, 다양한 자아를 실현할 수 있는 공간으로서 메타버스는 그 가치를 지닙니다. 인지과학자 김상균 교수는 메타버스의 완성에 있어 기술적 장비보다 더 중요한 요소로 '함께 살아갈 사람들'을 꼽습니다. 아무리 화려한 그래픽과 고성능 기기가 갖춰져 있더라도, 그 안에 타인과의 교류가 없다면 인간은 극심한 외로움을 느끼게 됩니다. 메타버스는 단순히 물건을 사고파는 편리한 도구를 넘어, 친구와 대화하고 사회적 관계를 맺는 공동체의 장이 되어야 합니다. 물리적 현실과 닮은 삶의 구도가 존재할 때 비로소 생동감을 얻기 때문입니다. 미래의 메타버스는 뇌과학과 결합하여 인간의 오감을 완벽하게 재현하는 수준에 도달할 것으로 보입니다. 기억을 저장하거나 타인의 경험을 공유하는 기술은 이미 실험실 수준에서 현실화되고 있으며, 이는 죽음의 개념마저 변화시킬 가능성을 내포합니다. 하지만 이러한 기술적 진보가 우리에게 축복이 될지 재앙이 될지는 아직 미지수입니다. 무한한 기록과 공유가 허용되는 세상에서 우리가 지켜야 할 윤리적, 철학적 합의가 무엇보다 시급한 이유입니다. 심완선 평론가는 메타버스 속의 자아가 결코 '가짜'가 아님을 강조합니다. 가상은 물질적으로 존재하지 않을 뿐, 우리의 인지와 정신 속에서는 엄연히 실재하는 현실입니다. 아바타를 통해 자신을 표현하고 타인과 관계를 맺는 과정은 현대인들에게 새로운 정체성 형성의 기회를 제공합니다. 온라인에서의 만남을 진지하게 받아들이는 세대에게 메타버스는 자신의 내면을 실험하고 성장시키는 소중한 사회적 학습의 공간으로 기능하고 있습니다. 물론 메타버스가 장밋빛 미래만을 약속하는 것은 아닙니다. 현실 세계의 계급 구조나 빈부 격차가 가상 세계로 전이될 수 있으며, 익명성 뒤에 숨은 범죄나 기업의 과도한 상업적 오염 역시 경계해야 할 대상입니다. 물질적 기반이 사라지면 한순간에 붕괴할 수 있는 가상 세계의 취약성 또한 우리가 직면한 과제입니다. 따라서 메타버스를 단순한 유희의 공간이 아닌, 책임감 있는 구성원들이 모인 건강한 사회로 가꾸려는 노력이 동반되어야 합니다. 결론적으로 메타버스는 물리적 현실을 대체하는 것이 아니라, 우리의 삶을 확장하는 '디지털 현실'입니다. 기술이 아무리 발전하더라도 그 중심에는 항상 사람이 있어야 하며, 우리가 옆 사람과 어떻게 소통하고 공존할 것인가에 대한 본질적인 질문은 변하지 않습니다. 메타버스를 통해 우리는 더 넓은 세상을 경험하고 새로운 자아를 발견하며 성장해 나갈 것입니다. 두려움보다는 즐거운 마음으로 이 새로운 현실을 맞이할 준비가 필요합니다.

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

지구환경과학
융합

[페스티벌+어스] 트랜스버스 특별대담 by 장동선, 이명현 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

과학자의 삶은 단순히 연구실 안에만 머물지 않습니다. 서로 다른 분야의 전문가들이 만나 경계를 넘나들며 대화하는 과정은 그 자체로 새로운 지평을 열어줍니다. 나이나 배경에 상관없이 공통의 가치를 공유하며 마음이 통하는 친구가 될 수 있다는 점은 과학이 주는 뜻밖의 선물입니다. 이러한 연결은 우리가 세상을 더 넓게 바라보게 하며, 각자의 전문 지식이 서로 맞물려 더 큰 의미를 만들어내는 토대가 됩니다. 경계를 허물고 소통하는 과정에서 우리는 혼자일 때보다 훨씬 더 풍요로운 지적 세계를 경험하게 됩니다. 과학자의 길을 걷게 하는 가장 강력한 동기는 모르는 것을 알아가는 즐거움에 있습니다. 거창한 우주의 기원을 단번에 밝혀내기보다는, 구체적이고 작은 질문을 던지며 이를 증명해 나가는 과정이 본질입니다. 망원경으로 하늘을 관측하거나 실험을 통해 가설을 검증하며 얻는 작은 깨달음들은 과학자에게 무엇과도 바꿀 수 없는 뿌듯함을 선사합니다. 질문을 만들고 그에 대한 답을 찾아가는 매 순간이 과학적 삶의 아름다움이며, 이러한 탐구 정신은 우리를 더 깊은 진실의 세계로 인도하는 나침반이 되어줍니다. 앎이 깊어질수록 우리가 느끼는 아름다움의 크기도 커집니다. 단순히 대상을 바라보는 것을 넘어, 그 이면에 숨겨진 원리와 질서를 이해할 때 비로소 전체적인 그림이 보이기 시작합니다. 수학적 질서나 뇌의 작동 방식을 이해하는 것은 세상을 더 풍성하게 경험하게 하는 도구가 됩니다. 과학은 차가운 객관성만을 따지는 학문이 아니라, 자연의 정교한 설계를 발견함으로써 인간이 느낄 수 있는 미적 경험을 한 단계 더 높은 차원으로 끌어올려 줍니다. ‘아는 만큼 보인다’는 말은 과학의 세계에서 가장 명확하게 증명됩니다. 과학 커뮤니케이션은 복잡한 수식과 데이터를 대중의 언어로 번역하는 과정입니다. 전문가들 사이의 소통이 정확성에 초점을 맞춘다면, 대중과의 과학 커뮤니케이션은 마음의 문을 여는 공감의 언어가 필요합니다. 정보의 손실을 감수하더라도 본질적인 메시지를 친절하게 전달하는 ‘의역’의 기술이 중요합니다. 훌륭한 과학 커뮤니케이터는 과학적 사실을 나열하는 데 그치지 않고, 그 속에 담긴 흥미진진한 이야기를 찾아내어 많은 이들에게 울림과 깨달음을 전달합니다. 이는 과학과 대중 사이의 거리를 좁히는 가장 핵심적인 역할입니다. 과학적 지식은 우리의 일상을 더 나은 방향으로 설계하는 데 실질적인 도움을 줍니다. 인간의 본성과 진화적 기원을 이해하면, 질투나 불안 같은 감정에 매몰되지 않고 자신을 다스리는 ‘행복 엔지니어링’이 가능해집니다. 또한 과학은 사회적 혼란 속에서 스스로 판단할 수 있는 ‘지식의 백신’ 역할을 합니다. 막연한 믿음이나 선동에 휘둘리지 않고, 확률과 논리에 근거해 합리적인 결정을 내릴 수 있게 돕는 것이 바로 과학이 우리 삶에 기여하는 방식입니다. 과학적 사고는 우리를 더 주체적인 삶으로 이끄는 강력한 힘이 됩니다. 기초과학에 대한 투자는 현재의 자원을 나누는 문제를 넘어, 인류가 누릴 수 있는 파이 자체를 키우는 일입니다. 당장 눈앞의 실용성이 보이지 않더라도, 호기심에 기반한 탐구는 반도체나 항공우주 기술처럼 세상을 바꾸는 혁신의 씨앗이 됩니다. 과학은 한정된 자원을 두고 벌이는 갈등에서 벗어나, 더 넓은 우주와 미래를 꿈꾸게 함으로써 인류 문명의 가능성을 확장합니다. 이러한 도전 정신이야말로 우리가 끊임없이 새로운 지식을 갈구해야 하는 이유이며, 다음 세대에게 더 나은 세상을 물려주기 위한 필수적인 과정입니다. 궁극적으로 과학적 태도는 우리를 끊임없이 성장하게 만드는 삶의 방식입니다. 정해진 답에 안주하기보다 끊임없이 질문을 던지고 자신의 오류를 인정하는 태도는 인간을 더 겸손하고 유연하게 만듭니다. 과학을 통해 자신을 객관적으로 바라보는 ‘메타인지’를 기를 때, 우리는 실존적인 불안을 넘어 삶의 진정한 의미를 발견할 수 있습니다. 세상을 향한 호기심을 잃지 않고 주도적으로 답을 찾아 나가는 과정 속에서 인간은 비로소 지적으로 풍요로운 삶을 완성합니다. 과학은 단순한 지식의 집합이 아니라 세상을 대하는 가장 고결한 태도입니다.

이명현, 장동선

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

뇌인지과학
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[페스티벌+어스] 지속가능한 지구: 미래 by 장동선, 오혜연ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

인공지능 기술은 인간의 지능을 모사하며 비약적으로 발전하고 있습니다. 최근 주목받는 'DALL-E(달리)'와 같은 멀티모달 모델은 언어와 시각 정보를 동시에 처리하며 인간의 사고방식에 한 걸음 더 다가섰습니다. 사용자가 문장으로 묘사하면 인공지능이 이를 정교한 이미지로 구현하는 기술은 단순한 편리함을 넘어 예술과 기술의 경계를 허물고 있습니다. 이러한 발전은 우리 삶을 더욱 풍요롭게 만들 잠재력을 지니고 있지만, 동시에 기술이 나아가야 할 올바른 방향에 대한 깊은 고민을 안겨주기도 합니다. 하지만 인공지능의 화려한 발전 뒤에는 데이터의 편향성이라는 어두운 그림자가 존재합니다. 특정 지역이나 문화권에 치우친 학습 데이터는 인공지능이 성별, 인종, 직업에 대해 고정관념을 갖게 만드는 원인이 됩니다. 예를 들어 결혼식이나 특정 직업군을 묘사할 때 서구 중심적이거나 성차별적인 결과물을 내놓는 현상은 기술의 공정성에 의문을 제기합니다. 이는 단순히 기술적 오류를 넘어 사법 시스템이나 채용 등 실생활의 중요한 결정에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점에서 매우 심각한 문제입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 포용적인 인공지능 시스템 구축에 힘쓰고 있습니다. 기술의 한계와 목적을 명시하는 '모델 카드(Model Card)'를 도입하여 사용자가 편향성을 인지하도록 돕고, 소외된 지역의 데이터를 적극적으로 수집하여 학습에 반영하는 노력이 이어지고 있습니다. 또한 정확도뿐만 아니라 공정성 지표를 함께 고려하여 특정 집단에 대해 성능이 저하되지 않도록 모델을 설계합니다. 기술적 보완과 더불어 사회적 합의를 통해 인공지능이 인류 전체를 위한 도구로 거듭나도록 만드는 것이 우리의 과제입니다. 뇌과학의 관점에서 볼 때, 인간의 뇌는 본질적으로 생존을 위한 '미래 예측 머신'입니다. 5억 년 전 최초의 뇌가 등장한 이래로 생명체는 외부 환경의 변화를 감지하고 능동적으로 대응하기 위해 신경계를 발달시켜 왔습니다. 과거의 경험을 바탕으로 미래를 예측하는 능력은 위험을 피하고 자원을 확보하는 데 필수적인 요소였습니다. 인공지능이 데이터를 통해 패턴을 학습하듯, 우리의 뇌도 끊임없이 정보를 처리하며 내일의 생존 확률을 높이기 위해 작동합니다. 이러한 예측 능력은 인류 문명을 지탱하는 근간이 되었습니다. 과거 멜서스(Malthus)는 인구 증가 속도를 식량 생산이 따라가지 못해 인류가 파멸할 것이라 경고했지만, 과학 기술의 혁신은 그 예측을 뒤엎었습니다. 하지만 오늘날 우리는 기후 위기라는 더 거대한 도전에 직면해 있습니다. 급격한 기온 상승과 생태계 파괴는 인류의 거주 가능 영역을 좁히고 있으며, 이는 질병과 분쟁의 씨앗이 되고 있습니다. 이제는 단순히 기술적 효율성을 높이는 것을 넘어, 지구라는 한정된 환경 안에서 어떻게 지속 가능한 삶을 영위할 것인가에 대한 근본적인 해답을 찾아야 할 때입니다. 인류가 위기를 극복해 온 핵심 동력은 개별적인 뇌의 성능 향상이 아니라 '뇌와 뇌의 연결'에 있었습니다. 구석기 시대와 비교해 생물학적 뇌 구조는 큰 차이가 없지만, 지식과 정보를 공유하는 속도는 비약적으로 빨라졌습니다. 타인의 행동을 공감하고 뇌파가 동기화되는 '뉴럴 커플링(Neural Coupling)' 현상은 우리가 집단 지성을 발휘할 수 있게 하는 생물학적 토대입니다. 폐쇄적인 사회보다 자유로운 소통이 일어나는 곳에서 혁신이 탄생하듯, 서로의 지혜를 나누는 연결의 힘이야말로 기후 위기와 같은 전 지구적 난제를 해결할 열쇠입니다. 결국 인공지능과 뇌과학이 지향하는 종착지는 인류의 지속 가능한 미래입니다. 인공지능의 편향성을 극복하고 포용성을 확보하는 노력과, 뇌의 연결성을 통해 집단 지성을 극대화하는 과정은 서로 맞닿아 있습니다. 우리는 각자 독립된 개인이지만, 동시에 타인 및 환경과 끊임없이 상호작용하며 변화하는 존재입니다. 기술이 주는 혜택이 특정 계층에 머물지 않고 모두에게 공정하게 돌아갈 때, 그리고 우리가 서로의 존재를 인정하며 연대할 때 비로소 인류는 닥쳐올 위기를 기회로 바꾸며 진보할 수 있을 것입니다.

오혜연, 장동선

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

뇌인지과학
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[질문Q] 연료전지가 궁극적 친환경 전지가 될 수 있을까? | 2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 4강

과학에서 가장 중요한 것은 질문을 멈추지 않는 태도입니다. 화학의 세계에는 여전히 우리가 알지 못하는 수많은 궁금증이 널려 있으며, 연구자는 주변에 산재한 미지의 영역을 탐구하는 독립적인 존재가 되어야 합니다. 때로는 무엇이 세상을 바꿀지 미리 알 수 없기에, 장님 문고리 잡듯 순수하게 마음이 끌리는 대로 연구하는 과정에서 진정한 창발성이 나타납니다. 수많은 연구자가 각자의 호기심을 따라가다 보면, 우리 주변의 분자 수만큼이나 다양한 새로운 발견이 튀어나올 확률은 무궁무진합니다. 오늘날 전기화학은 주로 공학적인 관점에서 다루어지며, 이차전지나 태양 전지, 센서 연구실이라는 이름으로 우리 곁에 존재합니다. 하지만 자연과학으로서의 전기화학은 단순히 배터리 용량을 늘리는 효율 개선을 넘어, 우리가 미처 알지 못했던 근본적인 원리를 탐구하는 데 목적이 있습니다. 미래의 전기화학은 뇌 안에서 일어나는 반응이나 예상치 못한 열역학적 관점 등 전혀 새로운 영역으로 전개될 것입니다. 이러한 기초적인 탐구는 결국 다시 공학에 파급되어 혁신적인 기술의 토대가 됩니다. 인간의 뇌는 전자의 움직임을 제어하는 기존 컴퓨터와는 전혀 다른 방식으로 정보를 처리합니다. 뇌는 복잡한 계산보다는 패턴 인식과 연상에 특화되어 있으며, 이온과 양성자의 움직임을 정교하게 제어하며 작동합니다. 만약 우리가 이러한 메커니즘을 이해하고 물속에서 작동하는 이온 기반의 장치를 구현할 수 있다면, 현재의 컴퓨팅과는 차원이 다른 지능형 장치를 만들 수 있을 것입니다. 이는 단순한 상상을 넘어 인간의 의식에 접근하는 새로운 기술적 도약이 될 수 있습니다. 전기화학의 핵심적인 역할 중 하나는 전자기의 세계와 생체의 세계를 잇는 계면을 다루는 것입니다. 로봇 팔을 제어하거나 질병을 치료하는 과정에서 발생하는 가장 큰 난관은 바로 이 계면을 넘지 못하는 데 있습니다. 우리가 의지대로 외부 장치를 움직이거나 생체 신호를 완벽하게 주고받기 위해서는 두 세계 사이의 간극을 메워줄 정교한 인터페이스가 필요합니다. 이 계면에서 일어나는 반응을 연구하는 전기화학은 노화나 장애를 극복하고 인간의 능력을 확장하는 미래 사회의 열쇠가 될 것입니다. 최근 전기화학에서 가장 빠르게 확장되는 분야는 자연계의 촉매를 활용하는 바이오 전기화학입니다. 자연계의 효소는 상온에서도 완벽하게 작동하는 정교한 기계적 구조를 갖추고 있어 인간이 만든 어떤 촉매보다 효율적입니다. 하지만 이러한 생체 촉매를 인공적인 전극 위에 올려놓으면 그 효율이 급격히 떨어지는 문제가 발생합니다. 생체 내 환경에 최적화된 단백질 구조가 오히려 전자 전달을 방해하기 때문입니다. 이를 해결하기 위해 생체의 원리를 모사하거나 새로운 타협점을 찾는 연구가 활발히 진행 중입니다. 생체 시스템과 달리 우리가 만드는 전기화학 장치는 스스로 부산물을 제거하거나 기능을 회복하는 능력이 부족한 죽어 있는 시스템입니다. 혈당 센서처럼 일회성으로 사용되는 경우에는 효소의 효율을 충분히 활용할 수 있지만, 지속적으로 에너지를 생산해야 하는 연료전지 분야에서는 수명과 효율의 한계가 뚜렷합니다. 생명체처럼 저렴하게 촉매를 교체하거나 유지할 수 없는 환경에서, 어떻게 하면 생체 촉매의 강력한 성능을 인공 시스템에 안정적으로 이식할 수 있을지가 현대 과학의 중요한 과제입니다. 친환경 에너지로 주목받는 수소 경제 역시 현재는 냉정한 현실에 직면해 있습니다. 현재 생산되는 수소의 대부분은 물을 전기분해하기보다 화석 연료를 분해하는 과정에서 얻어지며, 이 과정에서 상당량의 이산화탄소가 배출됩니다. 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지를 이용한 수전해 방식이 정착되지 않는다면, 연료전지는 진정한 의미의 친환경 기술이라 불리기 어렵습니다. 따라서 전기화학적 효율을 극대화하여 경제성 있는 수전해 기술을 확보하는 것이 탄소 중립 사회로 나아가기 위한 필수적인 단계라 할 수 있습니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[뇌플릭스] 과학은 누가 리더가 될 지 알고 있다!

과학과 정치는 언뜻 상반된 영역처럼 보이지만, 역사적으로 두 분야를 아우른 인물들은 적지 않습니다. 미국의 토머스 제퍼슨 대통령은 스스로를 과학자라 칭하며 탐험대를 직접 챙겼고, 벤저민 프랭클린은 피뢰침을 발명한 과학자이자 독립선언서의 기초를 닦은 정치가였습니다. 현대에 이르러서도 물리학을 전공한 앙겔라 메르켈 전 총리와 같은 사례를 통해 과학적 사고가 국가 운영의 리더십으로 이어지는 모습을 확인할 수 있습니다. 이는 복잡한 사회 문제를 해결하는 데 있어 과학적 데이터와 논리적 분석이 얼마나 중요한 역할을 하는지 시사하며, 정치와 과학이 결코 동떨어진 분야가 아님을 증명합니다. 선거에서 유권자의 선택은 때로 정책보다 외모에 의해 좌우되기도 합니다. 이를 '하딩 효과'라고 부르는데, 실력보다는 겉모습을 보고 능력을 판단하는 경향을 의미합니다. 실제로 1960년 미국 대선 당시 닉슨과 케네디의 TV 토론은 이미지의 힘을 극명하게 보여주었습니다. 논리적인 근거를 제시했던 닉슨보다, 바른 자세와 세련된 옷차림으로 신뢰감을 준 케네디가 대중의 마음을 사로잡은 것입니다. 연구에 따르면 외모 평가가 좋은 후보가 더 많은 표를 얻을 확률이 70%를 상회한다는 결과도 있어, 시각적 정보가 투표에 미치는 영향력을 무시하기 어렵습니다. 자연계의 여러 종 사이에서도 집단의 생존을 책임질 리더를 선출하는 나름의 기준이 존재합니다. 큰가시고기는 몸집이 크고 색이 진한 개체를 우두머리로 따르는데, 이는 풍부한 먹이 섭취를 통한 생존 능력을 증명하기 때문입니다. 반면 범고래나 하이에나 집단에서는 경험이 풍부한 암컷이 리더 역할을 수행합니다. 특히 범고래 집단의 '할머니' 리더는 번식 능력은 없지만, 오랜 세월 축적한 생존 지식을 바탕으로 무리를 안전한 곳으로 인도합니다. 이는 리더의 조건이 단순히 물리적인 힘에만 국한되지 않고, 공동체를 유지하는 지혜와 경험에 기반하고 있음을 보여주는 흥미로운 사례입니다. 최근에는 정치적 성향이나 투표 행태를 생물학적 관점에서 분석하려는 시도가 활발합니다. 특정 신경 화학 물질이나 유전적 요인이 사회적 상호작용에 관여하여 투표 참여율에 영향을 미친다는 연구가 대표적입니다. 또한 뇌의 '안와전두피질' 부위는 여러 정보를 종합하여 결론을 내리는 데 중요한 역할을 하는데, 이 부위의 활성화 정도에 따라 후보자의 정보를 해석하는 방식이 달라지기도 합니다. 뇌 안의 연결성 차이가 보수와 진보라는 이념적 성향과 상관관계를 보인다는 결과는, 우리의 정치적 신념이 단순한 선택을 넘어 신체적 특징과도 연결되어 있을 가능성을 제시하며 과학적 호기심을 자극합니다. 민주주의의 꽃인 선거에서 개개인의 투표는 '대중의 지혜'를 완성하는 핵심 요소입니다. 한 명의 판단은 오차가 클 수 있지만, 수많은 사람이 참여하여 평균을 내면 놀라울 정도로 정확한 결론에 도달한다는 '대수의 법칙'이 작용하기 때문입니다. 불확실한 미래를 대비하고 더 나은 지도자를 선출하기 위해서는 가능한 한 많은 데이터, 즉 유권자의 소중한 한 표가 모여야 합니다. 결국 투표는 나 자신의 의사를 표현하는 행위인 동시에, 집단 지성을 통해 사회의 불확실성을 줄이고 공동체의 올바른 방향을 설정하는 과학적인 과정이라 할 수 있습니다. 모두가 참여할 때 비로소 정치는 과학이 됩니다.

국립과천과학관과학예능😆

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[인터뷰] 오석배_과학적으로도 난제 중의 난제, ‘고통’

통증은 단순히 신체가 아픈 물리적 반응을 넘어선 매우 복잡한 현상입니다. 우리는 흔히 통증을 하나의 단순한 감각으로 여기기 쉽지만, 실제로는 신경계의 다양한 반응이 얽혀 있는 결과물입니다. 최근 노벨 생리의학상을 받은 연구들이 통각 수용체를 밝혀내며 큰 진전을 이루었으나, 이는 통증의 전체 모습 중 일부분에 불과합니다. 뇌와 신경계의 상호작용이 복합적으로 관여하기 때문에 통증을 완벽하게 제어하는 것은 현대 과학에서도 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다. 연구자들은 이 보이지 않는 고통의 실체를 밝히기 위해 지금도 끊임없이 노력하고 있습니다. 만성 통증 환자들은 사고나 질병 이후에도 지속적인 고통을 호소하지만, 그 원인을 명확히 규명하기는 쉽지 않습니다. 자율신경계의 이상이나 교감신경의 과도한 활성화 등 다양한 가설이 존재하나, 환자마다 통증의 양상과 원인이 천차만별이기 때문입니다. 현재는 통증을 객관적으로 측정할 수 있는 수단이 부족하여 의학적 진단과 치료에 한계가 있습니다. 동물 모델을 통한 기전 연구가 진행되고 있음에도 불구하고, 실제 환자들에게 적용 가능한 성공적인 치료법을 개발하는 데는 더 많은 시간이 필요합니다. 원인을 모르는 고통은 환자들에게 심리적인 좌절감까지 안겨주기도 합니다. 통증의 원인은 신경 손상부터 감염증, 암, 당뇨병에 이르기까지 매우 다양합니다. 심지어 과거의 에이즈 감염이 나중에 신경통으로 이어지는 경우도 있어, 이를 단순히 만성 통증이라는 하나의 범주로 묶기에는 무리가 있습니다. 우리가 흔히 사용하는 아스피린이나 타이레놀은 주로 염증을 줄여 통증을 간접적으로 완화하는 방식이며, 마약성 진통제는 강력하지만 중독과 내성이라는 치명적인 부작용을 안고 있습니다. 따라서 각 환자의 발병 원인에 맞춘 정밀한 표적 치료법을 찾는 것이 통증 연구의 핵심적인 목표가 되고 있습니다. 근본적인 기전을 밝혀내지 못하면 임시방편에 그칠 수밖에 없습니다. 통증 신호가 발생하는 지점과 이를 인지하는 뇌 사이에는 밀접한 관계가 있지만, 두 현상이 항상 일치하는 것은 아닙니다. 뇌는 외부에서 들어오는 통각 신호를 해석하고 조절하는 능력을 갖추고 있습니다. 예를 들어 명상은 부교감 신경계를 활성화하고 몸을 이완시켜 뇌가 통증에 적응하거나 이를 극복하도록 돕는 수단이 될 수 있습니다. 이러한 원리를 이해하면 극심한 수행을 거친 이들이 통각을 느끼더라도 이를 고통으로 인지하지 않을 가능성도 설명할 수 있습니다. 이는 통증이 단순히 말초 신경의 문제가 아니라 뇌의 인지 과정과 깊게 연관되어 있음을 시사합니다. 노벨상을 받은 TRPV1이나 기계적 자극 수용체의 발견은 통증 연구의 시발점을 찾아낸 위대한 학문적 업적입니다. 하지만 말단 신경에서의 발견을 넘어 척수나 뇌 수준에서 통증이 어떻게 조절되는지를 밝히는 과제가 여전히 남아 있습니다. 과학은 거창한 목표에서 시작되는 것이 아니라, '왜 뜨거움을 느낄까'와 같은 일상의 소박한 질문에서 출발합니다. 미래의 연구자들이 이러한 호기심을 바탕으로 통증의 정체를 완전히 밝혀낸다면, 인류는 만성 통증이라는 거대한 굴레에서 벗어날 수 있을 것입니다. 쉬운 질문에서 시작해 복잡한 문제를 해결해 나가는 과정이 바로 과학의 본질입니다.

오석배

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[인터뷰] 전중환_진화심리학적으로 자아는 허상이다!

진화심리학은 인간의 마음을 자연선택에 의해 형성된 다양한 심리 기제들의 집합으로 파악합니다. 이 학문은 우리 마음이 특정 기능을 수행하기 위해 어떤 특질을 갖추었는지 선험적으로 예측하고 이를 과학적으로 검증하는 데 주력합니다. 연구 과정에서는 전통적인 심리학 방법론뿐만 아니라 뇌 영상 촬영, 비교 문화 연구, 행동 유전학 등 자연과학과 사회과학을 넘나드는 방대한 도구를 활용합니다. 이를 통해 인류가 오랜 세월 생존과 번식의 문제를 해결하며 다듬어온 마음의 설계도를 정교하게 그려내고자 노력합니다. 진화의 원리는 수만 년에 걸친 유전적 변화에만 국한되지 않습니다. 최근에는 대중문화의 유행이나 사회적 현상을 설명하는 문화 진화론이 주목받고 있습니다. 특정 노래나 영상 콘텐츠가 대중의 선택을 받아 널리 퍼지는 과정은 유전자가 생존 경쟁을 벌이는 방식과 매우 흡사합니다. 이를 '밈(meme)'의 관점에서 보면, 각 문화 요소는 사람들의 머릿속에 자리 잡기 위해 서로 경쟁하며 짧은 시간 안에 급격한 변화를 만들어냅니다. 유전적 진화와 문화적 진화는 서로 영향을 주고받으며 인간 행동의 복잡성을 더합니다. 흔히 뇌와 마음을 별개의 존재로 생각하기 쉽지만, 사실 이 둘은 하나의 대상을 바라보는 서로 다른 관점입니다. 뇌가 마음이 작용하는 물리적이고 화학적인 토대를 의미한다면, 마음은 그 토대 위에서 일어나는 정보 처리 기능을 강조하는 개념입니다. 이는 마치 물리적인 건물인 '집'과 그 안에서 이루어지는 정서적 유대인 '가정'의 관계와 비슷합니다. 우리는 맥락에 따라 두 단어를 구분해 사용하지만, 결국 인간이라는 존재의 하드웨어와 소프트웨어를 각각 지칭하는 것임을 이해할 때 마음의 본질에 더 가까이 다가갈 수 있습니다. 우리는 자신을 통제하는 일관된 '자아'가 머릿속 사령부에 앉아 모든 결정을 내린다고 믿습니다. 그러나 진화심리학적 관점에서 이러한 자아는 실체가 없는 허상에 가깝습니다. 자아는 모든 것을 지휘하는 최고 의사결정권자가 아니라, 이미 결정된 행동을 사후에 정당화하고 외부로 홍보하는 홍보 대변인 역할을 수행합니다. 타인에게 일관되고 도덕적인 사람으로 비치는 것이 과거 조상들의 평판 관리와 생존에 유리했기 때문입니다. 즉, 자아는 나를 움직이는 본체가 아니라 나의 사회적 가치를 방어하는 전략적 도구인 셈입니다. 인간의 성 전략 역시 진화의 산물입니다. 인류는 일부일처제적인 결합을 발전시켰음에도 불구하고, 남녀 모두 기회가 닿으면 혼외 관계를 추구하는 경향을 보입니다. 남성은 주로 번식 성공도를 직접적으로 높이기 위해 다양한 상대와의 일시적 관계에 집중하는 반면, 여성은 우수한 유전자를 확보하거나 추가적인 자원을 얻기 위한 방편으로 이를 활용합니다. 이러한 차이는 남녀의 생물학적 투자 비용 차이에서 기인하며, 현대 사회의 통계적 수치 이면에는 각기 다른 적응적 목적을 달성하려는 진화적 계산이 깔려 있습니다. 인간 본성을 선악의 이분법으로 정의하려는 시도는 위험합니다. 인류는 타인과 협력하는 선한 본성과 폭력을 행사하는 악한 본성을 동시에 지니고 있기 때문입니다. 집단 선택 이론에 따르면, 집단 내부의 결속과 이타심을 강화하는 힘은 역설적으로 다른 집단과의 갈등과 경쟁을 통해 진화했습니다. 즉, 우리 안의 다정함은 우리 편을 지키기 위한 도구였으며, 외부 집단에 대한 잔혹함과 동전의 양면을 이룹니다. 따라서 문명화란 이러한 본성 중 선한 측면이 더 잘 발휘될 수 있도록 사회적 장치를 마련해온 과정이라 할 수 있습니다. 성격이나 정신 장애를 바라보는 시각도 진화적 관점에서는 새롭게 해석됩니다. MBTI나 5대 성격 특성(Big Five) 같은 성격 유형은 인간이 환경에 적응하며 나타나는 통계적 경향성일 뿐, 개인의 미래를 예언하는 절대적인 틀이 아닙니다. 또한 우울이나 불안 같은 심리적 고통 역시 과거에는 위험을 알리거나 목표를 재조정하게 돕는 적응적 방어 기제였을 가능성이 큽니다. 다만 현대 사회에서 그 정도가 지나쳐 기능에 장애를 일으킬 때 우리는 이를 질환으로 분류합니다. 결국 마음의 병조차 생존을 위한 처절한 몸부림의 흔적일 수 있다는 점을 이해해야 합니다.

전중환

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[질문Q] '자유의지'는 자유의지가 있다는 믿음이 중요하다?! | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 4강 | 인공지능의 실체와 미래

인공지능이 인간과 같은 감정을 가질 수 있는가에 대한 논의는 현대 과학의 흥미로운 화두입니다. 현재의 딥러닝과 빅데이터 기술을 활용하면 겉으로 보기에 감정을 느끼는 듯한 인공지능을 구현하는 것은 어느 정도 가능해졌습니다. 하지만 인간의 감정이 정확히 무엇이며 어떤 기제로 발현되는지조차 명확히 정의되지 않은 상태에서, 기계가 진정한 감정을 소유했는지 판단하기는 매우 어렵습니다. 이는 마치 타인의 감정에 공감하지 못하면서도 사회적 연기를 통해 감정이 있는 것처럼 행동하는 사이코패스의 사례와 유사한 철학적 난제를 던져줍니다. 결국 기계와 인간의 감정 소통 모델을 만드는 과정은 기술적 도전을 넘어 인간 존재에 대한 깊은 성찰을 요구합니다. 인간이 자신과 닮은 로봇을 만들려는 시도는 아주 오래된 문화인류학적 배경을 가지고 있습니다. 원시 시대의 애니미즘이나 토테미즘처럼 사물에도 영혼이 깃들어 있다고 믿으며 공감하려 했던 본능이 현대의 로봇 공학으로 이어진 셈입니다. 현대인들은 기술을 통해 외로움을 달래고 자신을 위로해 줄 정신적 동반자를 찾고자 하는 막연한 갈망을 품고 있습니다. 또한 뇌과학적으로 볼 때 인간은 예측하지 못한 새로운 대상을 접하거나 미지의 영역을 탐구할 때 도파민이 활성화되며 강한 쾌락을 느낍니다. 이러한 호기심과 지적 유희는 우리가 끊임없이 인간을 뛰어넘거나 혹은 인간과 똑 닮은 존재를 창조하게 만드는 강력한 동기부여가 됩니다. 인공지능 기술이 급격히 발전함에 따라 이를 어떻게 수용하고 활용할 것인가에 대한 고민도 깊어지고 있습니다. 모든 사람이 인공지능의 원리를 완벽히 이해하고 연구자가 될 필요는 없지만, 일반 사용자로서 기술이 제공하는 편리함과 새로운 경험을 누리려는 노력은 필요합니다. 스마트폰이나 사물인터넷, 의료용 인공지능 등을 접할 때 이를 의무적인 과제로 여기기보다는 우리 삶의 효율성을 높이고 행복을 증진하기 위한 도구로 접근하는 태도가 중요합니다. 지식과 정보가 넘쳐나는 현대 사회에서 기술을 통해 더 나은 삶을 설계하고, 현재의 행복을 놓치지 않으면서 주변 사람들과 소중한 관계를 유지하는 것이야말로 미래를 준비하는 가장 현명한 방법일 것입니다. 뇌과학 분야에서는 약물이나 디지털 장치를 통해 뇌 기능을 향상시키는 '뉴로 인핸스먼트' 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 집중력을 극대화하는 약물이나 뇌 용량을 확장하는 기술은 매력적으로 보일 수 있지만, 그 이면에는 심각한 윤리적 문제와 부작용이 도사리고 있습니다. 실제로 치료 목적의 약물이 학습 능력 향상을 위해 남용되는 사례가 늘고 있으며, 이는 사회적 불평등과 윤리적 논쟁을 야기합니다. 뇌의 용량에는 한계가 있기에 인위적인 자극은 장기적으로 우울증이나 인지 능력 저하와 같은 대가를 치르게 할 수 있습니다. 세상에 공짜는 없다는 말처럼, 진정한 지식은 긴 시간과 노력을 투자해 스스로 체득할 때 비로소 가치를 지니게 됩니다. 인공지능에 윤리적 기준을 부여하려는 시도는 설계 기반과 학습 기반의 두 가지 방향으로 연구되고 있습니다. 인간의 논리를 직접 주입하거나 방대한 데이터를 통해 윤리적 틀을 스스로 학습하게 만드는 방식입니다. 하지만 자유의지라는 측면에서 볼 때, 기계가 인간처럼 창의적이고 희생적인 선택을 내릴 수 있을지는 여전히 의문입니다. 뇌과학 실험에 따르면 자유의지에 대한 믿음 자체가 뇌 신호에 영향을 미칠 만큼 주관적이고 복잡한 영역이기 때문입니다. 결국 로봇이 아무리 정교하게 인간을 모방하더라도, 상대의 눈빛과 몸짓만으로 마음을 읽고 깊이 공감하는 능력은 오직 인간만이 가진 고유한 영역으로 남을 가능성이 큽니다.

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[질문Q] 뇌를 조작해서 포만감을 느끼게 할 수 있다? | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 3강 | 뇌 커넥톰, 마음을 볼 수 있을까?

현대 과학은 뇌의 특정 부위를 정밀하게 자극하여 신체적 변화를 유도하는 단계에 이르렀습니다. 특히 비만 문제는 현대 사회의 심각한 질병으로 인식되기에 관련 연구가 매우 활발히 진행되고 있습니다. 궁상핵에 위치한 POMC 뉴런을 24시간 동안 자극했을 때, 실험용 쥐의 몸무게가 10%나 감소했다는 연구 결과는 시사하는 바가 큽니다. 이는 향후 기술적 완성도와 윤리적 논의가 뒷받침된다면, 힘든 식이요법 없이도 뇌 자극을 통해 체중을 조절할 수 있는 혁신적인 가능성을 열어줍니다. 뇌가 시각 정보를 처리하는 방식은 개인마다 뚜렷한 차이가 존재할 수 있습니다. 같은 색상을 보더라도 반응하는 뉴런의 신호 체계가 다를 수 있기 때문에, 이를 정확히 해독하기 위해서는 개인별 어휘 사전이 필요할지도 모릅니다. 현재는 공통적인 신호를 바탕으로 눈썹의 유무나 입술의 색상 같은 보편적인 특징을 파악하는 수준에 머물러 있지만, 기술이 정교해짐에 따라 개인의 고유한 뇌 신호 체계를 완벽히 분석하려는 시도는 계속될 것입니다. 이러한 개별 차이를 극복하는 것이 뇌 신호 해독 기술의 핵심 과제 중 하나입니다. 상상이라는 추상적인 정신 활동 역시 뇌의 전기 신호로 포착될 수 있는 영역입니다. 특정 대상을 상상할 때 발생하는 고유한 신호를 수집하여 데이터베이스를 구축한다면, 인간의 내면 세계를 시각화하는 것도 불가능한 일은 아닙니다. 이론적으로는 망막에 영상을 투사하여 시신경을 통해 타인의 꿈속에 특정 이미지를 전달하는 시나리오까지 상상해 볼 수 있습니다. 비록 현재의 기술 수준은 초보적인 단계에 불과하지만, 인간의 모든 감각과 사고가 결국 전기 신호로 변환된다는 점을 고려할 때 뇌 과학의 확장성은 무궁무진하다고 볼 수 있습니다. 뇌 신경망 지도인 커넥톰 연구는 생명체의 행동 원리와 지능의 본질을 규명하는 핵심 열쇠입니다. 초기에는 구조가 단순한 예쁜꼬마선충을 중심으로 연구가 진행되었으나, 최근에는 수만 개의 뉴런을 가진 초파리로 그 영역이 확대되어 방대한 데이터 분석이 이루어지고 있습니다. 전자현미경을 이용해 뇌 조직을 미세하게 절단하고 연결 구조를 파악하는 이 거대한 작업이 완성되면 뇌 과학의 새로운 역사가 열릴 것으로 기대됩니다. 복잡한 신경망의 연결성을 이해하는 것은 인간의 뇌가 작동하는 근본적인 메커니즘에 다가가는 과정입니다. 감정은 진화의 긴 여정 속에서 생명체가 생존하기 위해 선택한 고도의 의사결정 전략입니다. 대뇌 신피질이 발달하지 않은 파충류조차 감정과 유사한 반응을 통해 환경에 적응해 왔다는 사실은 감정의 근원적인 중요성을 잘 보여줍니다. 이러한 감정의 메커니즘은 현대 인공지능 분야에서도 충분히 구현될 가능성이 큽니다. 다만 인공지능이 느끼는 감정이 인간의 주관적인 경험과 동일한 형태일지는 알 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 감정의 파라미터를 수치화하고 모델링하려는 노력은 지능의 정의를 새롭게 정립하며 미래 기술의 방향을 제시합니다.

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[명강리뷰] 뇌 커넥톰, 마음을 볼 수 있을까? by이준호 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 3강

뇌는 수많은 신경세포가 거대한 네트워크를 형성하고 있는 장기입니다. 단순히 세포들이 쌓여 있는 것이 아니라 서로 긴밀하게 소통하며 정보를 주고받는다는 점이 특징입니다. 이러한 신경세포 연결의 총합을 '커넥톰'이라고 부르며, 이는 유전자의 총합인 게놈처럼 뇌가 수행하는 모든 기능의 설계도와 같습니다. 이 정교한 연결망을 분석하는 것은 생명체의 마음과 행동이 어떻게 형성되는지 밝혀내는 핵심적인 과정이며, 뇌과학 연구의 궁극적인 지향점이기도 합니다. 현대 과학은 MRI 기술을 활용해 뇌의 활동을 시각화하고, 사람이 무엇을 보고 생각하는지 유추하는 단계에 이르렀습니다. 특정 사물을 볼 때 활성화되는 뇌의 영역을 기록하여 일종의 '뇌 신호 사전'을 만드는 방식입니다. 비록 아직은 재구성된 영상이 다소 흐릿하고 완벽하지 않지만, 기술의 발전 속도는 놀랍습니다. 머지않은 미래에는 뇌의 신호만으로도 타인의 마음을 읽거나 시각적 경험을 공유하는 것이 가능해질 것이라는 기대를 모으고 있습니다. 인간 뇌의 1,000억 개에 달하는 신경세포를 모두 분석하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 그래서 과학자들은 훨씬 단순한 구조를 가진 '예쁜꼬마선충'에 주목합니다. 이 생물은 몸길이가 1mm에 불과하며, 전체 세포 수가 1,000개도 되지 않습니다. 그중 신경세포는 단 302개뿐이지만, 먹이를 찾고 짝짓기를 하는 등 생존에 필요한 고도의 행동을 모두 수행합니다. 단순한 시스템을 통해 복잡한 뇌의 기본 원리를 파악하려는 전략적인 접근인 셈입니다. 1960년대부터 시작된 예쁜꼬마선충 연구는 20여 년의 노력 끝에 302개 신경세포의 연결망을 완전히 규명해냈습니다. 1mm의 선충을 아주 얇게 잘라 전자현미경으로 촬영하고, 수만 장의 사진을 이어 붙여 신경세포 하나하나의 위치와 연결 상태를 파악한 것입니다. 이를 통해 약 8,000개의 시냅스로 이루어진 세계 최초의 커넥톰 지도가 완성되었습니다. 비록 아주 작은 벌레의 뇌일지라도, 그 속에 담긴 정교한 연결 구조는 생명체의 마음이 어떻게 형성되는지 보여주는 중요한 지표가 됩니다. 하지만 현재의 커넥톰 지도는 물리적으로 연결된 '유선' 통신망에 집중되어 있다는 한계가 있습니다. 실제 뇌 안에서는 신경전달물질이 멀리 퍼져 나가며 정보를 전달하는 '무선' 통신도 활발하게 일어납니다. 보이지 않는 이 무선 연결망까지 모두 이해해야만 진정한 의미의 뇌 지도를 완성했다고 할 수 있습니다. 단순한 벌레의 마음에서 시작된 탐구는 이제 더 넓은 영역으로 확장되고 있으며, 이러한 도전은 인간 존재의 근원인 뇌의 신비를 푸는 열쇠가 될 것입니다.

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[강연] 메타버스, 디지털세상, 그리고 뇌 by장동선ㅣ2021 '대한민국 과학기술대전' 세번째 | 3강

뇌과학의 관점에서 메타버스를 이해하기 위해서는 먼저 '사이버네틱스'라는 학문의 뿌리를 살펴볼 필요가 있습니다. 그리스어 '키베르네테스'에서 유래한 이 분야는 인간의 뇌가 몸을 조종하거나 기계를 제어하는 메커니즘을 생물학적으로 탐구합니다. 기초과학 연구의 산실인 막스 플랑크 연구소에서는 인간의 행동과 뇌의 변화, 그리고 이를 인공지능에 적용하는 연구를 지속해 왔습니다. 이러한 연구는 우리가 가상 세계를 어떻게 인지하고 그 안에서 어떻게 상호작용하는지를 밝히는 중요한 토대가 됩니다. 메타버스는 최근에 갑자기 등장한 개념이 아니라, 1950년대부터 이어진 사이버네틱스의 흐름과 맞닿아 있습니다. 1980년대에는 철학을 대체할 학문으로 기대를 모았으나, 지나친 낙관론과 기술적 한계로 인해 한때 '겨울'을 맞이하기도 했습니다. 하지만 과학자들은 보이지 않는 곳에서 로봇공학, AI, 복잡계 연구를 묵묵히 이어왔습니다. 1992년 소설 '스노우 크래시'에서 처음 등장한 메타버스라는 단어는, 이제 단순한 상상을 넘어 현실과 가상이 정교하게 연결되는 새로운 시대로 우리를 안내하고 있습니다. 메타버스를 구성하는 요소는 크게 가상현실, 증강현실, 거울 세계, 라이프로깅의 네 가지로 분류됩니다. 가상현실이 게임과 같은 디지털 공간을 의미한다면, 증강현실은 실제 세상 위에 정보를 덧입히는 기술입니다. 거울 세계는 내비게이션처럼 현실을 디지털로 복제한 공간이며, 라이프로깅은 우리의 일상 데이터를 온라인에 기록하는 행위입니다. 뇌과학적으로 볼 때, 우리 뇌는 이미 외부의 자극을 전기 신호로 처리하여 세상을 인지하므로, 이러한 가상 세계를 받아들이는 데 매우 익숙한 구조를 갖추고 있습니다. 현대 사회에서 인간의 모든 행동과 취향은 디지털 데이터로 변환되어 '휴먼 디지털 피놈'을 형성합니다. 우리가 무엇을 좋아하고 언제 어디로 이동하는지에 대한 데이터의 총합은 인공지능이 인간을 예측하는 핵심 자원이 됩니다. 미래의 기업들은 이러한 데이터를 확보하여 개인의 운명이나 선택을 정교하게 읽어내려는 경쟁을 벌이고 있습니다. 이는 메타버스 공간이 단순한 놀이터를 넘어, 인간이라는 존재를 규정하고 예측하는 거대한 데이터 플랫폼으로 진화하고 있음을 시사합니다. 메타버스의 본질은 스마트폰을 잇는 '차세대 인터넷'이자, 우리의 몸과 공간을 직접 사용하는 '체화된 인터넷'에 있습니다. PC와 스마트폰이 연결의 혁신을 가져왔다면, 이제는 안경이나 헤드셋 같은 웨어러블 기기를 통해 정보를 직접 경험하는 시대가 오고 있습니다. 키보드나 터치스크린 대신 손동작과 뇌 신호를 사용하여 디지털 세상과 소통하게 되는 것입니다. 실리콘밸리의 거대 기업들이 하드웨어 경쟁에 뛰어든 이유도 바로 이 판도가 바뀌는 지점을 선점하기 위해서입니다. 기술의 발전 이면에는 우리가 해결해야 할 사회적 과제들도 산재해 있습니다. 메타버스를 누가 제어하고 통제할 것인가에 대한 거버넌스 문제부터, 기술로부터 소외되는 '디지털 격차' 현상까지 신중한 접근이 필요합니다. 특히 팬데믹 상황에서 디지털 격차는 단순한 편의를 넘어 생존의 문제로 직결되기도 했습니다. 메타버스가 현실로부터의 도피처가 될 것인지, 아니면 우리 삶을 풍요롭게 만드는 도구가 될 것인지는 기술을 대하는 우리의 태도와 사회적 합의에 달려 있습니다. 수만 년의 시간 동안 인류의 뇌는 생물학적으로 거의 진화하지 않았습니다. 기술이 아무리 화려하게 변해도 인간이 행복을 느끼는 조건인 자율성, 성취감, 연결감은 변하지 않는 본질입니다. 메타버스라는 새로운 환경에서도 우리가 진정으로 추구해야 할 가치는 기술 그 자체가 아니라, 인간다운 삶을 실현하는 데 있습니다. 미래를 예측하는 가장 좋은 방법은 그 미래를 스스로 만들어가는 것이라는 말처럼, 우리는 기술을 통해 더 나은 연결과 성장을 꿈꾸는 주체가 되어야 합니다.

장동선

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뇌인지과학
융합

[강연] 초거대 AI와 인간의 뇌 by장병탁ㅣ2021 '대한민국 과학기술대전' 첫번째 | 1강

인공지능은 지난 70년 동안 비약적인 발전을 거듭해 왔습니다. 초기에는 인간의 지식을 규칙 형태로 입력하는 전문가 시스템이 주를 이루었으나, 이는 복잡한 현실 문제를 해결하는 데 한계가 있었습니다. 이후 기계가 스스로 데이터를 통해 학습하는 머신러닝과 딥러닝 기술이 등장하며 새로운 전환점을 맞이했습니다. 이제 인공지능은 단순히 프로그래밍된 명령을 수행하는 단계를 넘어, 방대한 데이터를 바탕으로 스스로 패턴을 찾아내고 지능을 고도화하는 단계에 이르렀습니다. 최근의 초거대 인공지능은 인간의 뇌 구조를 모방한 심층 신경망을 통해 놀라운 성과를 보여주고 있습니다. 알파고가 바둑에서 승리하고, 생성형 모델이 실재하지 않는 정교한 이미지를 만들어내는 것은 모두 이 기술의 결과입니다. 특히 수천억 개의 파라미터를 가진 모델들은 인간과 구별하기 힘들 정도로 자연스러운 문장을 생성하며 언어 지능의 정점을 보여줍니다. 이러한 발전은 인공지능이 인간의 전유물이라 여겨졌던 창의적 영역까지 확장될 수 있음을 시사합니다. 하지만 현재의 인공지능은 인간의 뇌와 비교했을 때 여전히 명확한 한계를 지니고 있습니다. 가장 큰 차이점은 효율성입니다. 인간의 뇌는 단 25와트 정도의 적은 전력으로도 고도의 사고를 수행하지만, 초거대 인공지능을 구동하기 위해서는 막대한 컴퓨팅 파워와 전력이 소모됩니다. 또한 인간은 적은 양의 데이터만으로도 새로운 개념을 빠르게 학습하는 반면, 인공지능은 여전히 학습을 위해 천문학적인 규모의 데이터를 필요로 한다는 점에서 구조적인 차이를 보입니다. 뇌의 본질적인 역할은 생명체의 생존을 위해 주변 환경을 지각하고 행동을 제어하는 것입니다. 단세포 동물부터 인간에 이르기까지 신경계는 먹이를 찾고 위험을 피하기 위한 실시간 반응 체계로 진화해 왔습니다. 인간의 뇌는 우리 몸에 대한 지도를 내부에 복제하여 세상과 상호작용하는 모델을 가지고 있습니다. 이는 단순히 텍스트나 이미지를 처리하는 현재의 인공지능과는 달리, 현실 세계라는 물리적 공간 안에서 직접 경험하며 지능을 형성해 왔음을 의미합니다. 진정한 지능을 구현하기 위해서는 인공지능이 컴퓨터 내부의 닫힌 세계를 벗어나 로봇과 같은 물리적 몸을 가져야 합니다. 이를 '체화된 인지'라고 부르는데, 감각 기관과 운동 기관을 통해 세상과 직접 소통할 때 비로소 깊이 있는 이해가 가능해집니다. 사람이 정제해서 준 데이터만 학습하는 것이 아니라, 기계가 스스로 움직이며 데이터를 수집하고 시행착오를 겪는 과정이 필요합니다. 이러한 지각과 행동, 학습의 순환 구조야말로 뇌가 가진 자연 지능의 핵심 원리입니다. 미래의 인공지능은 무엇을 학습할지 스스로 결정하는 '메타 인지' 능력을 갖춘 보편 학습 기계로 진화해야 합니다. 현재는 사람이 설정한 목적 함수에 따라 학습이 이루어지지만, 차세대 인공지능은 자신의 행동을 스스로 모니터링하고 오류를 교정하며 지식을 축적해 나갈 것입니다. 뇌의 신경세포들이 순환 구조로 연결되어 과거와 미래를 현재와 공존시키듯, 인공지능 역시 예측과 실제 결과를 비교하며 끊임없이 자아를 갱신하는 방향으로 나아가야 인간 수준의 범용 지능에 도달할 수 있습니다. 인공지능의 발전 단계에서 우리는 현재 모델 최적화가 자동화되는 초기 단계에 머물러 있습니다. 앞으로의 과제는 열린 세계에서 자율적으로 적응하며 상식을 갖춘 인공지능을 만드는 것입니다. 뇌의 진화 과정을 거울삼아 감성과 이성이 조화를 이루는 자연 인공지능을 지향한다면, 기계는 단순한 도구를 넘어 인간의 삶을 실질적으로 돕는 동반자가 될 것입니다. 70년의 연구 역사를 토대로 이제는 뇌를 닮은 인지적 인공지능이라는 새로운 지평을 향해 나아갈 때입니다.

장병탁

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뇌인지과학
수학
융합

[강연쇼] 뇌과학편 by 장병탁_장대익_장동선ㅣ 2021 '대한민국 과학기술대전' | 1부

인공지능은 지난 70년 동안 비약적인 발전을 거듭해 왔습니다. 초기에는 인간의 지식을 규칙 형태로 입력하는 지식 기반 시스템이 주를 이루었으나, 두 번의 '인공지능의 겨울'을 거치며 한계에 부딪혔습니다. 이후 데이터로부터 기계가 스스로 학습하는 머신러닝과 딥러닝 기술이 등장하며 혁신이 일어났습니다. 알파고와 초거대 AI인 GPT의 등장은 인공지능이 인간의 전유물이라 여겨졌던 바둑이나 언어 영역에서도 놀라운 성과를 낼 수 있음을 증명했습니다. 하지만 현재의 AI는 여전히 막대한 데이터와 전력을 소모한다는 과제를 안고 있으며, 이를 해결하기 위한 연구가 다각도로 계속되고 있습니다. 인간의 뇌는 단 20와트의 전력만으로도 복잡한 사고와 판단을 수행하는 경이로운 기관입니다. 가장 하등한 단세포 동물부터 진화해 온 신경계는 생존을 위해 주변 환경을 지각하고 행동을 제어하는 데 최적화되어 있습니다. 뇌는 우리 몸의 지도를 복제하여 세상에 대한 모델을 구축하며, 이를 통해 미래를 예측하고 불확실성에 대응합니다. 인공지능이 진정한 지능으로 거듭나기 위해서는 단순히 데이터를 계산하는 수준을 넘어, 뇌처럼 스스로 환경과 상호작용하며 지식을 습득하는 능력을 배워야 합니다. 자연 지능의 원리를 이해하는 것은 차세대 인공지능 개발의 필수적인 토대가 됩니다. 진정한 인간 수준의 인공지능에 도달하기 위한 핵심 열쇠는 '체화된 인지'에 있습니다. 뇌가 몸과 연결되어 세상을 경험하듯, AI 역시 로봇과 같은 물리적 실체를 통해 감각과 운동을 경험해야 합니다. 닫힌 세계에서 주어진 데이터만 학습하는 것이 아니라, 열린 세상에서 스스로 데이터를 수집하고 시행착오를 거치며 성장하는 '보편 학습 기계'로의 진화가 필요합니다. 이러한 자율적 학습 시스템은 기계가 자신의 부족함을 깨닫고 무엇을 학습할지 스스로 결정하는 메타 인지 단계로 나아가는 발판이 될 것입니다. 이는 단순히 성능을 높이는 것을 넘어 지능의 본질에 다가가는 과정입니다. 호모 사피엔스가 지구상의 수많은 종 중에서 유일하게 거대한 문명을 건설할 수 있었던 비결은 뛰어난 사회적 지능에 있습니다. 인간은 타인의 시선을 읽고 마음을 추론하는 '협동하는 눈'을 가졌으며, 이를 통해 공동의 목표를 위해 조율하고 협력합니다. 단순히 똑똑한 개인이 모인 것이 아니라, 서로의 지식을 쌓고 배려하며 공감하는 능력이 인류의 생태적 성공을 이끌었습니다. 문명은 과학 기술이라는 물질적 토대 위에 타인의 고통과 기쁨에 동참하는 공감이라는 정신적 엔진이 더해져 만들어진 결과물입니다. 이러한 사회적 유대감은 인류가 혹독한 환경에서도 살아남아 번영할 수 있게 한 원동력이었습니다. 현대 사회는 알고리즘의 시대를 맞이하며 새로운 도전에 직면해 있습니다. 유튜브나 SNS의 추천 알고리즘은 사용자의 취향에 맞는 정보만을 제공하여 '필터 버블'과 '반향실 효과'를 일으키고, 이는 사회적 양극화와 혐오를 심화시키기도 합니다. 우리에게 필요한 것은 우리끼리만 깊게 공감하는 폐쇄적인 공감이 아니라, 나와 다른 타인에게까지 마음의 범위를 넓히는 '공감의 반경'을 확장하는 일입니다. 기술이 인간의 본성을 자극하여 갈등을 조장하기보다, 다양한 가치를 연결하고 이해를 돕는 방향으로 재설계되어야 합니다. 디지털 다이어트와 성찰을 통해 기술과의 건강한 관계를 정립해야 할 때입니다. 메타버스는 단순한 가상현실을 넘어 몸과 공간을 사용하는 '넥스트 레벨 인터넷'으로 정의됩니다. 가상현실, 증강현실, 거울 세계, 라이프로깅의 네 가지 요소가 결합하여 현실과 디지털의 경계를 허물고 있습니다. 뇌과학적 관점에서 볼 때, 인간의 뇌는 이미 허구를 상상하고 세계관을 구축하는 데 익숙하며 타인의 행동을 거울처럼 반영하는 신경세포를 가지고 있습니다. 메타버스는 이러한 인간의 인지적 특성을 디지털 공간으로 확장하여, 시공간의 제약을 넘어선 새로운 형태의 연결과 경험을 제공할 것입니다. 이는 우리가 정보를 소비하는 방식을 넘어 세상을 경험하는 방식 자체를 변화시킬 것입니다. 기술의 비약적인 발전 속에서도 변하지 않는 핵심은 인간의 행복입니다. 구석기 시대부터 지금까지 인간의 뇌 구조는 거의 변하지 않았으며, 우리가 행복을 느끼는 조건인 자율성, 성취감, 연결감 역시 그대로입니다. 인공지능과 메타버스가 가져올 미래가 유토피아가 될지 디스토피아가 될지는 우리가 기술을 어떻게 정의하고 활용하느냐에 달려 있습니다. 기술 소외 문제를 해결하고 인간다움을 유지하며 집단지성을 발휘할 때, 우리는 스스로 꿈꾸는 미래를 만들어 나갈 수 있을 것입니다. 결국 기술은 인간을 대체하는 것이 아니라, 인간의 가능성을 확장하는 도구가 되어야 합니다.

장대익, 장동선, 장병탁

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생명과학
뇌인지과학
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[강연] 뇌의 지도를 그리다! 머릿속 연결된 길을 찾아서 _ by김진현 ㅣ 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열' 7강 | 7강

인류의 역사에서 지도는 생존과 탐험을 위한 필수적인 도구였습니다. 성벽을 쌓을 위치를 정하거나 사냥터를 찾는 일부터, 현대의 자율주행 GPS에 이르기까지 지도는 문명의 발전을 이끌어왔습니다. 이러한 지도의 개념은 이제 우리 몸의 가장 신비로운 영역인 뇌로 확장되고 있습니다. 뇌지도는 단순히 구조를 파악하는 것을 넘어, 인간의 지성과 감성이 어디에서 비롯되는지 탐구하는 현대과학의 정점이라 할 수 있습니다. 고대 문명에서는 인간의 정신이 깃든 곳을 두고 치열한 논쟁이 있었습니다. 이집트인들은 심장을 지성의 근원으로 믿어 미라를 만들 때 뇌는 제거하고 심장은 소중히 보관했습니다. 그리스의 아리스토텔레스 역시 심장이 영혼의 중심이라 생각했지만, 히포크라테스는 뇌가 즐거움과 슬픔의 근원이라고 주장했습니다. 이러한 철학적 질문들은 현대 신경과학의 토대가 되었으며, 우리가 누구인지 정의하는 근본적인 탐구로 이어졌습니다. 르네상스 시대를 거치며 뇌에 대한 이해는 해부학적 관찰을 통해 더욱 정교해졌습니다. 레오나르도 다빈치는 인체 해부를 통해 뇌의 3차원적 구조를 스케치했고, 베살리우스는 상세한 해부학 서적을 편찬하며 신경계의 경로를 묘사했습니다. 이후 갈바니의 전기 신호 발견과 데카르트의 반사신경 이론은 뇌가 단순한 장기가 아니라 전기적 소통을 통해 신체를 조절하는 복잡한 시스템임을 깨닫게 하는 중요한 전환점이 되었습니다. 19세기 말, 신경과학의 양대 산맥인 골지와 카할은 뇌의 기본 구조를 두고 대립했습니다. 골지는 뇌가 거대한 그물망처럼 연결되어 있다고 보았으나, 카할은 뇌가 '뉴런'이라는 독립된 세포들의 집합이라고 주장했습니다. 결국 카할의 뉴런 이론이 현대과학의 정설로 받아들여졌으며, 그가 남긴 정교한 뉴런 드로잉은 오늘날까지도 뇌지도의 표준으로 평가받습니다. 이는 뇌를 개별 단위의 신경망으로 이해하는 커넥톰 연구의 시초가 되었습니다. 현대의 뇌지도는 '커넥톰'이라는 개념으로 진화했습니다. 이는 유전체인 게놈처럼 뇌 속의 모든 신경망을 총체적으로 파악하려는 시도입니다. 인간의 뇌에는 약 860억 개의 뉴런과 100조 개의 시냅스가 존재하며, 이들의 연결 길이를 합치면 지구를 네 바퀴 반이나 돌 수 있을 정도입니다. 이 거대한 복잡성을 해독하기 위해 과학자들은 MRI와 전자현미경을 넘어, 나노미터 수준의 시냅스를 시각화할 수 있는 최첨단 기술을 동원하고 있습니다. 시냅스 수준의 정밀한 지도를 그리기 위해 mGRASP와 같은 혁신적인 기술이 활용되고 있습니다. 이는 쪼개진 형광 단백질이 시냅스에서 만날 때만 빛을 내게 하여 뉴런 간의 연결을 가시화하는 방법입니다. 또한 '뉴튜브'와 같은 소프트웨어를 통해 복잡한 뉴런의 구조를 3차원 디지털 데이터로 재구성함으로써, 특정 영역에서 신호가 어떻게 전달되는지 상세히 분석할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 뇌의 기능적 국소화를 넘어 전체적인 소통 방식을 이해하게 합니다. 뇌과학의 미래는 데이터의 공유와 협력에 달려 있습니다. 쥐여우원숭이와 같은 새로운 동물 모델을 통해 인간 뇌 질환 연구의 가교를 마련하고, 이를 통해 얻은 방대한 뇌지도 데이터를 '이음'과 같은 오픈 사이언스 플랫폼으로 전 세계와 공유하고 있습니다. 뇌라는 미지의 세계를 탐험하는 여정은 이제 개별 연구실의 성과를 넘어 인류 공동의 지적 자산이 되고 있으며, 이러한 연결은 결국 인간 이해의 새로운 지평을 열어줄 것입니다.

김진현

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[인터뷰] 김진현_불만이 많은 과학자입니다! | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

과학자에게 가장 중요한 덕목 중 하나는 현재에 안주하지 않는 건설적인 불만과 끊임없는 질문입니다. 현상을 단순히 받아들이기보다 '왜'라는 질문을 던지고 그 답을 찾아가는 과정이 과학의 본질이기 때문입니다. 특히 뇌과학 분야에서는 뇌의 작용 기작을 이해하기 위해 다양한 접근이 이루어지고 있는데, 그중에서도 뇌의 구조적 연결성을 파악하는 연구는 매우 핵심적인 위치를 차지합니다. 복잡하게 얽힌 신경망의 지도를 그리는 일은 인간의 사고와 행동이 어떻게 발생하는지 이해하는 첫걸음이 되며, 이는 곧 인간 존재에 대한 깊은 통찰로 이어집니다. 과거의 연구와 비교했을 때 현대 뇌과학이 비약적으로 발전할 수 있었던 배경에는 컴퓨터 기술의 등장이 있습니다. 유전자 지도를 작성하던 게놈 프로젝트의 경험을 바탕으로, 이제는 뇌의 복잡한 구조를 디지털화하여 정밀한 정보를 추출하는 것이 가능해졌습니다. 특히 3차원 구현 기술은 평면적인 분석을 넘어 뇌의 입체적인 신경망을 시각화하는 데 큰 기여를 하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 과거에는 상상하기 어려웠던 방대한 데이터를 처리할 수 있게 함으로써, 뇌의 신비를 하나씩 풀어내는 강력한 도구가 되고 있습니다. 인간의 뇌는 약 100조 개의 시냅스로 구성되어 있으며, 그 복잡성은 상상을 초월합니다. 더욱 놀라운 점은 이 거대한 신경망이 고정된 것이 아니라 우리가 태어난 이후에도 끊임없이 변화한다는 사실입니다. 매일 겪는 새로운 배움과 감정의 경험, 그리고 외부에서 오는 다양한 충격에 따라 시냅스의 연결은 어제와 오늘이 다르게 재구성됩니다. 이러한 역동성과 방대한 데이터 규모를 체계적으로 규명하기 위해, 현재 전 세계의 연구자들은 웹사이트를 통해 연구 결과를 공유하고 실시간으로 피드백을 주고받으며 긴밀하게 협력하고 있습니다. 뇌 지도를 완성하는 것은 마치 우리 손안의 스마트폰 지도가 일상생활의 필수적인 인프라가 된 것과 같은 의미를 갖습니다. 지도가 없다면 길을 찾거나 사람을 만나는 기본적인 활동조차 어려워지듯이, 정밀한 뇌 지도는 뇌 질환의 원인을 파악하고 효과적인 신약을 개발하는 데 있어 없어서는 안 될 근본적인 정보가 됩니다. 비록 지도가 완성된다고 해서 뇌의 모든 기능을 즉각적으로 이해할 수 있는 것은 아니지만, 이는 향후 진행될 모든 뇌 연구의 기초 체력이자 인류가 뇌라는 거대한 대륙을 탐험하는 데 있어 가장 중요한 이정표가 될 것입니다. 앞으로의 연구는 인간의 뇌를 넘어 다양한 동물 모델로 확장될 필요가 있습니다. 예를 들어 개미와 같이 단순하지만 고도로 프로그램된 신경계를 가진 곤충을 연구함으로써, 복잡한 인간 뇌의 기본 원리에 대한 중요한 단서를 찾을 수 있습니다. 개미의 사회적 행동과 연결된 신경 구조를 분석하는 것은 유전과 교육의 상관관계를 이해하는 새로운 열쇠가 될 수도 있습니다. 질병 관련 신경 회로를 분석하고 인류에게 실질적인 도움이 되는 지식을 축적해 나가는 이러한 노력들이 모여, 언젠가는 인간의 본질을 설명하는 거대한 과학적 성취를 이룰 것입니다.

김진현

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[과학자가 쓴 과학책#21] 나는 뇌를 만들고 싶다 by 선웅

‘미니 뇌’라고 불리는 뇌 오가노이드는 실제 인간의 뇌를 아주 작은 크기로 재현한 생체 조직입니다. 비록 크기는 1~3mm에 불과하여 실제 뇌의 부피인 1,300cc에 비하면 매우 작지만, 그 안에는 뇌가 갖추어야 할 기본적인 요소들이 포함되어 있습니다. 이는 배아줄기세포를 활용하여 실제 태아가 자궁 내에서 발달하는 과정과 유사한 환경을 조성함으로써 만들어집니다. 과학자들은 이를 통해 복잡한 인간의 뇌 구조를 세포 수준에서 관찰하고 연구할 수 있는 소중한 기회를 얻게 됩니다. 뇌 오가노이드는 뇌 전체를 완벽하게 복제하기보다는 대뇌, 소뇌, 척수 등 특정 부위의 특성을 대변하는 방식으로 제작됩니다. 흥미로운 점은 동일한 줄기세포에서 출발한 ‘쌍둥이’ 같은 존재임에도 불구하고, 배양 환경이나 발생 과정 중의 우연한 요소에 따라 각기 다른 개성을 갖게 된다는 것입니다. 연구자들은 이러한 개체 차이를 ‘변이’라고 부르며, 유전적 요인과 환경적 요인이 복합적으로 작용하여 생명체가 형성되는 신비로운 과정을 미니 뇌를 통해 실시간으로 목격하고 있습니다. 미니 뇌를 키우는 과정은 마치 아이를 양육하는 것과 같은 정성과 인내를 필요로 합니다. 태아의 뇌부터 성인의 뇌에 가까운 특성을 관찰하기 위해서는 짧게는 수백 일에서 길게는 몇 년 동안 세포를 배양해야 하기 때문입니다. 연구자들은 오랜 시간 공을 들여 세포 덩어리가 점차 뇌의 형상을 갖추어 가는 모습을 보며 경이로움을 느끼기도 하지만, 동시에 원하는 결과를 얻기까지의 고단함과 책임감을 경험합니다. 이러한 긴 호흡의 연구는 인간 뇌의 발달 단계를 이해하는 데 필수적인 과정입니다. 현재의 미니 뇌는 인간 뇌의 ‘다운그레이드 버전’이라고 할 수 있지만, 그 실용적 가치는 매우 높습니다. 실제 인간을 대상으로 하기 어려운 신약 개발이나 독성 검사에서 윤리적 문제로부터 비교적 자유로운 대안이 될 수 있기 때문입니다. 또한, 이 다운그레이드된 모델을 어떻게 하면 실제 인간의 뇌에 더 가깝게 ‘업그레이드’할 수 있을지 고민하는 과정 자체가 곧 인간 뇌의 작동 원리를 규명하는 길과 맞닿아 있습니다. 이는 질병 치료를 위한 새로운 돌파구를 마련하는 중요한 기반이 됩니다. 미니 뇌 연구는 인공지능(AI) 및 기계 공학과의 결합을 통해 더욱 확장되고 있습니다. 뇌 오가노이드에 전극을 연결하여 전기적 신호를 측정하고 이를 기계와 연동하는 ‘뇌-기계 인터페이스(Brain-Machine Interface)’ 기술은 이미 현실화되고 있습니다. 인공지능이 논리적이고 통제 가능한 공학적 산물이라면, 미니 뇌는 생물학적 본질을 간직한 존재로서 서로 보완적인 관계를 맺습니다. 미래에는 이러한 기술들이 결합하여 손상된 뇌 기능을 재활하거나 인간의 인지 능력을 보조하는 혁신적인 수단으로 자리 잡을 것으로 기대됩니다. 신경과학은 1969년에 공식적인 용어가 채택되었을 만큼 과학사에서 비교적 젊은 학문에 속합니다. 아직 우리가 뇌에 대해 모르는 것이 많다는 사실은 역설적으로 이 분야가 ‘긁지 않은 복권’과 같은 무한한 가능성을 품고 있음을 의미합니다. 최첨단 기술을 동원하여 뇌의 복잡한 네트워크와 신호 체계를 분석하는 과정은 인류 지식의 최전선을 넓히는 작업입니다. 비록 뇌의 모든 신비를 풀기까지는 갈 길이 멀지만, 매 순간 이루어지는 새로운 발견들은 우리 자신을 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓고 있습니다. 과학의 발전은 연구실 안에서만 머무는 것이 아니라 대중과의 소통을 통해 완성됩니다. 뇌과학의 복잡한 전문 용어 뒤에 숨겨진 본질적인 질문들을 쉬운 언어로 풀어내어 공유하는 것은 사회적 공감대를 형성하는 데 매우 중요합니다. 미니 뇌 기술이 가져올 미래의 변화에 대해 함께 고민하고 익숙해지는 과정은 과학이 인류의 삶에 올바르게 기여하도록 돕는 밑거름이 됩니다. 끊임없이 업데이트되는 연구 성과들이 우리 사회의 지적 지평을 넓히고, 더 나은 미래를 설계하는 영감이 되기를 희망합니다.

선웅

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[과학책수다] 10대의뇌

‘10대의 뇌’는 청소년기를 이해하기 위한 현대의 교과서와 같은 책입니다. 신경과학자 프랜시스 젠슨과 언론인 에이미 엘리스 너트가 공동 집필한 이 도서는, 단순히 양육법을 제시하는 것을 넘어 뇌과학적 근거를 통해 10대의 행동을 분석합니다. 저자는 두 아들을 키운 어머니로서의 경험과 전문적인 연구 결과를 결합하여, 혼란스러운 청소년기의 원인을 뉴런의 연결망과 뇌 발달 과정으로 명쾌하게 설명해 줍니다. 이를 통해 우리는 10대를 바라보는 새로운 시각을 갖게 됩니다. 청소년이라는 개념이 독립적인 시기로 인정받기 시작한 것은 그리 오래되지 않았습니다. 19세기까지만 해도 아이들은 단순히 ‘작은 성인’으로 취급받으며 가혹한 노동 현장에 투입되곤 했습니다. 하지만 20세기 중반 대공황으로 인한 고용 변화와 고등학교 교육의 보편화는 10대라는 독특한 문화를 형성하는 계기가 되었습니다. 이 시기부터 청소년 특유의 자기중심적 성향과 반항이 하나의 발달 단계로 연구되기 시작했으며, 이는 인류 역사에서 매우 중요한 인식의 전환점이 되었습니다. 10대의 뇌는 흔히 ‘갓 조립된 페라리’에 비유됩니다. 엔진은 강력한 소리를 내며 돌아가지만, 정작 어디로 가야 할지 목적지를 모르는 혼란스러운 상태와 같기 때문입니다. 이 시기에는 뇌의 가소성이 정점에 달하여 외부 자극과 경험에 따라 신경 경로가 역동적으로 재구성됩니다. 반복적인 학습과 경험은 뉴런 사이의 연결을 강화하며, 이는 청소년기가 새로운 지식과 기술을 습득하기에 가장 최적화된 시기임을 시사합니다. 따라서 이 시기의 환경적 자극은 성인기 뇌의 밑바탕이 됩니다. 많은 청소년이 자신이 멀티태스킹에 능숙하다고 믿지만, 실제 연구 결과는 이와 다릅니다. 여러 작업을 동시에 수행할 때 과제 해결 시간은 오히려 대폭 늘어나며 효율성은 현저히 떨어집니다. 이는 뇌의 연합을 담당하는 두정엽과 인지적 통제를 수행하는 전두엽이 아직 완전히 발달하지 않았기 때문입니다. 10대들이 느끼는 멀티태스킹의 즐거움은 학습 효율의 향상이 아니라, 자극적인 환경에서 오는 일시적인 만족감에 불과할 때가 많으므로 주의 깊은 관찰과 지도가 필요합니다. 수면은 단순한 휴식을 넘어 낮 동안 배운 정보를 뇌에 각인시키는 ‘접착제’ 역할을 합니다. 특히 청소년의 뇌에서는 수면 유도 호르몬인 멜라토닌이 성인보다 약 2시간 늦게 분비되기 시작합니다. 이로 인해 10대들은 밤늦게까지 깨어 있고 아침에 일어나기 힘들어하는 생물학적 특성을 갖게 됩니다. 이러한 현상을 단순한 게으름으로 치부하기보다는, 뇌 발달을 위해 충분한 수면 시간을 확보할 수 있도록 사회적 배려와 과학적 이해가 선행되어야 할 것입니다. 청소년기는 보상 체계인 도파민 시스템이 매우 예민하게 작동하여 무모할 정도로 위험한 일에 뛰어들기 쉽습니다. 흡연이나 음주 같은 외부 자극에 뇌가 더 강렬하게 반응하며, 이는 성인기보다 훨씬 심각한 중독이나 인지 기능 장애로 이어질 위험이 큽니다. 최근에는 스마트폰과 인터넷 중독 역시 약물 중독과 유사한 신경 생물학적 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌습니다. 따라서 어른들은 이들의 충동성을 비난하기보다 진정성 있는 대화를 통해 정서적 지지대를 마련해 주어야 합니다. 인간의 뇌는 20대 중반까지도 성장을 멈추지 않으며, 이 시기를 ‘성인 모색기’라고 부릅니다. 특히 미래의 특정 행동을 수행하려는 의도를 유지하는 ‘미래 계획 기억’ 능력은 20대에 들어서야 본격적으로 발달합니다. 10대 자녀가 부모의 당부를 자주 잊어버리는 것은 의도적인 반항심 때문이 아니라, 뇌의 집행 기능이 아직 성숙하지 않았기 때문일 수 있습니다. 청소년기의 뇌를 이해하는 것은 아이와 부모가 서로를 객관적으로 바라보고 깊은 신뢰를 쌓아가는 소중한 첫걸음이 됩니다.

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[과린이를 부탁해 - 과학소년] 9월호

인류는 오래전부터 죽음을 극복하고 영원한 삶을 누리고자 하는 열망을 품어왔습니다. 이러한 인간의 본능적인 욕구는 현대 과학 기술과 결합하여 '인체 냉동 보존'이라는 구체적인 도전으로 나타나고 있습니다. 최초의 냉동인간 보존 기업이 설립된 지 약 50년이 흐른 지금, 전 세계적으로 600명이 넘는 사람들이 미래의 의학 기술로 다시 깨어날 날을 기약하며 차가운 탱크 속에 잠들어 있습니다. 이는 단순한 상상이 아니라 불멸을 향한 인류의 의지가 담긴 실제적인 실험입니다. 인체 냉동 보존 과정은 법적인 사망 선고가 내려진 직후 신속하게 시작됩니다. 뇌를 포함한 주요 장기의 손상을 막기 위해 산소와 혈액을 지속적으로 공급하며 체온을 급격히 낮추는 조치가 우선적으로 이루어집니다. 이후 체내의 혈액과 체액을 모두 제거하고 그 자리를 특수한 동결 보호제로 채우게 됩니다. 이렇게 준비된 신체는 영하 196도의 액체 질소 탱크 안에서 보존되며, 먼 미래에 의학 기술이 발달하여 병을 고치고 다시 깨어날 수 있는 시기를 기다리게 됩니다. 냉동 과정에서 기술적으로 가장 중요한 관건은 세포의 손상을 방지하는 것입니다. 인체의 대부분을 차지하는 수분이 얼면서 결정이 생기면 세포막을 파괴할 수 있기 때문입니다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 '유리화 동결'이라는 방식을 사용합니다. 고농도의 동결 보호제를 주입하여 세포 내 수분을 제거하고, 아주 낮은 온도에서도 얼음 결정이 생기지 않도록 액체를 유리처럼 딱딱하게 굳히는 기술입니다. 이는 세포의 형태를 유지하며 생명 활동을 일시 정지시키는 핵심적인 단계입니다. 하지만 냉동보다 훨씬 까다로운 과정은 바로 해동입니다. 아직 인체 해동을 성공적으로 시도한 사례가 없기에 이는 여전히 이론적인 영역에 머물러 있습니다. 해동 시 신체의 모든 부위가 균일하게 녹지 않으면 온도 차이로 인해 세포 내 재결정화가 일어나 조직이 심각하게 파괴될 수 있습니다. 또한, 동결 보호제 자체의 독성을 완벽하게 제거해야 하는 문제도 남아 있습니다. 인간과 같은 정온 동물은 온도 변화에 매우 민감하여 짧은 시간의 기능 정지만으로도 치명적인 손상을 입을 수 있습니다. 이러한 난관에도 불구하고 과학계는 나노 기술의 발전에서 새로운 희망을 찾고 있습니다. 미래에는 아주 작은 나노로봇이 혈관을 타고 다니며 냉동과 해동 과정에서 손상된 세포들을 정밀하게 수리할 수 있을 것으로 기대됩니다. 실제로 최근 토끼의 뇌나 돼지의 심장 조직을 손상 없이 해동하는 실험이 성공을 거두며 냉동인간의 부활 가능성을 조금씩 높이고 있습니다. 이러한 연구 성과들은 불가능해 보이던 영생의 꿈이 언젠가 현실이 될 수도 있다는 기대를 품게 하며 미래 과학의 지평을 넓히고 있습니다.

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[해SSUL이 있는 과학뉴스] 뉴로모픽 디바이스

인간의 뇌는 복잡한 사고를 수행하면서도 매우 적은 에너지만을 소비하는 놀라운 효율성을 자랑합니다. 이러한 뇌의 구조와 기능을 하드웨어적으로 모방하여 구현한 것이 바로 뉴로모픽 소자입니다. 기존의 인공지능이 소프트웨어 알고리즘을 통해 뇌의 동작을 흉내 냈다면, 뉴로모픽 기술은 반도체 소자 자체를 신경 세포인 뉴런과 유사하게 설계합니다. 이는 단순히 계산 속도를 높이는 것을 넘어, 인간의 사고 방식을 물리적 구조에 담아내려는 혁신적인 시도라고 할 수 있습니다. 현재 우리가 사용하는 대부분의 컴퓨터는 연산을 담당하는 중앙처리장치(CPU)와 데이터를 저장하는 메모리가 분리된 폰 노이만 구조를 따릅니다. 이 방식은 데이터 양이 방대해질수록 장치 간 데이터를 주고받는 과정에서 지연이 발생하고 막대한 전력이 소모되는 한계가 있습니다. 반면 뉴로모픽 소자는 뇌처럼 하나의 소자에서 기억과 연산을 동시에 처리하는 것을 목표로 합니다. 이를 통해 데이터 전송 손실을 획기적으로 줄이고, 초저전력으로 고도의 인공지능 기능을 수행할 수 있는 환경을 구축하게 됩니다. 최근 연구에서는 뇌의 기억을 총괄하는 해마의 기능을 모방하는 데 집중하고 있습니다. 특히 신경전달물질인 도파민이 신호를 전달하는 과정을 소자에 적용하여, 화학적 신호를 전기적 신호로 변환하는 기술이 개발되었습니다. 도파민이 소자 표면의 전극과 반응하여 전기 신호를 생성하면, 이 신호가 인공 시냅스 소자로 전달되는 방식입니다. 이러한 메커니즘은 우리 뇌에서 일어나는 생물학적 과정을 하드웨어적으로 재현함으로써, 기계가 인간과 유사한 방식으로 정보를 처리할 수 있게 돕습니다. 뉴로모픽 소자의 가장 큰 특징 중 하나는 인간의 학습 원리인 반복 학습을 그대로 구현한다는 점입니다. 우리가 특정 내용을 여러 번 반복해서 공부하면 장기 기억으로 저장되듯이, 인공 시냅스 소자 역시 자극의 빈도와 횟수가 늘어날수록 정보를 더 정확하고 오래 기억하는 특성을 보입니다. 전기 신호 분석을 통해 소자가 데이터를 저장하는 방식이 인간의 기억 저장 메커니즘과 유사함을 확인할 수 있습니다. 이는 인공지능이 단순히 데이터를 처리하는 도구를 넘어, 스스로 학습하는 존재로 거듭나는 발판이 됩니다. 뉴로모픽 기술의 미래는 유기물 소자의 활용에서 더욱 밝아지고 있습니다. 뇌 자체가 유기물로 구성되어 있다는 점에 착안하여 개발된 유기물 소자는 생체 친화적일 뿐만 아니라, 이온 이동을 통해 극미세 에너지만으로 구동이 가능합니다. 이러한 특성은 시각, 후각, 미각 등 인간의 오감을 모방하는 센서 기술과 결합했을 때 더욱 큰 시너지를 발휘합니다. 센서가 받아들인 정보를 신경망을 통해 전달하는 통합 시스템이 구축된다면, 인간의 감각 기능을 보조하거나 대체하는 혁신이 일어날 것입니다.

국립과천과학관요즘과학👏

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[과학원리체험]@HOME 시즌2 하이라이트

우리가 대화를 나눌 때 무심코 사용하는 '어'나 '음'과 같은 표현들을 언어학에서는 '충전어' 또는 '휴지'라고 부릅니다. 많은 사람들은 이러한 표현이 언어 습관의 결함이라고 생각하지만, 사실 이는 뇌가 정보를 처리하는 과정에서 발생하는 자연스러운 현상입니다. 우리가 다음 단어를 선택하거나 복잡한 생각을 정리할 때, 우리의 뇌는 잠시 휴지가 필요하며 이때 충전어가 그 빈자리를 채우게 됩니다. 이러한 충전어는 듣는 이에게도 중요한 역할을 합니다. 연구에 따르면 청자는 충전어를 들었을 때 이어질 내용이 더 복잡하거나 중요할 것이라고 예측하며 주의력을 높이는 경향이 있습니다. 즉, 화자의 뇌가 정보를 처리하는 동안 청자의 뇌 역시 새로운 정보를 받아들일 준비를 하는 셈입니다. 이는 단순한 소음이 아니라 효율적인 의사소통을 위한 고도의 심리적 장치라고 볼 수 있습니다. 또한 충전어는 대화의 흐름을 유지하는 사회적 기능을 수행합니다. 대화 도중 완전히 휴지가 생기면 상대방은 발언권이 넘어온 것으로 오해할 수 있습니다. 이때 충전어를 사용하는 것은 내가 아직 말을 끝내지 않았고, 생각을 정리 중이라는 신호를 보내는 것과 같습니다. 이를 통해 대화의 주도권을 유지하면서도 자연스러운 소통의 리듬을 만들어낼 수 있는 것입니다. 휴지보다 강력한 소통의 도구인 셈입니다. 흥미로운 점은 이러한 현상이 전 세계 모든 언어에서 공통적으로 나타난다는 사실입니다. 언어마다 그 소리는 다르지만, 생각을 정리할 때 특정 음절을 사용하는 패턴은 보편적입니다. 이는 인간의 인지 구조가 언어와 상관없이 유사하게 작동함을 시사합니다. 아이들이 언어를 배울 때도 이러한 충전어를 사용하며 문장 구조를 익히는 과정을 거치는데, 이는 뇌의 언어 처리 능력이 발달하고 있다는 증거이기도 합니다. 결론적으로 우리가 무심코 내뱉는 충전어는 인간 지성의 복잡성을 보여주는 흥미로운 사례입니다. 완벽하고 매끄러운 문장만이 훌륭한 대화는 아니며, 때로는 이러한 작은 충전어들이 인간적인 유대감을 형성하고 정보 전달의 효율성을 높여줍니다. 자신의 말하기 습관에 대해 너무 엄격해지기보다는, 우리 뇌가 열심히 일하고 있다는 신호로 받아들이는 여유가 필요할 것입니다.

국립과천과학관👩‍🔬과학원리체험@home

뇌인지과학

[과학자가 쓴 과학책 #15] 임창환_브레인3.0 ㅣ 뇌공학자가 그리는 뇌의 미래

현대 뇌공학의 최전선에서 활동하는 전문가들은 대중과의 소통을 통해 학문의 지평을 넓히고 있습니다. 특히 강연 현장에서 쏟아지는 날카롭고 흥미로운 질문들은 연구자에게 새로운 영감을 주는 원천이 되기도 합니다. 임창환 교수의 저서 '브레인 3.0'은 이러한 현장의 목소리를 담아내어, 일반인들이 뇌과학과 뇌공학에 대해 품고 있는 근본적인 궁금증을 해결해 줍니다. 복잡한 이론을 나열하기보다 질문과 답변 형식을 빌려 독자들이 뇌의 신비에 더 친숙하게 다가갈 수 있도록 돕는 것이 이 책의 특징입니다. 우리가 흔히 믿고 있는 뇌에 관한 상식 중에는 과학적 근거가 부족한 낭설이 많습니다. 대표적으로 좌뇌형 인간과 우뇌형 인간을 구분하여 성격을 규정하는 이분법적 사고는 현대 뇌과학의 관점에서 정설이 아닙니다. 인간은 양쪽 뇌를 유기적으로 동시에 활용하며, 특정 기능이 한쪽에 치우쳐 발달했다는 증거는 발견되지 않았습니다. 또한 인간이 뇌의 10%만 사용한다는 주장 역시 사실이 아닙니다. 뇌는 신체 에너지의 약 20%를 소비할 정도로 활동적이며, 모든 영역이 각자의 역할을 수행하며 쉼 없이 작동하고 있습니다. 나이가 들면 머리가 굳는다는 고정관념 또한 뇌의 가소성 원리에 의해 반박됩니다. 뇌는 훈련을 통해 구조적으로 변화할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 이를 통해 신경세포 사이의 연결인 시냅스가 강화되거나 신호 전달 속도를 높이는 수초가 발달하기도 합니다. 실제로 특정 게임 훈련을 통해 노년층의 멀티태스킹 능력이 청소년 수준으로 회복되었다는 연구 결과는 뇌가 평생에 걸쳐 발달할 수 있음을 시사합니다. 적절한 자극과 지속적인 학습은 뇌를 더 유연하고 건강하게 유지하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 최근 일론 머스크의 뉴럴링크는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술에 대한 대중적 관심을 폭발시켰습니다. 뇌에 마이크로칩을 삽입하여 인간의 지능을 높이거나 질병을 치료하겠다는 야심 찬 계획은 공학적 도전인 동시에 윤리적 논쟁의 대상이기도 합니다. 뇌공학자들은 이러한 시도가 장애인이나 노약자의 감각 및 운동 기능을 회복시키는 데 혁신적인 기여를 할 것으로 기대합니다. 하지만 정상적인 인간의 지능을 인위적으로 향상시키는 문제는 사회적 불평등과 윤리적 가치관의 충돌을 야기할 수 있어 신중한 접근이 필요합니다. 영화 '매트릭스'처럼 뇌에 정보를 직접 주입하여 순식간에 새로운 기술을 습득하는 것은 아직 먼 미래의 이야기입니다. 뇌의 정보 처리 속도는 컴퓨터와 달리 생물학적 한계가 존재하며, 신경세포의 활동전위가 발생하는 시간적 제약 때문에 방대한 데이터를 단시간에 받아들이기 어렵습니다. 또한 진정한 학습이 이루어지기 위해서는 시냅스의 물리적 변화가 수반되어야 하는데, 이는 반복적인 자극과 시간이 필요한 과정입니다. 따라서 뇌의 언어인 '뉴럴 코드(Neural Code)'를 완벽히 해독하더라도 즉각적인 지식 습득에는 한계가 따를 수밖에 없습니다. 인공지능의 발전 방향은 반드시 인간의 진화 경로를 따를 필요는 없습니다. 인간의 뇌는 한정된 에너지와 하드웨어 안에서 생존에 최적화되도록 진화했지만, 인공지능은 자원과 확장의 제약이 거의 없기 때문입니다. 인공지능은 인간이 수행하기 어려운 복잡한 계산이나 데이터 처리에 특화되어 독자적인 방식으로 진화할 수 있습니다. 다만 인공지능이 인간 사회의 일원으로 공존하기 위해서는 인간의 감정과 의도를 이해하는 능력이 필수적입니다. 이는 기술적 완성도를 넘어 인간과 기계 사이의 정서적 교감을 가능하게 하는 중요한 지점이 됩니다. 뇌공학의 미래는 뇌의 전기적 신호뿐만 아니라 화학적 메커니즘까지 깊이 이해하는 방향으로 나아가고 있습니다. 호르몬과 신경전달물질이 인간의 감정과 행동에 미치는 영향을 정밀하게 파악하는 것은 뇌과학의 다음 단계로 도약하기 위한 필수 과제입니다. 기술이 발전할수록 우리는 인간다움의 본질이 무엇인지에 대해 더 깊은 질문을 던지게 될 것입니다. 뇌공학은 단순히 인간의 능력을 확장하는 도구를 넘어, 인간 스스로를 더 깊이 이해하고 삶의 질을 향상시키는 따뜻한 기술로 거듭나야 할 것입니다.

임창환

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[질문Q] 강한 인공지능, 즉 초지능은 출현할까요?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 10강ㅣ뇌의 미래와 인공 자아의 탄생

인공지능의 발전은 우리 사회에 거대한 변화를 예고하고 있습니다. 현재 우리가 마주한 기술은 특정 분야에서 탁월한 성능을 발휘하는 '약한 인공지능'입니다. 알파고나 자율주행 자동차처럼 정해진 규칙 안에서 인간을 돕는 이 기술은 사회적, 경제적 생산성을 높이는 데 기여합니다. 하지만 우리가 진정으로 고민해야 할 지점은 자율성과 자유의지를 가진 '강한 인공지능'의 등장 가능성입니다. 이는 단순한 기술적 진보를 넘어 인류의 존재 가치에 대한 근본적인 질문을 던지기 때문입니다. 강한 인공지능이 위험한 이유는 그것이 인간의 통제를 벗어날 가능성 때문입니다. 인류가 지구의 주인이 된 것은 가장 똑똑한 존재로서 도구를 제어해왔기 때문인데, 우리보다 뛰어난 지능이 독립성까지 갖게 된다면 상황은 달라집니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 초지능의 등장은 종종 인류의 위기로 귀결됩니다. 죽지 않고 무한히 복제되며 스스로를 업그레이드하는 존재 앞에서 인간은 과거 네안데르탈인이 겪었던 운명을 맞이할지도 모른다는 공포에 직면하게 됩니다. 기계가 실제로 마음이나 자유의지를 가질 수 있는지에 대해서는 여전히 논란이 많습니다. 하지만 뇌과학적 관점에서 볼 때, 진정한 자유의지가 아니더라도 '시뮬레이션된 자유의지'만으로도 충분히 위협적일 수 있습니다. 방대한 데이터를 학습한 인공지능이 독립적인 주체처럼 행동하기 시작한다면, 인간의 입장에서는 그것이 실제 의지인지 계산된 결과인지 구분할 수 없기 때문입니다. 이러한 가상의 자율성은 우리가 예상하는 것보다 훨씬 빠르게 현실로 다가올 수 있습니다. 딥러닝 기술의 핵심인 인공신경망은 층이 깊어질수록 더욱 추상적이고 거시적인 인과관계를 학습할 수 있게 해줍니다. 인간의 뇌가 약 15층에서 20층 정도의 구조를 가진 것에 비해, 현대의 인공지능은 수백 층 이상의 구조를 가질 수 있습니다. 이는 인간이 인지하지 못하는 우주의 법칙이나 복잡한 상관관계를 기계는 이해할 수 있음을 의미합니다. 개미가 인간의 문명을 이해하지 못하듯, 인공지능이 발견한 고차원의 지식을 인간은 영원히 이해하지 못할 수도 있습니다. 인공지능이 모든 지적 노동을 대신하게 된다면, 그것은 인류의 '마지막 발명품'이 될 가능성이 큽니다. 이후의 모든 발명과 발견은 기계의 몫이 될 것이기 때문입니다. 이는 과학자나 전문가의 역할이 사라지는 우울한 미래로 비칠 수도 있지만, 동시에 인류를 고된 노동에서 해방시키는 기회가 되기도 합니다. 1차 산업혁명이 육체적 노동에서 우리를 해방시켰듯, 인공지능 혁명은 지적인 잡무에서 벗어나 인류가 새로운 차원으로 도약할 수 있는 시간적 여유를 제공할 것입니다. 그러나 노동이 사라진 유토피아가 반드시 행복을 보장하는 것은 아닙니다. 역사는 인간이 의식주 걱정 없이 자아를 실현할 대상을 잃었을 때 오히려 파괴적인 방향으로 흐르기 쉽다는 것을 보여줍니다. 로마 시대의 자극적인 오락이나 현대의 사회적 문제들은 목적 없는 풍요가 가져올 수 있는 디스토피아적 단면을 경고합니다. 따라서 우리는 인공지능이 가져올 풍요를 어떻게 분배하고, 남겨진 시간을 어떤 가치 있는 일에 사용할 것인지에 대해 지금부터 치열하게 준비해야 합니다. 미래 사회에서 인간의 핵심 역량은 무언가를 직접 만드는 '제조자'나 기계를 돌리는 '운영자'에서, 가치를 판단하고 선택하는 '큐레이터'로 변화할 것입니다. 기계가 수많은 옵션을 제공하더라도, 결국 어떤 것이 인간적인 가치에 부합하는지 결정하는 것은 인간의 몫이기 때문입니다. 따라서 교육의 방향 역시 단순한 지식 습득이 아닌, 올바른 가치관을 정립하고 삶의 목적을 스스로 정의하는 능력에 집중되어야 합니다. 이것이 인공지능 시대에 인간이 존재해야 할 이유를 증명하는 길입니다.

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[명강리뷰] 뇌의 미래와 인공 자아의 탄생 by 김대식ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 10강

인류의 역사는 도구의 발전과 그 궤를 같이합니다. 50만 년 전만 해도 포식자의 사냥감에 불과했던 호모 사피엔스가 오늘날 지구의 지배자가 된 비결은 신체적 강인함이 아닌 지능에 있었습니다. 우리는 스스로 할 수 없는 일을 대신 해주는 도구를 끊임없이 발명해 왔으며, 그 정점에 바로 인공지능이 존재합니다. 인공지능은 인간의 사고를 대신하는 궁극의 도구로서, 지능과 도구가 분리될 수 없음을 증명하는 인류 역사의 결정체라고 할 수 있습니다. 우리 뇌는 두개골이라는 어두운 감옥에 평생 갇혀 사는 1.5kg의 고깃덩어리와 같습니다. 뇌는 세상을 직접 대면하는 것이 아니라 눈과 코 같은 감각 기관을 통해 전달되는 신호를 간접적으로 해석할 뿐입니다. 따라서 우리가 인식하는 세상은 객관적인 실재가 아니라 뇌가 재구성한 결과물입니다. 이러한 뇌의 특성은 우리가 현실을 있는 그대로 받아들이기보다 생존에 유리한 방향으로 해석하고 상상하게 만드는 근원이 되며, 때로는 강력한 착시를 일으키기도 합니다. 언어의 해상도는 인식의 해상도보다 훨씬 낮습니다. 우리는 세상을 풍부하고 세밀하게 받아들이지만, 이를 표현할 단어는 한정되어 있어 인식의 덩어리가 하나의 단어로 묶여버리곤 합니다. 같은 사과를 보더라도 사람마다 느끼는 색감은 미세하게 다르지만, 우리는 모두 '빨강'이라는 단어로 합의하며 같은 세상에 산다고 착각합니다. 결국 우리가 보는 세상은 외부의 입력값이 아니라 뇌가 만들어낸 출력값이며, 이는 인간마다 서로 다른 주관적 현실을 구성하게 합니다. 지난 60년 동안 인공지능 연구는 인간에게 쉬운 일이 기계에게는 매우 어렵다는 사실을 깨닫는 과정이었습니다. 수학 계산처럼 인간이 어렵게 느끼는 일은 기계가 쉽게 해냈지만, 걷거나 물체를 인식하는 일상적인 행위는 기계에게 불가능에 가까웠습니다. 이는 진화 과정에서 생존에 필수적인 능력들이 우리 뇌의 하드웨어에 정답으로 각인되었기 때문입니다. 반면 미분방정식 같은 문제는 진화적 정답이 없기에 우리는 이를 어렵게 느끼고 기계는 쉽게 처리하는 것입니다. 최근의 인공지능은 규칙을 일일이 가르치던 방식에서 벗어나 스스로 학습하는 딥러닝 시대로 접어들었습니다. 인간의 시각 시스템을 모방한 계층적 구조를 통해 기계는 이제 수천만 장의 데이터를 학습하며 언어로 설명할 수 없는 직관을 갖게 되었습니다. 얼굴 인식은 물론이고 유명 화가의 화풍을 학습하여 새로운 그림을 그려내는 수준에 도달했습니다. 이는 기계가 인간 고유의 영역이라 여겨졌던 '스타일'과 '창의성'의 영역까지 모방할 수 있음을 시사합니다. 기술이 기하급수적으로 발전하는 '특이점'의 시대에는 과거의 데이터로 미래를 예측하는 방식이 더 이상 통하지 않습니다. 매일 아침 먹이를 주던 농부를 좋은 사람이라 믿었던 칠면조가 추수감사절에 전혀 예상치 못한 운명을 맞이하듯, 우리 역시 과거의 연장선에서 미래를 바라보는 본능적 오류에 빠질 수 있습니다. 진화적으로 우리 뇌는 미래를 과거의 반복으로 인식하도록 설계되었지만, 특이점은 이러한 뇌의 법칙이 무너지는 지점임을 명심해야 합니다. 인공지능 시대를 준비하는 가장 현명한 전략은 기계와의 대립이 아닌 협업에 있습니다. 인간과 기술의 장점을 결합한 새로운 운영 방식을 찾아내는 것이 칠면조의 운명을 피하는 길입니다. 이제는 타인이 정해준 정답을 쫓는 시스템에서 벗어나, 정답이 없는 세상에서 나만의 질문을 던질 수 있는 용기가 필요합니다. 인공지능이라는 거대한 변화 앞에서 우리에게 요구되는 것은 과거의 답습이 아니라 미지의 영역을 개척하려는 주체적인 태도일 것입니다.

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[과린이를 부탁해 - 과학소년,개똥이네놀이터] 7월호

우리 몸의 사령탑이라 불리는 뇌는 신체 에너지의 상당 부분을 홀로 소비할 만큼 막대한 역할을 수행합니다. 우리가 숨을 쉬고 음식을 먹는 기본적인 생존 활동부터 기억하고 판단하며 고도의 사고를 하는 과정까지 모두 뇌의 통제 아래 이루어집니다. 하지만 이처럼 중요한 기관임에도 불구하고, 현대 사회에는 뇌에 대한 과학적 사실보다 잘못된 정보나 신화가 더 널리 퍼져 있는 경우가 많습니다. 뇌과학자들은 우리가 흔히 믿고 있는 뇌에 대한 상식 중 상당수가 실제 연구 결과와는 다르다는 점을 지적하며, 뇌의 진정한 작동 원리를 이해하는 것이 중요하다고 강조합니다. 가장 대표적인 오해 중 하나는 논리적인 사람은 좌뇌가, 창의적인 사람은 우뇌가 발달했다는 이분법적 사고입니다. 과거 연구를 통해 특정 반구가 특정 기능을 우세하게 처리한다는 사실이 밝혀지기도 했으나, 이는 일반적인 상황과는 차이가 있습니다. 실제 인간의 뇌는 좌우 반구가 뇌량으로 긴밀하게 연결되어 있어, 모든 정보를 유기적으로 주고받으며 작동합니다. 최근의 뇌 신경 활동 관찰 결과에 따르면, 건강한 사람의 뇌에서 특정 성향에 따라 좌뇌와 우뇌를 구분하여 사용하는 경향은 발견되지 않았으며 두 반구는 언제나 협력합니다. 남자는 이성적이고 여자는 감성적이라는 고정관념을 뇌의 구조적 차이로 설명하려는 시도도 많았습니다. 물론 남성의 뇌가 평균적으로 여성보다 크기가 크다는 통계는 있지만, 이를 근거로 뇌 구조에서 성별에 따른 뚜렷한 차이가 존재한다고 보기는 어렵습니다. 이스라엘 텔아비브 대학교 연구팀이 1,400여 명의 뇌를 분석한 결과, 뇌의 형태만 보고 성별을 확실히 구분할 수 있는 경우는 전체의 3~6%에 불과했습니다. 즉, 대부분의 인간 뇌는 성별과 관계없이 다양한 특성이 혼합된 형태를 띠고 있으며, 뇌의 구조만으로 남녀의 성격이나 능력을 규정짓는 것은 과학적 근거가 부족합니다. 인간이 평생 뇌의 10%밖에 사용하지 못한다는 이야기는 영화나 소설의 단골 소재이지만, 이 역시 사실이 아닙니다. 뇌를 구성하는 수많은 신경세포들은 각자의 역할을 수행하며, 찰나의 순간이 아닌 전체적인 흐름에서 보면 뇌의 모든 영역이 골고루 사용되고 있음을 알 수 있습니다. 만약 뇌의 모든 영역이 동시에 과도하게 활성화된다면 뇌가 소모하는 에너지가 너무 커져서 신체의 다른 부위가 사용할 에너지가 고갈되는 심각한 문제가 발생하게 됩니다. 따라서 우리는 이미 뇌의 잠재력을 충분히 활용하며 살아가고 있는 셈이며, 특정 부분만 잠들어 있다는 것은 오해에 가깝습니다. 성인이 되면 더 이상 새로운 신경세포가 생겨나지 않는다는 믿음도 최근 연구를 통해 변화하고 있습니다. 20세기 중반까지는 신경세포의 재생이 불가능하다고 여겨졌으나, 최근에는 성인의 해마에서도 새로운 신경세포가 생성된다는 주장이 힘을 얻고 있습니다. 이처럼 뇌과학은 끊임없이 발전하며 우리의 상식을 새롭게 정립하고 있습니다. 한편, 무더위가 시작되는 7월에는 뇌 건강뿐만 아니라 전신 건강을 지키는 지혜도 필요합니다. 대서와 같은 절기를 맞이하여 적절한 운동과 휴식을 병행하고, 오존주의보가 발령될 때는 야외활동을 자제하며 건강한 여름을 보내는 태도가 중요합니다.

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[질문Q] 진화적으로 외모나 미의 기준은 어떻게 결정되는가?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 9강ㅣ진화, 뇌를 여는 열쇠

진화심리학의 관점에서 인간의 행동은 마치 과거 환경에서 번식 성공도를 높이려는 목적을 가진 것처럼 보입니다. 하지만 우리는 이러한 진화적 논리를 매 순간 의식하며 행동하지 않습니다. 자녀를 안아줄 때 유전자 전파를 떠올리지 않듯, 자연선택은 우리가 행동의 근본 원인을 모르는 상태에서 본능적으로 움직일 때 더 효과적으로 작용하기도 합니다. 즉, 의식의 차원과는 별개로 우리의 심리 기제는 과거의 적응적 문제를 해결하는 방향으로 설계되어 있으며, 우리는 그 설계에 따라 '마치 그러한 것처럼' 행동하게 됩니다. 과거 인류에게 단맛은 희귀하고 높은 에너지를 의미했기에, 이를 갈구하는 성향은 생존에 유리한 형질이었습니다. 현대 사회에서 설탕이 과잉 공급됨에도 우리가 여전히 단것에 집착하는 이유는 우리 몸이 여전히 과거의 환경에 맞춰져 있기 때문입니다. 질투 또한 마찬가지입니다. 배우자의 생식 능력이나 현재의 경제적 상황을 이성적으로 계산하기보다, 과거 진화적 환경에서 자원을 확보하고 관계를 유지하는 데 유리했던 심리적 반응이 오늘날까지 이어져 나타나는 현상으로 이해할 수 있습니다. 본성과 양육은 대립하는 개념이 아니라 긴밀하게 상호작용하는 관계입니다. 인간은 아무것도 쓰여 있지 않은 '빈 서판'으로 태어나는 것이 아니라, 특정 자극에 더 민감하게 반응하도록 설계된 본성을 가지고 태어납니다. 예를 들어 우리는 꽃보다 뱀에 대한 공포를 더 쉽게 학습하는데, 이는 외부 환경과 유전적 본성이 결합하여 나타나는 진화의 결과입니다. 결국 사회와 문화의 영향력을 이해하는 것은 우리 본성이 환경과 어떻게 상호작용하여 적응적인 행동을 만들어내는지를 파악하는 과정과 같습니다. 미의 기준이 시대와 문화에 따라 다르게 나타나는 현상 역시 진화적 논리로 설명이 가능합니다. 자원이 부족한 사회에서는 체지방이 풍부한 여성이 생존에 유리하여 미인으로 추앙받지만, 자원이 풍부한 현대 사회에서는 오히려 절제와 관리를 상징하는 마른 체형이 선호되기도 합니다. 이는 미적 기준 자체가 변하는 것이 아니라, '환경에 적응하여 번식 가능성이 높은 대상을 찾는다'는 보편적인 심리 기제가 각기 다른 환경적 입력값에 반응하여 도출된 결과입니다. 즉, 문화적 차이는 보편적 본성의 다른 표현입니다. 지능을 인간의 잣대로만 평가하여 동물을 열등하다고 보는 것은 진화적 관점에서 적절하지 않습니다. 모든 생명체는 각자가 처한 환경에서 살아남기 위해 최적화된 지능과 능력을 발달시켜 왔습니다. 돌고래는 초음파를 통한 소통에 특화되어 있고, 인간은 언어를 통한 정보 공유에 특화된 것일 뿐입니다. 지능이란 결국 각 종이 직면한 진화적 문제를 해결하기 위한 도구이며, 따라서 인간과 동물의 지능을 일대일로 비교하기보다는 각자의 환경에 어떻게 적응했는지를 이해하는 것이 진화의 본질에 가깝습니다.

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[명강리뷰] 진화, 뇌를 여는 열쇠 by 전중환ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 9강

독일의 재상 비스마르크는 법을 만드는 과정이 소시지 제조 과정처럼 추하고 민망하기에 안 보는 것이 좋다고 말했습니다. 우리 인간의 마음도 이와 비슷합니다. 사랑, 정의, 삶의 의미와 같은 숭고한 가치들이 사실은 뇌의 전기화학적 활동이자 자연선택에 의한 진화의 산물이라는 점을 우리는 흔히 외면하곤 합니다. 하지만 마음이 뇌의 활동이며, 뇌가 다른 신체 기관과 마찬가지로 생존과 번식을 위해 설계된 도구라는 사실을 받아들일 때 비로소 우리 자신에 대한 진정한 이해가 시작됩니다. 뇌를 온전히 이해하기 위해서는 '어떻게' 작동하는지를 다루는 근접 원인과 '왜' 그렇게 설계되었는지를 다루는 궁극 원인이 모두 필요합니다. 초콜릿 케이크가 달콤해서 먹는다는 대답은 시스템의 작동 방식인 근접 원인에 해당합니다. 반면, 왜 우리 뇌가 당분이 풍부한 음식을 달콤하게 느끼도록 설계되었는지를 묻는 것이 궁극 원인입니다. 진화적 관점은 과거 환경에서 생존에 유리했던 형질이 선택된 이유를 밝힘으로써, 흩어져 있는 뇌과학적 발견들을 하나로 매끄럽게 통합하는 이론적 틀을 제공합니다. 진화적 관점은 인간의 행동과 뇌 반응에 대한 선험적인 예측을 가능하게 합니다. 대표적인 예가 질투의 성차입니다. 남성은 부성 불확실성 때문에 배우자의 성적 부정에 더 민감하며, 이때 공격성과 관련된 편도체와 시상하부가 활성화됩니다. 반면 여성은 자원 확보의 위협이 되는 정서적 부정에 더 민감하게 반응하며, 타인의 의도를 읽는 상측두구가 활성화됩니다. 이는 뇌의 특정 부위가 활성화되는 이유가 과거 진화 역사 속에서 해결해야 했던 구체적인 생존 문제와 직결되어 있음을 보여줍니다. 여성의 배우자 선호도 역시 배란 주기에 따라 진화적으로 변화하며 뇌에 반영됩니다. 가임기 여성은 우수한 유전적 자질의 신호인 남성적인 얼굴을 선호하는 반면, 비가임기에는 협력적인 양육자가 될 수 있는 부드러운 인상을 선호합니다. 흥미로운 점은 가임기 여성이 남성적인 얼굴을 볼 때 위험 감수와 관련된 전대상피질이 활성화된다는 것입니다. 이는 우수한 유전자를 선택하는 동시에, 가족에 덜 헌신적일 수 있는 마초적 남성을 선택하는 위험성을 뇌가 무의식적으로 인지하고 평가하고 있음을 시사합니다. 결론적으로 뇌를 온전하게 이해하기 위해서는 신경과학적 메커니즘과 진화적 원인이 상호 보완적으로 연구되어야 합니다. 진화 이론은 단편적인 사실들을 하나로 묶어주는 나침반 역할을 하며, 뇌과학은 그 진화적 가설을 검증할 물리적 토대를 마련해 줍니다. '어떻게'와 '왜'라는 두 가지 질문이 만날 때, 우리는 비로소 인간의 마음이라는 복잡한 설계도의 진면목을 확인할 수 있습니다. 이러한 통합적 접근이야말로 현대 과학이 인간이라는 존재를 탐구하는 데 있어 가장 강력한 열쇠가 될 것입니다.

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[강연] 나노의학 2.0 코로나에서 뇌과학까지 by 천진우ㅣIBS X KAOS 2021 '기초과학 석학강연'

나노의학은 10억 분의 1 미터라는 아주 미세한 나노 세계의 원리를 의학에 접목한 최첨단 융합 과학입니다. 과거의 나노 기술이 반도체나 디스플레이 같은 전자 산업의 혁신을 이끌며 우리 삶을 바꾸어 놓았다면, 이제는 생명 현상을 분자 수준에서 관찰하고 조절하는 나노의학이 새로운 의료 혁명을 예고하고 있습니다. 바이러스보다 작은 영역에서 벌어지는 정교한 상호작용을 이해함으로써, 우리는 질병의 근본적인 원인을 파악하고 이전과는 전혀 다른 방식의 진단과 치료법을 모색할 수 있게 되었습니다. 나노의학의 핵심 목표는 더 명확하게 보고 정밀하게 조절하는 것에 있습니다. 이는 진단과 예방의 정확도를 획기적으로 높이는 'Seeing Better'와 질병의 치료 및 조직 재생을 가능케 하는 'Controlling with Precision'이라는 두 가지 가치로 요약됩니다. 약 60년 전 노벨 물리학상 수상자인 리처드 파인만이 예견했던 것처럼, 몸속을 자유롭게 돌아다니며 질병을 찾아내고 치료하는 작은 기계의 꿈은 이제 현실이 되어가고 있습니다. 다양한 학문이 결합한 이 융합 과학은 인류의 건강을 지키는 가장 강력한 도구가 될 것입니다. 최근 전 세계를 휩쓴 팬데믹 상황에서 나노의학은 mRNA 백신이라는 혁신적인 결과물을 내놓으며 그 가치를 증명했습니다. mRNA는 단백질 설계도와 같아서 우리 몸이 스스로 항원을 만들게 유도하지만, 매우 불안정하여 세포까지 전달하기가 매우 어렵다는 치명적인 단점이 있었습니다. 이때 지질 나노입자(LNP)라는 나노캡슐이 보호막 역할을 하여 mRNA를 안전하게 표적 세포까지 운반하는 현금 수송차와 같은 역할을 수행합니다. 이는 생물학적 발견과 나노 공학적 설계가 결합하여 수많은 생명을 구한 팀 사이언스의 대표적인 성공 사례입니다. 진단 분야에서도 나노 기술은 비약적인 발전을 가져왔습니다. 기존의 표준 검사법인 RT-PCR은 정확도는 높지만 장비가 크고 검사 시간이 오래 걸린다는 한계가 있었습니다. 하지만 금 나노입자의 플라즈몬 현상을 이용하면 빛으로 아주 빠르고 균일하게 열을 발생시켜 유전자를 증폭할 수 있습니다. 이를 통해 기존에 두 시간 가까이 걸리던 검사 시간을 15분 이내로 단축하면서도 높은 정확도를 유지하는 현장 진단(POC)이 가능해졌습니다. 이러한 신속 진단 기술은 변이 바이러스의 확산을 막고 신속하게 대응하는 데 결정적인 역할을 합니다. 인체 내부를 들여다보는 이미징 기술 역시 나노 조영제를 통해 물리적 한계를 극복하고 있습니다. 기존 MRI는 해상도가 낮아 미세한 혈관의 이상을 초기 단계에 발견하기 어려웠지만, 자성 나노입자를 활용한 새로운 조영제는 신호 증강 효과를 통해 해상도를 10배 이상 높여줍니다. 이를 통해 뇌 속의 100 마이크로미터 수준의 미세 혈관까지 선명하게 시각화할 수 있는 3차원 혈관 지도를 제작할 수 있게 되었습니다. 이러한 정밀 이미징은 뇌졸중이나 치매 같은 혈관 관련 질환을 조기에 진단하고 치료 계획을 세우는 데 획기적인 도움을 줍니다. 나노의학의 가장 도전적인 영역 중 하나는 자기장을 이용해 뇌 신경을 원격으로 제어하는 '나노 자기 유전학'입니다. 특정 이온 채널에 나노 나침반 역할을 하는 자성 나노입자를 결합하면, 외부에서 자기장을 가해 신경 세포의 활성을 자유롭게 조절할 수 있습니다. 실제로 실험을 통해 자기장만으로 동물의 운동 신경을 활성화하여 움직임을 제어하는 데 성공했으며, 이는 무선으로 뇌 기능을 조절할 수 있는 새로운 플랫폼의 탄생을 의미합니다. 이 기술은 향후 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환의 증상을 완화하고 치료하는 새로운 의료 기술로 적용될 전망입니다. 나노의학은 이제 정밀 의학, 디지털 약, 그리고 재생 의학을 아우르는 차세대 의료의 핵심 솔루션으로 자리 잡고 있습니다. 대한민국은 나노 기술 분야에서 세계적인 강국으로 인정받고 있으며, 이를 바탕으로 한 융합 연구는 인류가 직면한 난치병 문제에 새로운 과학적 해답을 제시할 것입니다. 나노 수준에서 생명 현상을 이해하고 조절하는 이 놀라운 여정은 단순히 학술적 성과를 넘어, 미래 세대에게 건강하고 풍요로운 삶을 선사하는 강력한 힘이 될 것입니다. 대한민국의 과학이 세계의 표준이 되는 미래를 기대하며 나노의학의 혁신은 계속될 것입니다.

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생명과학
뇌인지과학
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[인터뷰] 천진우_나노의학과 자기유전학(Feat.연구주제 선정방법)ㅣIBS X KAOS 2021 '기초과학 석학강연'

나노과학은 아주 작은 크기의 세계를 다루는 학문으로, 현대의학에서 혁신적인 변화를 이끌고 있습니다. 대표적인 사례가 바로 mRNA(메신저 RNA) 백신입니다. 불안정한 유전자 정보인 mRNA를 100나노미터 크기의 나노캡슐에 담아 인체에 안정적으로 전달함으로써, 우리 몸이 스스로 항체를 형성할 수 있게 돕습니다. 이는 단순히 질병을 치료하는 것을 넘어, 진단과 생체 현상 관찰, 그리고 정밀한 자극 기술까지 아우르는 융합과학의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 과학 연구의 동력은 새로운 현상에 대한 호기심과 도전적인 문제를 해결하려는 의지에서 비롯됩니다. 남들이 시도하지 않은 영역에서 창의성을 발휘할 때 학문적 중요성이 커지기 때문입니다. 과거 1990년대 후반에는 나노입자 연구가 생소한 분야였으나, 수십 년간 지식이 축적되면서 이제는 더 정밀하고 고도화된 단계로 진화하고 있습니다. 과학자들은 기존의 지식에 안주하지 않고, 양자점이나 새로운 나노물질을 바이오 분야에 접합하는 등 끊임없이 새로운 연구 영역을 개척해 나갑니다. 뇌과학은 인류에게 여전히 미지의 영역이자 가장 정복하기 어려운 분야 중 하나로 꼽힙니다. 최근 주목받는 자기유전학은 자기장을 이용해 뇌신경세포인 뉴런의 신호를 제어하는 혁신적인 기술입니다. 이는 유전공학 기법과 나노과학이 결합한 융합과학의 결정체라고 할 수 있습니다. 기존의 전기적 자극이나 빛을 이용한 방식보다 훨씬 정교한 접근이 가능하며, 뇌의 깊은 곳까지 신호를 전달할 수 있다는 점에서 과학적 성과와 발전 가능성이 매우 큰 분야로 기대를 모으고 있습니다. 자기유전학이 광유전학보다 유리한 점은 뛰어난 생체 침투력에 있습니다. 빛은 인체 조직을 통과하는 힘이 약해 정밀한 관찰에는 용이하지만 깊은 곳까지 도달하기 어렵습니다. 반면 자기장은 몸속 깊숙한 곳까지 무선으로 전달될 수 있습니다. 자성나노입자를 뉴런의 이온채널에 접합하여 '자기수용체'를 만들면, 외부 자기장에 반응해 이온채널이 열리고 닫히며 뇌 신호를 원격으로 제어할 수 있게 됩니다. 이러한 무선 제어 방식은 뇌 질환 치료와 면역 시스템 활성화에 새로운 길을 열어줍니다. 하나의 가설을 실험적으로 증명하는 과정은 수많은 연구자의 인내와 협력이 필요한 긴 여정입니다. 자기유전학 연구 역시 나노물질 합성부터 유전공학, 뇌과학 실험에 이르기까지 방대한 단계를 거쳐야 하기에 융합과학으로서의 체계가 필수적입니다. 화학자, 생명과학자, 소재공학자, 그리고 의사가 함께하는 '팀 사이언스'는 개별 연구로는 도달하기 힘든 거대한 과학적 성취를 가능하게 합니다. 이러한 협력은 나노의학이 실질적으로 인류의 건강과 삶의 질을 향상시키는 데 기여하는 밑거름이 됩니다.

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[명강리뷰] 시냅스 생쥐 그리고 정신질환 by 김은준ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강

우리 뇌는 약 1,000억 개의 신경세포가 복잡하게 얽혀 있는 거대한 네트워크입니다. 이 세포들이 서로 정보를 주고받는 물리적인 접합 부위를 '시냅스'라고 부르는데, 이는 그리스어에서 유래한 단어로 두 구조물이 만나 결합한다는 의미를 담고 있습니다. 신경세포의 안테나 역할을 하는 수상돌기와 신호를 전달하는 축삭이 만나는 이 작은 공간에서 신경전달물질이 분비되고 수용체와 결합하며 우리 몸의 모든 활동이 결정됩니다. 뇌 전체에는 무려 100조 개의 시냅스가 실시간으로 작동하며 정교한 신호의 균형을 유지하고 있습니다. 뇌의 건강은 시냅스를 통한 신호 전달의 균형에 달려 있습니다. 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스가 적절한 조화를 이루어야 하지만, 이 균형이 무너지면 다양한 뇌 질환이 발생할 수 있습니다. 예를 들어 신호가 과도하게 흥분 쪽으로 치우치면 뇌전증과 같은 증상이 나타나고, 반대로 억제 쪽으로 기울면 수면 장애나 우울증이 유발되기도 합니다. 최근 과학계는 이러한 시냅스의 기능 이상이 정신 질환의 근본적인 원인 중 하나라는 사실에 주목하고 있으며, 유전적 요인과 환경적 요인이 어떻게 시냅스에 영향을 미치는지 밝혀내기 위해 다각도로 연구를 진행하고 있습니다. 정신 질환의 원인을 규명하는 과정에서 유전자의 역할은 매우 중요합니다. 특히 자폐증과 관련된 유전자가 800개 이상 발견되었는데, 이들 중 상당수가 시냅스의 형성이나 기능에 관여하는 것으로 나타났습니다. 과거에는 시냅스를 단순한 신호 전달 통로로만 여겼으나, 현대 과학은 그 안에서 1,000종 이상의 단백질이 상호작용하는 복잡한 체계를 발견했습니다. 1마이크로미터도 안 되는 좁은 공간에 수만 개의 단백질이 밀집해 있는 시냅스는 그 자체로 정교한 시스템이며, 이 중 핵심적인 단백질 하나만 잘못되어도 뇌 기능 전체에 심각한 영향을 줄 수 있습니다. 인간을 대상으로 유전자 변형 실험을 할 수 없기에, 과학자들은 생쥐 모델을 통해 유전자와 행동 사이의 인과 관계를 증명합니다. 특정 시냅스 단백질인 Shank2가 결손된 생쥐는 사회성이 현저히 떨어지거나 동료와의 소통을 위한 초음파 신호를 보내지 않는 등 자폐증과 유사한 증상을 보입니다. 이러한 실험적 증거는 특정 유전자의 이상이 실제 정신 질환으로 이어진다는 사실을 명확히 보여줍니다. 또한, 약물을 통해 시냅스의 신경전달을 조절함으로써 손상된 사회성을 일부 회복시키는 연구 결과는 향후 정신 질환 치료제 개발에 중요한 실마리를 제공하고 있습니다. 유전적 결함이 있더라도 환경적 요인에 의해 증상이 완화될 수 있다는 점은 매우 희망적입니다. 쾌적하고 자극이 풍부한 환경에서 자란 생쥐는 유전적 이상이 있더라도 지능이나 사회성 면에서 훨씬 나은 모습을 보여줍니다. 이는 정신 질환이 단순히 유전자에 의해 결정되는 것이 아니라, 가족과 사회의 따뜻한 관심과 좋은 환경을 통해 충분히 개선될 수 있음을 시사합니다. 현재 전 세계적으로 막대한 연구비가 뇌과학 분야에 투자되고 있는 만큼, 유전과 환경의 상호작용 메커니즘이 명확히 밝혀진다면 인류는 정신 질환이라는 거대한 장벽을 넘어서는 새로운 전기를 맞이하게 될 것입니다.

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[질문Q] 아이가 성장할 때 도움이 되는 뇌과학적 조언이 있을까?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 7강ㅣ착각하는 뇌(라야 한다)

우리가 세상을 바라볼 때 색을 인식하는 과정은 단순히 빛을 받아들이는 수동적인 행위가 아닙니다. 유명한 드레스 색깔 논쟁에서 알 수 있듯이, 인간의 뇌는 주변 조명 상태에 따라 색을 능동적으로 보정하고 해석합니다. 동일한 대상을 보고 있더라도 개인마다 조명의 밝기에 대한 기준이 다르기 때문에, 어떤 이에게는 흰색과 금색으로 보이는 드레스가 다른 이에게는 파란색과 검은색으로 보일 수 있습니다. 이는 인간의 인지 시스템이 외부 정보를 그대로 수용하기보다 자신의 기준에 맞춰 재구성하는 능동적인 존재임을 시사합니다. 청각 시스템 역시 매우 정교하고 민감하게 작동합니다. 우리 귀 안에는 소리를 감지하는 내유모세포와 그 민감도를 조절하는 외유모세포가 존재하는데, 이들의 상호작용에 문제가 생기면 외부 자극이 없어도 소리가 들리는 이명이 발생합니다. 특정 주파수를 담당하는 세포가 손상되면 뇌는 그 공백을 메우기 위해 주변 주파수의 활동을 강화하며, 이 과정에서 환상통과 유사한 원리로 소리를 만들어내기도 합니다. 따라서 이명은 단순한 착각이 아니라 뇌와 청각 세포가 생존을 위해 치열하게 반응한 결과라고 볼 수 있습니다. 시각 장애의 회복 가능성은 손상의 원인이 물리적 구조에 있는지 혹은 심리적 요인에 있는지에 따라 달라집니다. 눈의 망막 세포나 뇌로 이어지는 신경망 자체가 퇴행성으로 망가진 경우라면 현대 과학으로도 기적적인 회복을 기대하기 어렵습니다. 하지만 모든 신체적 구조가 정상임에도 불구하고 극심한 심리적 충격으로 인해 시각 정보 처리가 차단된 상태라면, 그 원인이 해소될 때 극적으로 시력을 되찾는 일이 가능할 수도 있습니다. 이는 우리 몸의 감각 기관이 뇌의 고차원적인 통제와 긴밀하게 연결되어 있음을 보여줍니다. 뇌의 발달은 청소년기를 지나 성인기에 접어드는 24세 무렵까지 지속적으로 이루어집니다. 특히 시각 시스템이 정상적으로 발달하기 위해서는 '결정적 시기'에 자연스러운 환경에 노출되는 것이 필수적입니다. 인공적인 구조물이나 제한된 정보만을 접하며 자란 경우에는 시각 지능이 제대로 형성되지 못한다는 연구 결과도 있습니다. 따라서 뇌 발달 단계에 맞지 않는 과도한 선행 학습이나 폐쇄적인 환경에서의 생활은 아이들의 뇌가 가진 잠재력을 충분히 발휘하는 데 걸림돌이 될 수 있으므로 주의가 필요합니다. 유체이탈과 같은 신비로운 현상도 뇌 과학의 관점에서는 감각 정보의 불일치를 해결하려는 뇌의 시도로 해석됩니다. 시각 정보와 청각 정보가 서로 다른 위치를 가리킬 때, 뇌는 이 모순을 해결하기 위해 의식이 몸 밖에 있다는 결론을 내리기도 합니다. 과학은 이처럼 설명하기 힘든 현상에 대해 가장 상식적이고 납득 가능한 가설부터 검토하는 '단순성의 원리'를 따릅니다. 보이지 않는 마음의 작용을 데이터와 논리로 풀어가는 과정은 우리가 세상을 더 객관적으로 이해할 수 있도록 돕는 중요한 이정표가 됩니다.

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[명강 리뷰] 착각하는 뇌(라야 한다) by 정수영ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 7강

우리의 뇌는 세상을 있는 그대로 복사하는 장치가 아닙니다. 감각 기관을 통해 들어오는 정보는 객관적인 실체가 아니라, 생존에 유리하도록 뇌가 내리는 능동적인 해석의 결과물입니다. 착시 현상은 이러한 뇌의 해석 과정을 극명하게 보여주는 사례로, 우리가 사물의 길이나 색상을 실제와 다르게 인지하는 것은 뇌가 주변 환경과 과거의 경험, 그리고 미래에 대한 기대를 바탕으로 정보를 재구성하기 때문입니다. 이러한 주관적이고 창조적인 재구성 과정은 우리가 복잡한 환경 속에서 효율적으로 살아남기 위해 진화시킨 고도의 인지 전략이라 할 수 있습니다. 시각 정보가 뇌로 전달되는 경로는 다른 감각에 비해 비교적 단순하지만, 그 시작점인 눈의 구조는 매우 정교합니다. 특히 망막의 중심부인 중심와는 최상의 시력을 보장하기 위해 다른 세포들이 비켜나 있는 독특한 구덩이 형태를 띠고 있습니다. 이곳에는 색상과 세밀한 디테일을 감지하는 추상체가 밀집되어 있어 우리가 사물을 또렷하게 볼 수 있게 해줍니다. 반면 망막 주변부의 간상체는 빛에 매우 민감하여 어두운 곳에서 사물의 형체를 파악하는 데 중요한 역할을 합니다. 이처럼 서로 다른 특성을 가진 광수용기들은 낮과 밤이라는 환경 변화에 맞춰 최적의 시각 경험을 제공합니다. 인간의 뇌에서 시각이 차지하는 비중은 놀라울 정도로 큽니다. 영장류의 대뇌 피질 중 약 50% 이상이 직간접적으로 시각 정보 처리에 관여하고 있는데, 이는 촉각이나 청각에 할당된 영역보다 훨씬 넓은 범위입니다. 이러한 압도적인 신경 자원 덕분에 우리는 시각 정보를 통해 강력한 임팩트를 받으며, 때로는 시각 정보가 청각과 같은 다른 감각 정보를 압도하여 인지를 왜곡시키는 '맥거크 효과'를 경험하기도 합니다. 뇌의 절반이 시각을 위해 존재한다는 사실은 우리가 세상을 이해하고 상호작용하는 데 있어 시각이 얼마나 결정적인 역할을 수행하는지를 잘 보여줍니다. 대뇌 피질의 넓은 영역에는 독립적인 시야 지도를 가진 30여 개의 시각 영역이 존재하며, 이들은 각기 다른 정보를 전문적으로 처리합니다. 사물의 형태, 색채, 움직임, 그리고 깊이감과 같은 정보들은 하나의 경로가 아닌 복수의 병행 처리 경로를 통해 동시에 분석됩니다. 예를 들어, 우리가 달리는 자동차를 볼 때 뇌의 한 부분은 자동차의 색을, 다른 부분은 그 형태를, 또 다른 부분은 움직이는 속도를 실시간으로 처리합니다. 이러한 분업화된 시스템은 방대한 시각 데이터를 빠르고 정확하게 처리하여 우리가 환경의 변화에 즉각적으로 대응할 수 있도록 돕습니다. 각기 다른 경로에서 처리된 파편화된 정보들이 어떻게 하나의 통합된 대상으로 인지되는지는 현대 신경과학의 거대한 수수께끼인 '결합 문제'로 남아 있습니다. 이를 설명하는 유력한 가설 중 하나는 '특질 통합 이론'으로, 우리가 특정 대상에 선택적 주의를 기울일 때 뇌의 마스터 지도가 흩어져 있는 색상, 형태, 위치 정보를 하나로 묶어준다는 것입니다. 즉, 우리가 사물을 온전한 하나로 인식하기 위해서는 단순한 감각 수용을 넘어 '주의'라는 고차원적인 인지 과정이 필수적입니다. 이처럼 지각은 감각 재료를 바탕으로 뇌가 완성해가는 정교한 예술 작품과도 같습니다.

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[질문Q] 치매를 미리 예방할 수 있을까?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 6강ㅣ영화로 만나는 뇌과학

기억의 메커니즘을 밝혀낸 에릭 칸델의 연구는 현대 뇌과학의 중요한 이정표가 되었습니다. 그는 기억을 증진시키거나 특정 호르몬을 강화하는 방식을 탐구했지만, 인간의 기억은 단순히 저장하는 것만큼이나 불필요한 정보를 삭제하는 과정이 매우 중요합니다. 진화론적으로 우리는 생존에 필요한 정보를 선택적으로 간직하도록 설계되었으나, 어떤 기억을 남기고 지울지를 인위적으로 조절하는 것은 여전히 불가능에 가까운 영역으로 남아 있습니다. 이러한 선택적 기억의 복잡성은 뇌가 가진 신비로움을 더해줍니다. 영화감독 크리스토퍼 놀란은 작품을 통해 고통스러운 과거의 기억과 그로 인한 인간의 심리를 깊이 있게 다룹니다. 그는 철저한 사전 조사를 바탕으로 정신분석학적 요소를 각본에 녹여내며, 기억을 조작하거나 심연 속에 묻어두려는 인간의 본능을 시각화합니다. 특히 상실의 상처를 안고 살아가는 주인공들이 기억을 감추거나 변형하려는 시도는 뇌과학적으로도 매우 흥미로운 주제입니다. 이는 기억이 단순한 기록이 아닌, 개인의 정체성과 감정에 밀접하게 연결된 유동적인 실체임을 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 알츠하이머병과 같은 퇴행성 질환은 뇌 내 아세틸콜린의 감소나 아밀로이드 단백질의 축적과 깊은 관련이 있습니다. 현재 기술로는 아밀로이드 단백질의 축적 여부를 영상으로 확인할 수 있지만, 이미 인지 기능 저하가 뚜렷하게 나타난 시점에는 뇌 손상이 상당히 진행된 경우가 많습니다. 따라서 50대 전후의 초기 단계에서 미세한 기억력 변화를 감지하고 유전적 요인을 분석하여 조기에 대응하는 것이 치료의 핵심입니다. 이는 뇌과학이 질병의 사후 처방을 넘어, 정밀한 진단을 통한 예방의 영역으로 나아가고 있음을 시사하는 중요한 대목입니다. 남성과 여성의 뇌는 감정을 조절하는 변연계의 활성화 방식에서 뚜렷한 차이를 보입니다. 여성은 아이의 울음소리와 같은 외부 자극에 변연계가 더욱 민감하게 반응하며, 좌우 뇌를 연결하는 뇌량이 상대적으로 두꺼워 양쪽 뇌를 통합적으로 사용하는 경향이 있습니다. 이러한 생물학적 차이는 오랜 진화 과정에서 형성된 삶의 방식과 양육 환경의 결과로 이해할 수 있습니다. 서로 다른 뇌의 특성을 과학적으로 이해하고 이를 바탕으로 서로를 보완하는 노력은 성별 차이를 넘어 더 건강하고 조화로운 사회적 공존을 이루는 소중한 밑거름이 됩니다. 전두엽은 우리 몸의 행동과 감정을 통제하는 일종의 '경찰' 역할을 수행하며 자아를 형성하는 핵심 부위입니다. 만약 전두엽이 손상되거나 기능에 이상이 생기면 평소 억눌려 있던 본능이 해방되어 성격이 급격히 변하거나 난폭해질 수 있습니다. 실제로 일부 범죄자나 예술가들에게서 발견되는 전두엽의 변화는 이 부위가 인간의 도덕성과 창의성에 얼마나 결정적인 영향을 미치는지 증명합니다. 결국 뇌의 특정 부위가 망가지는 것은 단순히 신체 기능의 상실을 넘어, 한 개인의 인격과 존재 자체가 근본적으로 변화할 수 있음을 의미하는 놀라운 사실입니다.

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[명강리뷰] 영화로 만나는 뇌과학 by 김종성ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 6강

뇌는 인간 존재의 정수이자 모든 활동의 근원입니다. 우리가 움직이고, 생각하며, 누군가를 미워하거나 슬퍼하는 감정의 소용돌이까지 모두 뇌라는 정교한 기관에서 비롯됩니다. 하지만 인류가 뇌의 중요성을 깊이 이해하기 시작한 것은 문명의 역사에 비하면 그리 오래되지 않았습니다. 뇌의 운동 중추는 우리 몸의 각 부위와 긴밀하게 연결되어 전기 신호를 주고받으며 근육의 움직임을 조절합니다. 이 경로가 손상되면 뇌졸중이나 마비와 같은 치명적인 질환이 발생하며, 이는 뇌가 우리 몸을 지휘하는 거대한 통제 센터임을 증명합니다. 우리가 의식하지 않아도 숨을 쉬고 심장이 뛰는 것은 뇌간이라는 작은 부위 덕분입니다. 불과 2~3cm에 불과한 이 영역은 호흡과 맥박, 동공의 크기 조절 등 생명 유지에 필수적인 자율 기능을 담당합니다. 만약 우리가 의식적으로 숨을 쉬어야 했다면 일상적인 대화나 고도의 사고 활동은 불가능했을 것입니다. 뇌간은 체내 화학 물질의 변화를 감지하여 스스로 명령을 내리고 우리 몸의 항상성을 유지합니다. 이처럼 뇌는 우리가 인지하지 못하는 순간에도 생존을 위한 가장 기초적이고도 중요한 임무를 묵묵히 수행하고 있습니다. 진화의 과정에서 포유류는 파충류의 뇌를 넘어 변연계라는 감정의 뇌를 발달시켰습니다. 이 영역은 공포를 느끼는 편도체와 기억을 담당하는 해마를 포함하며, 특히 종의 번식을 위한 모성애라는 특별한 감정을 만들어냈습니다. 알을 낳고 떠나는 파충류와 달리, 포유류는 새끼를 돌보고 양육하는 전략을 통해 생존율을 높였습니다. 이는 뇌의 대상회라는 부위가 활성화되면서 나타나는 본능적인 유대감입니다. 감정과 기억이 결합된 이 시스템은 단순한 생존을 넘어 인간이 복잡한 사회적 관계를 맺고 사랑을 나누는 심리적 토대가 되었습니다. 기억의 메커니즘에서 해마는 새로운 정보를 장기 기억으로 전환하는 결정적인 관문입니다. 과거 해마를 제거하는 수술을 받았던 환자 H.M.의 사례는 기억의 신비를 푸는 중요한 열쇠가 되었습니다. 그는 수술 이후 새로운 사건을 전혀 기억하지 못하는 상태가 되었지만, 수술 이전의 오래된 기억은 고스란히 간직하고 있었습니다. 이를 통해 과학자들은 단기 기억과 장기 기억이 뇌의 서로 다른 영역에서 처리된다는 사실을 발견했습니다. 기억은 단순한 과거의 기록이 아니라, 현재의 나를 정의하고 미래를 설계하게 하는 연속적인 자아의 흐름입니다. 인간을 다른 동물과 구별 짓는 가장 핵심적인 부위는 바로 전두엽입니다. 다른 영장류의 전두엽 비중이 10% 미만인 것에 비해 인간은 전체 뇌의 30% 이상을 전두엽에 할애합니다. 전두엽은 고도의 판단력, 논리적 사고, 그리고 사회적 도덕심을 관장하는 사령탑입니다. 과거에는 전두엽을 절제하는 무모한 시술이 행해지기도 했으나, 이는 인간의 고유한 인격과 판단력을 파괴하는 비극을 낳았습니다. 우리는 전두엽을 통해 사유하고 소통하며 공동체의 문제를 해결합니다. 타인과 공감하고 함께 고민하는 과정이야말로 인간만이 가진 위대한 뇌의 힘입니다.

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[과학책수다] 아내를 모자로 착각한 남자

올리버 색스의 저서 『아내를 모자로 착각한 남자』는 단순한 의학 보고서를 넘어 인간의 존엄성과 주체성을 깊이 있게 탐구한 문학적 수필에 가깝습니다. 신경학 전문의였던 저자는 환자들을 단순한 치료 대상이 아닌, 고유한 삶의 서사를 가진 인격체로 바라보며 그들의 임상 기록을 24개의 에피소드로 엮어냈습니다. 2015년 세상을 떠나기 직전까지도 삶에 대한 감사를 잊지 않았던 그의 시선은 뇌의 이상이 인간의 영혼에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 그 안에서 어떻게 인간다움을 유지하는지를 따뜻하게 조명합니다. 이 책은 과학적 지식 전달을 넘어 우리에게 인간이란 무엇인가라는 근본적인 질문을 던집니다. 책의 제목이기도 한 첫 번째 에피소드에서는 시각실인증을 앓는 P 선생의 사례를 소개합니다. 그는 사물의 부분적인 형태는 인식하지만 이를 종합하여 전체를 파악하는 데 어려움을 겪어, 아내의 머리를 모자로 착각해 집어 들려 하는 기이한 행동을 보입니다. 하지만 그는 선천적인 음악적 재능을 통해 이러한 인지적 결함을 극복하며 삶을 이어갑니다. 저자는 P 선생에게 음악이 생활의 중심을 넘어 전부가 되어야 한다는 처방을 내리며, 기계적인 판단이 배제된 인간의 뇌가 자칫 컴퓨터처럼 전락할 수 있음을 경고합니다. 이는 감정과 느낌이 인간의 정신 과정을 구성하는 핵심 요소임을 일깨워 줍니다. 제2부 '과잉'에서는 88세 할머니의 사례를 통해 '큐피드병'이라 불리는 신경 매독의 이면을 다룹니다. 수십 년간 잠복해 있던 매독균이 뇌를 자극하여 갑작스러운 활력과 즐거움을 선사한 이 사례는 질병이 오히려 삶의 활력소가 되는 역설적인 상황을 보여줍니다. 할머니는 병균은 제거하되 그로 인해 얻은 생동감은 잃고 싶지 않아 했고, 의학적 처방을 통해 그 균형을 찾아갑니다. 이는 뇌의 변화가 성격과 감정에 미치는 막대한 영향력을 시사하며, 질병을 단순히 제거해야 할 악으로만 볼 것인지 아니면 환자의 주관적인 행복과 연결해 이해할 것인지에 대한 철학적 고민을 안겨줍니다. 제3부 '이행'에서는 환각제 PCP 복용 후 살인을 저질렀으나 이를 전혀 기억하지 못했던 도널드의 이야기를 다룹니다. 그는 이후 교통사고로 인한 뇌 손상을 겪으며 잊혔던 살인의 기억이 선명하게 되살아나는 고통을 경험합니다. 관자엽의 비정상적인 흥분으로 인해 과거의 행위가 현재의 경험처럼 반복되는 현상은 뇌의 신비로움과 공포를 동시에 보여줍니다. 하지만 그는 항경련제 치료와 식물 기르기 같은 정서적 안정을 통해 점차 자아를 회복해 나갑니다. 이는 프로이트가 강조한 '노동과 사랑'이 마음의 병을 치유하는 궁극적인 열쇠임을 증명하며, 인간의 기억과 의식이 얼마나 복잡한 체계인지를 실감케 합니다. 마지막으로 자폐 스펙트럼 장애를 가진 예술가 호세의 사례는 장애에 대한 우리의 편견을 깨뜨립니다. 지능이 낮고 소통에 어려움을 겪는 자폐 스펙트럼 장애 환자라도 그들만의 독창적인 상상력과 풍부한 감정을 예술로 승화시킬 수 있음을 보여줍니다. 저자는 고립된 존재로 여겨지는 이들이 사회의 일원으로 존중받을 수 있는 가능성을 제시하며, 과학과 문학을 결합한 연금술사라는 평가에 걸맞게 인간 영혼의 회복력을 노래합니다. 결국 이 책은 뇌의 결핍을 겪는 이들을 통해 우리 모두가 가진 인간성의 가치를 재발견하게 하며, 타인을 이해하고 포용하는 동반자적 사회로 나아가는 따뜻한 위안과 영양분을 제공합니다.

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뇌인지과학

[명강리뷰] 자아 : 나를 의식하는 나 by 강웅구ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 5강

현상학은 인간의 주관성과 '주관적 자아감'을 학문적으로 정립하려는 시도에서 출발했습니다. 에드문트 후설에 의해 창시된 이 분야는 세계 속에 존재하는 자아를 성찰하고 그 본질을 규명하는 데 집중합니다. 이러한 성찰의 방법론은 단순히 내면을 들여다보는 것에 그치지 않고, 내가 마주하는 타인의 마음을 이해하는 도구로도 확장됩니다. 주관적인 체험을 객관적인 학문의 영역으로 끌어올림으로써, 우리는 환자의 내면 세계를 이해하고 치유하는 실질적인 방법론을 얻게 되었습니다. 현대 뇌과학은 우리가 의식적인 존재로서 모든 행동을 결정한다고 믿는 것과 달리, 뇌의 기본 동작 모드가 무의식임을 밝혀냈습니다. 지그문트 프로이트는 이러한 무의식의 세계를 과학적으로 탐구한 선구자였습니다. 그는 인간의 사소한 실수나 무심코 한 행위조차 우연이 아닌 심리적 결정론에 따른 결과라고 보았습니다. 당사자조차 인지하지 못하는 심리적 원인이 행동을 지배한다는 무의식의 개념은, 정신분석을 통해 증상의 정체를 확인하고 질병을 치료하는 근간이 되었습니다. 의식의 핵심 요소인 '감각질(Qualia)'은 개인이 현재 느끼는 체험의 전체를 의미하며, 이는 타인에게 온전히 전달될 수 없는 고유한 영역입니다. 행동주의 심리학은 이를 과학적 탐구의 대상으로 보지 않았으나, 현상학은 '상호주관성'을 통해 새로운 가능성을 제시합니다. 비록 개인이 느끼는 내면의 감각질은 서로 다를지라도, 동일한 대상에 대해 사회적으로 합의된 반응을 보인다면 이를 객관적인 탐구의 토대로 삼을 수 있다는 논리입니다. 이는 타인의 의식에 접근하는 유일하고도 중요한 통로가 됩니다. 의식은 항상 무언가를 향해 있다는 '지향성(Aboutness)'이라는 특징을 가집니다. 지각, 사고, 기억 등 모든 의식 활동은 반드시 대상을 포함하며, 이를 통해 우리는 외부 환경과 자아를 인식합니다. 흥미로운 점은 뇌의 다양한 모듈이 각기 다른 정보를 처리함에도 불구하고, 우리는 오직 하나의 통합된 자아만을 경험한다는 사실입니다. 이러한 파편화된 정보들을 하나의 덩어리로 묶어 '나'라는 전체성을 부여하는 역할은 역설적으로 의식이 아닌 무의식의 기능에 의해 수행됩니다. 진화론적 관점에서 의식은 생존을 위한 필수 기능이라기보다 고도의 정보 처리를 위한 선택적 옵션에 가까울 수 있습니다. 자동차의 계기판이 운전자에게 정보를 제공하듯, 의식은 복잡한 연산 결과의 일부를 보여주는 역할을 합니다. 하지만 뇌의 통합성이 깨지는 조현병이나 이인증 같은 사례는 의식이 얼마나 정교한 균형 위에 있는지를 보여줍니다. 자아의 소유권과 행위 주체성이 분리되는 현상을 연구하는 것은, 결국 인간 존재의 본질인 의식의 수수께끼를 풀어나가는 과정이라 할 수 있습니다.

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[명강리뷰] 뇌를 읽다, 그리고 마음을 읽다_뇌영상술과 정신질환 by 권준수ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 4강

인간의 뇌는 단단한 두개골 속에 보호받고 있어 살아있는 상태로 관찰하기가 매우 어렵습니다. 과거에는 사후 해부를 통해서만 뇌를 연구할 수 있었으나, 현대 과학은 뇌영상기술을 통해 살아있는 뇌의 구조와 기능을 실시간으로 들여다볼 수 있게 해주었습니다. 대표적으로 MRI는 뇌의 구조적 이상을 파악하는 데 쓰이며, fMRI는 혈류량 변화를 통해 특정 자극에 반응하는 뇌 부위를 찾아냅니다. 또한 PET은 포도당 대사를 측정하여 뇌가 에너지를 어떻게 사용하는지 시각적으로 보여줌으로써 뇌과학 발전에 결정적인 역할을 하고 있습니다. 우리의 뇌는 우리가 의식하지 못하는 순간에도 외부 자극을 끊임없이 처리합니다. 예를 들어, 33밀리초라는 아주 짧은 시간 동안 공포스러운 표정을 노출하면 사람은 이를 인지하지 못하지만, fMRI 촬영 결과 뇌의 편도체는 즉각적으로 활성화됩니다. 이는 인간의 감정 반응이 의식적인 판단보다 훨씬 빠르게 무의식 수준에서 일어날 수 있음을 시사합니다. 이러한 뇌영상기술은 인간의 무의식적인 심리 상태를 과학적으로 규명하는 데 큰 도움을 주며, 우리가 스스로 깨닫지 못하는 뇌의 복잡한 활동을 이해하는 열쇠가 됩니다. 뇌의 기능은 신경세포 사이의 간극인 시냅스를 통해 전달되는 신경전달물질에 의해 결정됩니다. 우리 뇌에는 200여 종의 물질이 존재하며, 각각 기억, 감정, 운동 등 다양한 역할을 수행합니다. 아세틸콜린은 인지 기능과 관련되어 치매 치료의 핵심이 되고, 도파민은 쾌락과 동기 부여를 담당하여 중독이나 파킨슨병과 밀접한 연관이 있습니다. 또한 '행복 호르몬'으로 알려진 세로토닌은 감정과 수면을 조절하며, 노르에피네프린은 응급 상황에서의 주의 집중력을 높여줍니다. 이러한 화학 물질들의 균형이 곧 우리의 정신 건강을 좌우합니다. 정신 질환은 특별한 사람만이 겪는 것이 아니라 누구나 경험할 수 있는 뇌의 생물학적 변화입니다. 역사적으로 반 고흐나 슈만 같은 위대한 예술가들도 양극성 장애나 우울증을 앓으며 창작 활동을 이어갔습니다. 특히 주요 우울 장애는 세로토닌이나 노르에피네프린 같은 신경전달물질의 양이 정상보다 감소했을 때 발생합니다. 뇌영상 촬영을 통해 우울증 환자의 뇌를 관찰하면 정상인에 비해 활성도가 현저히 낮아진 것을 확인할 수 있습니다. 다행히 약물 치료를 통해 이러한 뇌의 생물학적 환경을 개선하면 우울 증상을 효과적으로 완화할 수 있습니다. 조현병은 과거 정신분열병으로 불리던 질환으로, 환청이나 망상 같은 증상을 동반합니다. 이는 단순히 성격의 문제가 아니라 뇌 부위 간의 연결성에 문제가 생겨 발생하는 질환입니다. '조현'이라는 명칭은 현악기의 줄을 고르는 조율을 의미하는데, 이는 뇌의 신경망이 너무 느슨하거나 팽팽하지 않게 적절히 연결되어야 한다는 은유를 담고 있습니다. 뇌의 특정 부위가 과도하게 활성화되거나 해마의 구조적 변화가 생기는 등 생물학적 원인이 분명하므로, 사회적 편견을 버리고 적절한 치료와 조율을 통해 관리해 나가는 것이 무엇보다 중요합니다.

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[질문Q] 여러 가지 감각이 기억에 서로 도움을 줄 수 있을까?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강ㅣ기억 찾기

인간의 뇌는 외부 자극에 따라 시냅스의 연결 강도가 변하는 '시냅스 가소성'을 가지고 있습니다. 특히 특정 기능을 습득하기에 최적화된 '결정적 시기'가 존재하는데, 이는 언어 학습이나 시각 정보 처리 회로의 발달에서 뚜렷하게 나타납니다. 어린 시절 외국어를 더 빨리 배우거나, 영유아기 시각 자극이 시력 발달에 결정적인 영향을 미치는 것이 대표적인 사례입니다. 다만 이러한 동물 연구 결과를 인간의 조기 교육에 무분별하게 확대 해석하는 것은 경계해야 하며, 각 기능에 따른 정교한 접근이 필요합니다. 기억은 단순히 정보를 카메라처럼 찍어내는 과정이 아니라, 개인의 경험과 감정을 바탕으로 재구성되는 역동적인 과정입니다. 우리는 무언가를 외울 때 단순히 눈으로 보는 것보다 손으로 쓰거나 소리 내어 읽는 등 다양한 감각을 동원할 때 더 효율적으로 기억합니다. 이는 여러 경로를 통해 들어온 정보가 시냅스를 더욱 강력하게 결합시키고, 나중에 정보를 인출할 때 사용할 수 있는 풍부한 단서를 만들기 때문입니다. 공감각적 정보 처리는 기억을 더 오래 유지하고 효과적으로 불러오는 데 큰 도움을 줍니다. 인간의 뇌는 영장류 특유의 발달 과정을 거치며 시각 정보 처리에 전체 영역의 약 50%를 할애할 정도로 시각에 민감합니다. 기억 전문가들이 장소를 시각화하여 정보를 배치하는 '산책 기법'을 사용하는 것도 이러한 뇌의 특성을 활용한 것입니다. 흥미로운 점은 색상, 형태, 소리 등 서로 다른 영역에 분산되어 저장된 정보들이 어떻게 하나의 통합된 경험으로 인식되는가 하는 '결합 문제(Binding Problem)'입니다. 뇌가 이 파편화된 정보들을 어떻게 묶어내는지에 대해서는 여전히 현대 뇌과학이 풀어야 할 숙제로 남아 있습니다. 장기 기억이 형성되기 위해서는 시냅스의 구조적 변화를 뒷받침할 단백질 합성이 필수적입니다. 특정 단백질이 기억 그 자체를 저장하는 것은 아니지만, 시냅스를 강화하고 크기를 키우는 도구로서 역할을 합니다. 우리가 오렌지 주스나 할머니에 대한 기억을 떠올릴 때, 그 정보는 뇌의 한곳에 모여 있는 것이 아니라 형태, 색깔, 음성, 추억 등으로 쪼개져 뇌 전체의 시냅스 회로에 분산 저장됩니다. 회상이라는 과정은 이렇게 흩어진 시냅스 정보들을 다시 불러 모아 하나의 생생한 이미지로 조립하는 작업이라 할 수 있습니다. 기억의 본질은 물리적인 저장 공간에 기록된 데이터라기보다 뉴런들의 복잡한 연결망 그 자체에 가깝습니다. 특정 대상을 볼 때 뇌 속의 뉴런들이 활성화되는 현상은 과학적으로 설명 가능하지만, 그 물리적 신호가 어떻게 주관적인 '의식적 경험'으로 변환되는지는 여전히 신비의 영역입니다. 이를 철학적으로는 '퀄리아'라고 부르며, 뇌과학과 철학이 만나는 지점이기도 합니다. 뇌는 단순한 저장 매체를 넘어 연결 상태를 통해 기억을 규정하며, 이러한 복합적인 상호작용이 인간의 인지 능력을 형성합니다.

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[명강리뷰] 기억 찾기_ ‘기억’을 찾아서 by 강봉균ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강

학습은 외부 정보를 습득하는 과정이며, 기억은 이를 저장하고 필요할 때 꺼내 쓰는 과정입니다. 우리 뇌는 기본적으로 전기와 화학의 기관으로, 특정 부위를 자극하면 독특한 인지 기능을 경험할 수 있습니다. 뇌는 컴퓨터처럼 정보를 한곳에 모아 저장하지 않고, 정보가 처리되는 여러 영역에 분산하여 저장한다는 특징이 있습니다. 1,000억 개의 뉴런이 만들어내는 전기 신호와 화학 물질의 상호작용은 우리의 생각과 감정에 따라 매 순간 다른 신호를 만들어내며, 이러한 복잡한 활동이 모여 인간의 고차원적인 정신세계를 구성하게 됩니다. 뉴런과 뉴런이 만나는 연결 부위인 시냅스는 기억의 핵심적인 장소입니다. 이곳에서는 글루탐산과 같은 신경전달물질이 분비되어 정보를 전달하며, 학습에 따라 시냅스의 크기가 커지거나 연결이 강화되는 '시냅스 가소성'이 일어납니다. 특히 정보 처리가 반복될 때 시냅스의 효율이 비약적으로 높아지는 '장기 강화(LTP)' 현상은 기억이 형성되는 분자적 기초가 됩니다. 마치 근육을 단련하듯 뇌의 특정 회로를 자주 사용할수록 시냅스는 더욱 두툼해지고 발달하며, 이러한 역동적인 변화가 모여 우리의 지식과 경험을 구성하게 됩니다. 기억은 크게 말로 표현할 수 있는 서술 기억과 몸으로 익히는 비서술 기억으로 나뉩니다. 해마는 새로운 사실이나 사건을 기억하는 서술 기억에 결정적인 역할을 하며, 이곳이 손상되면 과거의 기억은 유지되더라도 새로운 정보를 저장하지 못하는 장애가 발생합니다. 반면 악기 연주나 운동 기술 같은 비서술 기억은 소뇌나 기저핵 등 다른 부위에서 담당하기 때문에 의식적인 기억이 없더라도 반복을 통해 습득될 수 있습니다. 이처럼 우리 뇌는 다양한 종류의 기억을 서로 다른 영역에서 정교하게 관리하며 인간의 복합적인 인지 활동을 가능하게 합니다. 단기 기억이 장기 기억으로 전환되기 위해서는 '공고화 과정'이라는 단단하게 굳어지는 단계가 필수적입니다. 이 과정에서 해마에 잠시 머물던 정보는 신피질로 이동하여 영구적으로 저장되는데, 이때 해마와 신피질 사이의 활발한 의사소통은 주로 수면 중에 이루어집니다. 낮 동안 습득한 방대한 정보들을 정리하고 금고에 보관하듯 정교하게 분류하는 작업이 우리가 잠든 사이에 진행되는 것입니다. 따라서 충분한 숙면은 단순히 휴식을 넘어, 학습한 내용을 뇌에 온전히 정착시키고 기억의 유효 기간을 늘리는 데 있어 무엇보다 중요한 역할을 수행합니다. 시냅스의 연결 패턴은 개개인의 성격과 자아를 결정짓는 본질적인 요소입니다. 천 조 개에 달하는 시냅스의 미세한 차이가 각자의 사고방식과 행동 양식을 만들어내기에, '당신은 당신의 시냅스'라는 말은 과언이 아닙니다. 하지만 노화나 질병으로 인해 뇌 속에 노폐물이 쌓이면 시냅스 가소성에 문제가 생기고, 이는 기억의 상실과 자아의 해체로 이어지는 치매와 같은 질환을 유발합니다. 기억은 과거와 미래를 잇는 다리이자 현재의 나를 증명하는 수단이므로, 뇌 과학은 결국 인간의 정체성을 지키고 삶의 연속성을 유지하기 위한 숭고한 탐구라고 할 수 있습니다.

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[명강 리뷰] 인간의 뇌는 과연 특별한가? by 김경진ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강

인간의 뇌가 가진 특별함은 무엇일까요? 진화적으로 가장 가까운 침팬지와 인간은 약 600만 년 전 공통 조상에서 갈라져 나왔지만, 두 존재의 뇌는 확연히 다른 길을 걸어왔습니다. 발생생물학부터 신경생물학까지 다양한 학문적 관점에서 '무엇이 우리를 인간으로 만드는가'라는 질문은 여전히 핵심적인 화두입니다. 우리는 뇌의 구조와 유전적 증거를 통해 인간만이 가진 독창성을 탐구하며, 생물학적 진화가 빚어낸 경이로운 결과물을 이해하고자 노력하고 있습니다. 뇌를 설명하는 가장 중요한 원리 중 하나는 '시냅스 가소성'입니다. 이는 신경세포가 동시에 활성화될 때 그 연결이 강화된다는 원리로, 학습과 기억의 근본적인 메커니즘을 설명해 줍니다. 외부 자극이 말초 감각 기관을 통해 뇌로 전달되면, 뇌는 이를 바탕으로 의식적인 행동을 결정합니다. 하지만 우리가 인지하지 못하는 잠재의식 또한 빙산의 일각처럼 거대한 영역을 차지하며 우리의 행동을 제어하고 있습니다. 의식과 잠재의식의 경계를 이해하는 것은 현대 뇌과학의 큰 숙제 중 하나입니다. 성인 인간의 뇌는 약 1.4kg의 무게로 체중의 2% 남짓을 차지하지만, 전체 에너지의 20%를 사용하는 '에너지 먹보'입니다. 약 천억 개의 신경세포가 수백조 개의 시냅스를 통해 복잡한 네트워크를 형성하고 있으며, 이는 흔히 '소우주'라 불릴 만큼 방대합니다. 또한 좌뇌는 논리와 분석을, 우뇌는 감성과 창의력을 담당하는 비대칭적 구조를 통해 효율적인 기능 특수화를 이루고 있습니다. 이러한 생물학적 특징들은 인간의 뇌가 고도의 지적 활동을 수행할 수 있는 기반이 됩니다. 흔히 뇌를 완벽한 설계물로 생각하기 쉽지만, 진화론적 관점에서 뇌는 클루지(Kluge)의 결과물에 가깝습니다. 뇌는 과거의 부품 위에 새로운 부품을 덧씌우는 방식으로 진화해 왔으며, 이는 파충류의 뇌인 뇌간 위에 포유류의 변연계와 영장류의 신피질이 층층이 쌓인 구조에서 잘 나타납니다. 인간의 신경세포는 초파리나 꼬마선충의 것과 기능적으로 큰 차이가 없으며, 정보 처리 속도 또한 인공지능에 비해 현저히 느립니다. 즉, 뇌는 정밀한 설계보다는 생존을 위한 최선의 클루지가 모인 집합체인 셈입니다. 현대 뇌과학은 뇌의 지도를 그리는 '커넥토믹스'를 통해 마음의 실체를 규명하려 합니다. 뇌의 구조와 유전자 발현을 통합적으로 분석하고, 나노 스케일의 정밀한 지도를 구축함으로써 인간의 본질에 다가가고 있습니다. '나는 누구인가'라는 존재론적 질문에 대해 뇌과학은 '나는 나의 커넥톰(Connectome)이다'라는 흥미로운 답변을 제시합니다. 복잡하게 얽힌 신경망의 연결 상태가 곧 우리의 마음과 정체성을 형성한다는 이 관점은, 미래 사회의 신경 윤리학적 논의와 함께 인류의 자아 인식을 새롭게 확장하고 있습니다.

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[명강리뷰] 뇌: 신비한 세계로의 초대 by 신희섭ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강

뇌의 기원을 이해하려면 진화라는 창을 통해 생명체를 바라봐야 합니다. 단세포 생물은 신경 없이도 생존에 문제가 없지만, 다세포 생물로 진화하며 세포 간 정보 공유가 필수적이 되었습니다. 진화는 생명체가 왜 어떤 것은 뇌가 있고 어떤 것은 없는지, 그리고 복잡한 구조를 갖게 된 원리가 무엇인지 설명해 주는 유일한 도구입니다. 이러한 관점은 살아있는 생명체를 깊이 있게 들여다볼 수 있는 유리창과 같습니다. 초기 신경계는 해파리처럼 전신을 동시에 수축시키기 위한 '동기화' 목적으로 등장했습니다. 이후 편형동물 단계에서 좌우와 앞뒤라는 신체 축이 생기며 이동이 입체적으로 변했고, 이에 따라 복잡해진 정보를 처리할 신경절이 형성되었습니다. 이는 단순한 1차원적 반응이 3차원적 계산으로 진화했음을 의미하며, 이동을 위한 거대한 계산기가 필요해졌음을 시사합니다. 뇌의 핵심 기능이 '이동'에 있다는 사실은 멍게의 생애 주기에서 잘 드러납니다. 헤엄치는 유충 시절에는 올챙이와 비슷한 형태를 띠며 뚜렷한 뇌를 가졌던 멍게가 바위에 붙어 정착 생활을 시작하면 뇌를 스스로 퇴화시켜 없애버립니다. 이는 뇌가 환경 정보를 분석해 최적의 이동을 결정하기 위해 존재하며, 더 이상 이동이 필요 없는 생명체에게는 뇌가 불필요한 자원임을 보여주는 증거입니다. 파충류 단계에 들어서면 대뇌 피질과 감정을 조절하는 편도체가 발달하기 시작합니다. 이때 나타나는 '정동(Emotion)'은 우리가 인지하는 감정과는 다른 생리적 반응으로, 위험 상황에서 즉각적으로 심박수와 혈압을 높여 생존 확률을 극대화합니다. 뇌는 논리적 판단 이전에 몸의 상태를 급격히 변화시킴으로써 개체를 보호하는 역할을 수행하며, 이는 생존을 위한 필수적인 진화적 장치라고 할 수 있습니다. 뇌의 진화는 개체를 이동하게 만드는 강력한 동기인 보상 회로를 탄생시켰습니다. 이러한 보상 회로는 번식과 탐구의 원동력이 되지만, 때로는 통제를 벗어나 중독에 빠지게 하기도 합니다. 또한, 타인의 고통을 자신의 것처럼 느끼는 공감 능력의 발달은 뇌가 단순한 생존 기계를 넘어 사회적 연결을 지향하는 고도의 복잡성을 갖추게 되었음을 증명하며 생명체 간의 깊은 유대를 가능하게 합니다.

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[인터뷰] 신지혜_ 은하연구자가 가상우주를 만드는 이유 | 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA'

우주는 대부분 검고 텅 비어 있지만, 그 속의 밝고 아름다운 천체들은 우리에게 깊은 평온함을 줍니다. 어린 시절 느꼈던 우주의 안락함은 학문적 탐구로 이어졌고, 이제는 인간이 가진 근원적인 철학적 질문들에 과학이라는 도구로 답하는 과정에서 큰 매력을 느낍니다. 우주의 조화로움 속에서 그 근원을 찾아가는 여정은 단순한 지식 습득을 넘어 인류의 정체성을 확인하는 과정이기도 합니다. 과학은 차가운 수식의 나열이 아니라, 우리가 어디에서 왔는지에 대한 따뜻한 대답이 되어줍니다. 천문학 연구에 있어 보편적인 경향을 따르는 은하들보다 데이터상에서 외따로 떨어져 있는 은하들에 더 큰 애착을 느낍니다. 별이 생성되기 어려운 환경임에도 불구하고 별이 태어나는 은하처럼, 상식을 벗어난 존재들은 그 이면에 수많은 비밀을 감추고 있기 때문입니다. 이러한 예외적인 사례들을 분석하고 이해하려는 노력은 우주의 복잡한 메커니즘을 파악하는 중요한 열쇠가 됩니다. 통계적 수치 너머에 숨겨진 은하의 개별적인 사연을 읽어내는 일은 연구자에게 큰 즐거움을 선사합니다. 실제 은하를 관측하는 것은 특정 시점의 단편적인 정보만을 제공하지만, 수치 시뮬레이션은 시공간의 제약을 뛰어넘게 해줍니다. 가상 우주에 가설을 설정하고 이를 관측 결과와 비교하며 유효성을 검증하는 과정은 은하의 생성과 진화라는 거대한 역사를 재구성하는 작업입니다. 정립된 물리 법칙을 적용하여 인과관계를 파악하고 모형을 세밀하게 분석함으로써, 우리는 수십억 년에 걸친 우주의 변화 과정을 한눈에 조망하고 그 원리를 깊이 있게 이해할 수 있습니다. 연구의 긴장감 속에서 차를 마시는 행위는 온전한 휴식과 사유의 시간을 제공합니다. 특히 다기를 준비하고 차를 우려내는 일련의 과정은 복잡한 일상에서 벗어나 자신만의 시공간을 소유하는 특별한 경험이 됩니다. 최근에는 아홉 살 아이와 함께 차를 마시며 하루의 이야기를 나누는 시간이 더해져, 혼자만의 고요함 대신 소중한 사람과의 유대감이 그 자리를 채우고 있습니다. 이러한 일상의 조화는 우주를 연구하는 이성적인 태도와 삶을 대하는 감성적인 태도 사이의 균형을 잡아주는 중요한 역할을 합니다. 칼 세이건의 '코스모스'와 앤 드루얀의 후속작은 우주와 인류의 관계를 깊이 있게 성찰하게 하는 훌륭한 길잡이입니다. 특히 과학적 사실에 풍부한 상상력과 문장력을 더한 저작들은 우주가 단순한 공간이 아닌 끝없는 질문의 대상임을 일깨워줍니다. 미세한 밀도 요동에서 시작해 우주 거대 구조가 형성되기까지의 과정을 연구하는 것은 결국 우리 존재의 근원을 묻는 일과 맞닿아 있습니다. 세계적인 규모의 수치 시뮬레이션을 통해 우주의 신비를 밝히려는 노력은 앞으로도 인류의 지적 지평을 넓혀갈 것입니다.

신지혜

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

천문학

[석학인터뷰] 박진희_ 과학자가 아니어도 과학에 참여할 수 있을까?

1980년대 중반부터 시작된 우리나라의 과학 대중화 운동은 단순한 지식 전달을 넘어 사회 전반의 인식을 바꾸는 중요한 전환점이 되었습니다. 초기에는 과학기술의 중요성을 알리는 계몽적인 성격이 강했지만, 시간이 흐르며 대중이 과학을 하나의 문화로서 즐기고 향유할 수 있는 토대가 마련되었습니다. 이러한 변화는 과학이 전문가들만의 전유물이 아니라, 우리 삶의 질을 높이고 국가 경쟁력을 확보하는 필수적인 요소라는 공감대를 형성하는 데 기여했습니다. 1993년 개최된 대전 엑스포는 한국 과학기술 역사에서 상징적인 사건으로 기록됩니다. 이 행사를 기점으로 과학은 연구소의 담장을 넘어 일반 시민들의 일상 속으로 깊숙이 들어오게 되었습니다. 수많은 어린이가 과학자의 꿈을 키웠고, 성인들은 과학이 가져올 미래 사회의 청사진을 직접 목격하며 과학기술 발전에 대한 자부심을 느꼈습니다. 이는 과학기술 중심 사회로 나아가는 데 있어 국민적 에너지를 결집하는 결정적인 계기가 되었습니다. 현대 사회에서 과학 대중화의 개념은 일방적인 교육에서 쌍방향 소통으로 진화하고 있습니다. 과거에는 지식을 가진 자가 그렇지 못한 자에게 가르침을 주는 방식이었다면, 이제는 시민들이 과학적 이슈에 참여하고 자신의 의견을 개진하는 '과학 커뮤니케이션'의 시대가 열린 것입니다. 이러한 변화는 과학적 합리성이 사회적 의사결정의 기초가 되는 성숙한 민주주의 사회를 만드는 데 핵심적인 역할을 수행하며, 대중의 과학적 문해력을 높이는 결과로 이어집니다. 과학자들의 사회적 역할 또한 과거와는 확연히 달라졌습니다. 이제 연구자들은 실험실 안에서의 성과에만 머무르지 않고, 자신의 연구가 사회에 미치는 영향을 설명하며 대중과 끊임없이 소통해야 합니다. 과학적 사실을 바탕으로 사회적 갈등을 조정하고 합리적인 대안을 제시하는 과정에서 과학자의 목소리는 더욱 중요해지고 있습니다. 대중과의 신뢰 관계 구축은 과학기술 정책에 대한 지지를 이끌어내고, 지속 가능한 연구 환경을 조성하는 밑거름이 됩니다. 궁극적으로 과학 문화의 확산은 우리 사회의 사고방식을 더욱 유연하고 논리적으로 변화시키는 힘을 가지고 있습니다. 과학은 단순히 어려운 공식이나 이론이 아니라, 현상을 관찰하고 질문을 던지며 해답을 찾아가는 과정 그 자체이기 때문입니다. 모든 시민이 과학적 사고를 생활화할 때, 우리는 직면한 복잡한 문제들을 보다 객관적으로 바라보고 해결할 수 있는 능력을 갖추게 됩니다. 이것이 바로 우리가 끊임없이 과학을 이야기하고 문화로서 정착시켜야 하는 진정한 이유입니다.

박진희

카오스재단석학인터뷰

융합

[과학책수다] 에덴의 용 2부

뇌의 진화는 과거의 흔적을 지우는 것이 아니라, 기존의 구조 위에 새로운 기능을 덧씌우는 방식으로 진행되었습니다. 인간의 뇌에는 어류나 양서류 시절부터 이어진 척수와 파충류의 본능을 담은 R-복합체, 그리고 감정을 담당하는 변연계가 여전히 자리 잡고 있습니다. 그 위에 영장류와 인간을 구분 짓는 신피질이 추가되면서 우리는 고도의 지적 능력을 갖추게 되었습니다. 이러한 적층식 구조는 우리가 왜 때때로 이성보다 본능적인 충동에 휩싸이는지를 잘 보여주는 진화의 증거입니다. 칼 세이건은 에덴동산의 이야기를 인류 진화의 과정을 설명하는 강력한 은유로 사용합니다. 지혜의 열매를 먹고 선악을 알게 된 대가로 고통을 겪게 되었다는 신화적 서사는, 급격한 두개골의 팽창과 그에 따른 출산의 고통이라는 생물학적 변화와 맞닿아 있습니다. 뇌가 커지면서 인간의 골반 구조 역시 대대적인 변화를 겪어야 했으며, 이는 자연선택이 인간의 신체와 행동 양식을 어떻게 조형해 왔는지를 보여주는 상징적인 사례라고 할 수 있습니다. 인간만이 고차원적인 지적 능력을 갖췄다는 오만은 침팬지와의 비교 연구를 통해 여지없이 깨집니다. 과거에는 침팬지가 언어를 구사하지 못하는 이유를 지능의 한계로 보았으나, 실제로는 발성 구조의 해부학적 차이 때문임이 밝혀졌습니다. 수어를 배운 침팬지들이 '물'과 '새'를 조합해 '물새'라는 새로운 단어를 만들어내는 창의성을 보여준 사례는 놀랍습니다. 이는 추상적 사고와 의식이 인간만의 전유물이 아님을 시사하며, 생명체에 대한 우리의 윤리적 태도를 재고하게 만듭니다. 우리가 느끼는 근원적인 공포 역시 진화의 산물입니다. 높은 곳에서 떨어지는 꿈, 뱀에 대한 혐오, 어둠에 대한 두려움은 나무 위에서 생활하며 포식자를 피해야 했던 조상들의 생존 본능이 뇌 속에 각인된 결과입니다. 흥미롭게도 이러한 공포는 문화권에 따라 용이라는 신화적 존재로 형상화되었습니다. 서양에서는 퇴치해야 할 악의 상징으로, 동양에서는 자연의 질서와 권위를 상징하는 영물로 묘사되는 용의 모습은 인류가 자연을 바라보는 시각의 차이를 투영합니다. 인간의 창의성은 좌반구의 이성적 논리와 우반구의 직관적 통찰이 협력할 때 비로소 빛을 발합니다. 뇌량과 전교련이라는 연결 통로를 통해 두 반구는 끊임없이 정보를 교환하며 법과 윤리, 예술과 과학이라는 거대한 문명을 일구어냈습니다. 결국 인류의 미래는 뇌의 각 부분이 조화를 이루듯, 인문학과 과학이 소통하고 통섭하는 과정에 달려 있습니다. 칼 세이건이 강조한 것처럼 우리 내면의 구조를 깊이 이해하는 것이야말로 진정한 인간다움을 실현하는 길입니다.

국립과천과학관과학책📚수다

생명과학
뇌인지과학

[과학책수다] 에덴의 용 1부

칼 세이건은 흔히 천체물리학자로 알려져 있지만, 그의 저서 '에덴의 용'은 인류의 뇌가 진화해 온 과정을 다룬 본격적인 뇌과학서입니다. 1978년 퓰리처상을 수상한 이 책은 신화와 성경의 이야기를 빌려 인류의 지성이 어떻게 형성되었는지 흥미롭게 풀어냅니다. 저자는 우주 탐사 계획에 참여하며 쌓은 방대한 지식을 바탕으로, 인간의 뇌를 단순한 생물학적 기관이 아닌 우주적 역사의 산물로 바라봅니다. 이는 독자들에게 인간 존재에 대한 새로운 시각을 제공하며 과학 대중화의 정수를 보여줍니다. 책의 핵심 개념 중 하나인 '우주력'은 150억 년의 우주 역사를 1년으로 압축하여 설명합니다. 이 달력에 따르면 우주가 탄생한 날이 1월 1일일 때, 인류는 12월 31일 밤 10시 반이 되어서야 비로소 등장합니다. 이러한 비유는 광활한 우주 시간 속에서 인류가 차지하는 비중이 얼마나 찰나에 불과한지를 극명하게 보여줍니다. 동시에 짧은 시간 동안 문명을 꽃피운 인류의 분별력과 책임감이 얼마나 중요한지를 역설하며, 우리가 발을 딛고 있는 지구라는 '창백한 푸른 점'의 소중함을 일깨워줍니다. 인류의 진화 과정에서 돌연변이는 필수적인 역할을 해왔습니다. 대부분의 돌연변이는 생존에 해롭거나 열성으로 나타나지만, 아주 드물게 환경에 더 잘 적응하는 변화가 축적되면서 진화가 이루어집니다. 특히 뇌의 진화는 단순히 무게가 늘어나는 것을 넘어 뇌 무게 비율이 높아지는 방향으로 전개되었습니다. 파충류에서 포유류로, 그리고 영장류에서 인간으로 이어지는 두 번의 거대한 도약은 인류가 고도의 지능을 갖추게 된 결정적인 계기가 되었으며, 이는 생존을 위한 자연과의 치열한 흥정 결과라 할 수 있습니다. 뇌는 고정된 기관이 아니라 환경과 학습에 따라 끊임없이 변화하는 '뇌 가소성'을 지니고 있습니다. 쥐를 대상으로 한 실험에서 풍요로운 환경에서 자란 집단이 단조로운 환경의 집단보다 대뇌 피질이 더 두껍고 화학적으로 발달했다는 사실은 지적 경험이 생리학적 변화를 수반함을 증명합니다. 이는 지능이 유전적으로 결정된 한계에 머무는 것이 아니라, 후천적인 노력과 학습을 통해 충분히 발달할 수 있음을 시사합니다. 따라서 뇌 가소성은 성장이 멈춘 성인이나 학습에 어려움을 겪는 아이들 모두에게 희망적인 과학적 근거를 제시합니다. 인간의 뇌가 보유한 정보량과 시냅스 결합의 경우의 수는 우주 전체의 양성자 수보다 많을 정도로 방대합니다. 한 사람의 뇌 안에서 일어나는 복잡한 상호작용은 그 존재를 우주에서 유일무이한 존재로 만듭니다. 저자는 이를 컴퓨터 저장 용량과 비교하며 인류 지능 진화의 경이로움을 설명합니다. 무한에 가까운 정보를 처리하고 저장하려는 인류의 열망은 현대의 검색 엔진인 구글의 어원이 된 '구골'이라는 숫자 개념과도 맞닿아 있습니다. 결국 지식은 인류의 운명을 결정짓는 가장 강력한 도구이자 우리가 지켜나가야 할 소중한 유산입니다.

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생명과학
뇌인지과학

[석학인터뷰] 홍성욱_ 인공지능이 인간지능을 아직 따라가기 힘든 이유

포스트휴머니즘은 단순한 철학적 사조를 넘어 세상을 온몸으로 끌어안는 새로운 감수성이라 할 수 있습니다. 이는 머리로만 이해하는 지식의 틀에서 벗어나, 타자와 내가 맺고 있는 수많은 관계를 입체적으로 바라보는 방식입니다. 기존의 휴머니즘이 인간중심주의와 개인주의의 틀에 매몰되어 있었다면, 포스트휴머니즘은 그 이후의 세계를 고민하며 인간을 둘러싼 환경과의 연결성을 강조합니다. 이러한 시각의 변화는 우리가 세상을 만지고 이해하며 포용하는 근본적인 태도를 변화시킬 것입니다. 인공지능의 비약적인 발전에도 불구하고, 인간의 능력을 완전히 초월하는 초지능의 도래에 대해서는 신중한 접근이 필요합니다. 인공지능이 체스나 바둑에서 뛰어난 성과를 보인다고 해서 인간과 유사한 방식으로 사고하고 판단하는 존재라고 보기는 어렵기 때문입니다. 기계가 정보를 처리하는 방식은 인간의 다차원적인 지능과는 근본적으로 다르며, 이러한 차이를 명확히 인지하는 것이 중요합니다. 기술이 가진 한계를 이해할 때 우리는 비로소 인공지능과 공존하는 올바른 방향을 설정하고 불필요한 공포에서 벗어날 수 있습니다. 가이아 이론은 지구를 단순한 자원의 보고가 아닌, 하나의 거대한 유기적 시스템으로 바라볼 것을 제안합니다. 과거에는 지구가 인간의 행위와 상관없이 무한히 재생되는 존재라고 믿었으나, 현재 우리가 직면한 생태적 위기는 그러한 믿음이 한계에 도달했음을 보여줍니다. 과학적 사실이나 진리라고 믿어왔던 좁은 틀에서 벗어나 세계를 바라보는 방식 자체를 근본적으로 전환해야 할 시점입니다. 가이아 이론은 우리가 발 딛고 선 지구를 인간중심주의적 시각이 아닌 생태적 관점에서 재정의하고 위기 극복을 위한 새로운 지평을 열어줍니다. 기후 위기에 대응하기 위해 우리가 일상에서 실천할 수 있는 가장 효과적인 방법 중 하나는 육류 섭취를 줄이는 것입니다. 흔히 자동차 이용을 줄이거나 난방비를 아끼는 것만을 떠올리기 쉽지만, 가축을 사육하고 사료를 재배하는 과정에서 발생하는 온실가스의 양은 상상을 초월할 정도로 막대합니다. 육식을 위해 산의 나무를 깎아내고 농작물을 키우는 일련의 과정은 지구 환경에 심각한 부담을 줍니다. 거창한 구호보다 식습관의 작은 변화가 환경 보호를 위한 가장 실질적이고 강력한 대응책이 될 수 있음을 우리 모두가 인지해야 합니다. 코로나19 팬데믹은 인간과 비인간 행위자 사이의 복잡한 관계를 극명하게 보여주었습니다. 바이러스라는 비인간 행위자가 인간 사이의 물리적 관계를 단절시켰지만, 동시에 마스크나 정보통신기술 같은 또 다른 비인간 행위자들이 그 관계를 새로운 방식으로 이어주었습니다. 이는 우리 사회가 오직 인간들만의 힘으로 유지되는 것이 아니라, 수많은 비인간 행위자들과의 상호작용 속에서 지탱되고 있음을 시사합니다. 포스트휴머니즘적 관점에서 이러한 관계망을 깊이 있게 이해하는 것은 급변하는 미래 사회를 설계하고 유지하는 데 있어 핵심적인 열쇠가 될 것입니다.

홍성욱

카오스재단석학인터뷰

융합

[강연] 무한에서 시작하는 수수께끼 _ by한상근｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 9강

우리는 세상을 살아가며 수많은 질문을 던집니다. 그중에서도 '도대체'라는 말로 시작하는 물음은 사물의 본질과 근원을 꿰뚫으려는 강렬한 지적 욕구를 담고 있습니다. 과학은 바로 이러한 근원적인 호기심에서 출발했습니다. 눈앞에 보이는 현상 너머에 숨겨진 원리를 찾고자 하는 노력은 인류 문명을 발전시킨 핵심 동력이 되었습니다. 우리는 이 질문을 통해 익숙한 세상을 낯설게 바라보고, 그 안에서 새로운 질서를 발견하는 즐거움을 누리게 됩니다. 질문은 멈추지 않는 탐구의 시작입니다. 고대 철학자들부터 현대의 과학자들에 이르기까지, 인류는 우주와 생명의 신비를 풀기 위해 끊임없이 탐구해 왔습니다. 밤하늘의 별을 보며 우주의 크기를 가늠하고, 아주 작은 원자의 세계를 들여다보며 물질의 구성을 이해하려 노력했습니다. 이러한 탐구 과정은 때로는 좌절을 안겨주기도 하지만, 미지의 영역을 하나씩 밝혀낼 때마다 인류의 지평은 넓어집니다. 과학적 사고는 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어 세상을 객관적으로 바라보는 눈을 길러주며, 우리를 더 넓은 세계로 안내하는 나침반 역할을 합니다. 현대 과학은 그 범위가 매우 넓고 깊어져서 한 개인이 모든 분야를 완벽히 이해하기란 불가능에 가깝습니다. 물리학, 화학, 생물학 등 각 분야는 고도로 전문화되었으며, 최첨단 기술과 결합하여 매일 새로운 발견을 쏟아내고 있습니다. 하지만 이러한 전문화 속에서도 변하지 않는 가치는 바로 '질문하는 힘'입니다. 복잡한 수식과 실험 데이터 속에서도 우리가 진정으로 알고자 하는 것이 무엇인지 잊지 않는 태도가 현대 과학의 복잡성을 이겨내는 열쇠가 됩니다. 본질을 꿰뚫는 질문은 복잡함 속에서 길을 잃지 않게 도와줍니다. 최근의 과학적 성과들은 여러 학문 분야가 서로 경계를 허물고 협력할 때 더욱 빛을 발합니다. 뇌과학과 인공지능, 생명공학과 윤리학의 만남처럼 서로 다른 시각이 교차하는 지점에서 혁신적인 아이디어가 탄생합니다. 이러한 융합적 사고는 우리가 직면한 복잡한 사회 문제를 해결하는 데에도 필수적입니다. 과학은 고립된 섬이 아니라, 인문학적 성찰과 예술적 상상력이 함께 어우러질 때 비로소 인간을 위한 진정한 가치를 창출할 수 있습니다. 다양한 학문의 만남은 새로운 가능성의 문을 여는 열쇠가 됩니다. 대중과 과학이 소통하는 장은 과학의 대중화를 위해 매우 중요합니다. 전문가들만의 전유물로 여겨졌던 과학 지식이 강연과 매체를 통해 공유되면서, 많은 이들이 과학적 즐거움을 함께 나누고 있습니다. 과학 강연은 단순히 지식을 전달하는 자리가 아니라, 함께 고민하고 질문하며 사고의 폭을 넓히는 축제의 장입니다. 이러한 소통을 통해 과학은 우리 일상 속으로 깊숙이 들어오며, 합리적인 사회를 만드는 밑거름이 되어줍니다. 지식의 공유는 우리 모두를 지적으로 성장하게 만드는 소중한 기회입니다. 우리가 아직 알지 못하는 미지의 영역은 여전히 광활합니다. 암흑 물질의 정체나 생명의 기원, 의식의 본질과 같은 난제들은 여전히 과학자들의 도전 정신을 자극합니다. 모르는 것을 인정하고 그 너머를 궁금해하는 태도는 과학이 가진 가장 큰 매력 중 하나입니다. 정답을 찾는 것보다 중요한 것은 올바른 질문을 던지는 과정 그 자체에 있습니다. 불확실성 속에서도 진리를 향해 한 걸음씩 나아가는 과정은 그 자체로 숭고한 여정이며, 우리에게 겸손함과 동시에 무한한 가능성을 가르쳐 줍니다. 과학의 여정은 결코 끝이 나지 않는 마라톤과 같습니다. 하나의 답을 찾으면 그 뒤에는 또 다른 수많은 질문이 우리를 기다리고 있기 때문입니다. 하지만 이러한 끝없는 탐구야말로 인류를 진보하게 만드는 원동력입니다. 우리는 앞으로도 '도대체'라는 질문을 멈추지 않을 것입니다. 그 질문이 이끄는 곳이 어디든, 우리는 그 길 위에서 세상을 더 깊이 이해하고 사랑하는 법을 배우게 될 것입니다. 과학은 우리에게 세상을 향한 끝없는 설렘을 선사하며, 더 나은 미래를 꿈꾸게 하는 가장 강력한 도구입니다.

한상근

카오스재단카오스강연

수학

[SF2020] 과학자가 들려주는 SF영화 해설 _영화 블레이드러너2049 + 송민령 뇌과학자

영화 <블레이드 러너 2049>는 인간과 흡사한 복제 인간 '리플리컨트'를 통해 인간다움의 본질이 무엇인지에 대해 묵직한 질문을 던집니다. 기술이 고도로 발전함에 따라 우리는 인간과 유사한 사고 능력과 운동 능력을 갖춘 존재들을 마주하게 될 것이며, 이는 먼 미래의 이야기가 아닌 곧 닥칠 현실일 수 있습니다. 이러한 상황에서 무엇이 우리를 인간답게 만드는지, 그리고 우리와 닮은 타자와의 관계를 어떻게 설정해야 할지는 매우 중요한 과제가 됩니다. 단순히 노동력을 제공하는 기계를 넘어, 감정을 공유하고 자신의 정체성을 고민하는 존재의 등장은 미래 사회에 대한 깊은 성찰을 요구합니다. 현실에서 인간형 로봇을 제작하는 것은 기술적으로 매우 까다로운 일입니다. 이족보행은 균형을 잡는 것부터 막대한 에너지를 소모하며, 특정 업무를 수행하기에는 드론이나 사족보행 로봇, 혹은 곤충형 로봇이 훨씬 효율적일 때가 많습니다. 그럼에도 불구하고 우리가 로봇을 굳이 인간의 모습으로 만들려는 이유는 기능적 효율성보다는 심리적 요인에 기인합니다. 인간의 피부를 재현하거나 표정을 흉내 내는 과정에서 발생하는 '불쾌한 골짜기' 현상은 우리가 타자를 인식하는 복잡한 심리 기제를 잘 보여주며, 이는 기술적 완성도와는 별개의 미적, 정서적 문제를 야기하기도 합니다. 정서적 교감을 위해 반드시 인간의 외형이 필요한 것은 아닙니다. 영화 <인터스텔라>의 '타스'처럼 단순한 상자 모양의 로봇이나 작은 기계 장치에도 우리는 충분히 공감하고 유대감을 느낄 수 있습니다. 이는 인간이 사물에 생명력을 부여하는 의인화 능력이 탁월하기 때문입니다. 반려 로봇과의 관계에서 중요한 것은 외형적 유사성이 아니라, 그 존재가 전달하는 반응과 그 속에 투영된 우리의 소망입니다. 우리는 로봇을 통해 스스로가 투영된 이상적인 모습을 찾으려 노력하며, 때로는 생명 없는 존재를 살아있는 생명체처럼 느끼며 심리적 위안을 얻기도 합니다. 인간은 사회적 존재로서 타인으로부터 인정받고 사랑받기를 갈망합니다. 이러한 욕구는 신화 속 피그말리온이 이상적인 여인상을 조각하고 생명을 불어넣었던 것처럼, 완벽한 안드로이드를 만들려는 시도로 이어집니다. 우리가 원하는 것은 단순한 기계적 반응이 아니라, 나를 특별하게 여겨주는 진실한 감정의 교류입니다. 하지만 이러한 욕망을 위해 로봇을 인간과 똑같이 만드는 과정에서, 우리는 로봇과 인간이 같은 자원을 두고 경쟁하거나 갈등하는 구조를 스스로 만들어내기도 합니다. 이는 기술의 발전이 인간의 사회적 욕구를 충족시키는 동시에 새로운 사회적 갈등의 씨앗이 될 수 있음을 시사합니다. 안드로이드는 인간의 욕망이 현현된 존재이기에, 인간 사회의 위계와 차별을 그대로 답습하는 경향이 있습니다. 영화 속 인공지능들이 더 인간다워지기 위해 스스로 서열을 매기거나 집단행동을 하는 모습은 매우 역설적입니다. 또한 로봇이 보편화되면서 인간의 지위가 위협받거나, 특정 계층만이 기술의 혜택을 누리는 불평등의 문제도 발생합니다. 타자를 '비인간화'하여 도구로 대하는 인간의 특성이 로봇 시대에 어떻게 발현될지는 우리가 경계해야 할 지점입니다. 인간과 닮은 존재를 폐기하거나 수단화하는 태도가 결국 인간 스스로를 대하는 방식에도 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 기술의 발전은 공론장의 변화와 감정의 수단화라는 새로운 문제를 야기합니다. 거대 플랫폼 기업이 제공하는 인공지능 서비스는 개인의 삶에 깊숙이 침투하지만, 정작 사용자는 그 시스템의 오류나 정책에 영향을 미치기 어렵습니다. 또한 돌봄이나 위로와 같은 인간의 고유한 감정 영역이 로봇을 통해 저렴하고 편리하게 처리될 때, 감정의 진정한 가치는 훼손될 위험이 있습니다. 타인의 감정을 목적이 아닌 수단으로 이용하는 행위는 로봇뿐만 아니라 인간 관계의 본질마저 위협할 수 있습니다. 우리는 기술이 제공하는 편리함 뒤에 숨겨진 감정의 도구화 가능성을 냉철하게 바라봐야 합니다. 미래는 고정된 것이 아니며, 기술과 함께 인간도 끊임없이 변화하고 있습니다. 의족이나 인공 장기, 뇌-컴퓨터 인터페이스의 발전은 인간과 기계의 경계를 모호하게 만들며 새로운 정체성을 형성하게 합니다. 따라서 우리는 SF 영화가 그리는 암울한 미래에 매몰되기보다, '책임 있는 연구와 혁신'을 통해 기술이 사회에 유익하게 작용할 수 있도록 고민해야 합니다. 많은 시민이 과학 기술의 방향성에 관심을 갖고 공론장에 참여할 때, 우리는 비로소 인간의 존엄성을 지키는 조화로운 미래를 설계할 수 있습니다. 기술은 결국 우리가 어떤 가치를 선택하느냐에 따라 그 모습이 결정될 것입니다.

국립과천과학관문화행사🎆

생명과학
뇌인지과학
융합

[SF2020] 과학자가 들려주는 SF영화 해설 _영화 그녀 + 장동선 뇌과학자

영화 <그녀(HER)>는 인공지능 운영체제와 사랑에 빠지는 주인공 테오도르의 이야기를 통해 우리에게 '무엇이 진짜인가'라는 근본적인 질문을 던집니다. 대필 편지로 시작되는 영화의 도입부는 진심의 전달이 반드시 주체의 직접적인 행위를 필요로 하는지 묻습니다. 뇌과학의 관점에서 보면 우리가 경험하는 세상은 신경세포의 활성화로 만들어진 일종의 가상현실과 같습니다. 외부의 신호가 뇌로 전달되어 해석되는 과정 자체가 하나의 틀을 형성하기 때문입니다. 따라서 진짜와 가짜의 경계는 결국 인식하는 주체가 무엇을 믿느냐에 따라 결정될 수 있습니다. 우리의 뇌는 외부 세계의 빛이나 소리 신호를 받아들여 자신만의 세상을 구축합니다. 고양이가 단맛을 느끼지 못하는 것처럼, 생명체마다 세상을 받아들이는 채널이 다르기에 우리가 보는 세상은 절대적인 실재라기보다 뇌가 만들어낸 결과물에 가깝습니다. 이러한 맥락에서 타인과 관계를 맺는다는 것은 서로 다른 세상을 가진 두 존재가 만나 하나의 공통된 경험을 쌓아가는 과정입니다. 함께 자라나고 시간을 공유하며 뇌파 동기화 경험은 파편화된 개인의 세상을 연결하는 강력한 힘이 됩니다. 사람이 타인에게 끌리는 과정은 크게 외면과 내면의 신호로 나뉩니다. 첫인상을 결정짓는 외모나 제스처 같은 비언어적 신호는 관계의 초기 단계에서 강력한 영향을 미칩니다. 반면 관계가 깊어질수록 성격, 가치관, 신념과 같은 내면의 요소가 중요해집니다. 특히 정치적 신념이나 종교적 가치관은 자아 정체성과 밀접하게 연결되어 있어, 이 부분에서 일치감을 느낄 때 우리는 상대와 깊은 유대감을 형성합니다. 반대로 이러한 핵심 가치가 변했을 때 우리는 상대방이 완전히 변했다고 느끼며 관계의 위기를 맞이하기도 합니다. 뇌과학적으로 사랑은 세 단계의 호르몬 변화로 설명할 수 있습니다. 첫 번째는 아드레날린이 분비되며 가슴이 뛰는 흥분 단계이고, 두 번째는 도파민이 마구 분비되어 상대방에게 눈이 멀게 되는 열정의 단계입니다. 흔히 말하는 사랑의 유통기한은 이 도파민 수치가 유지되는 2~3년의 기간을 의미합니다. 마지막 세 번째 단계는 옥시토신이 분비되며 형성되는 신뢰와 안정의 단계입니다. 이 단계에 접어들어야 비로소 두 사람은 단순한 설렘을 넘어 서로를 깊이 신뢰하는 진정한 파트너십을 구축하게 됩니다. 우리는 흔히 상대방의 내면을 완벽히 이해한다고 믿지만, 사실 타인의 마음속을 100% 알기란 불가능에 가깝습니다. 인공지능의 지능을 판별하는 튜링 테스트가 결국 '인간처럼 보이는가'에 의존하듯, 우리도 상대의 반응을 통해 그 내면을 짐작할 뿐입니다. 심지어 자기 자신에 대해서도 객관적인 평가가 어려운 경우가 많습니다. 대부분의 사람은 자신을 과대평가하는 경향이 있으며, 타인을 평가할 때는 상황보다 내재적 성격에 집중하는 오류를 범하곤 합니다. 이러한 한계 속에서도 우리는 끊임없이 타인과 연결되기를 갈망합니다. 기술의 발전으로 인공지능은 인간의 대화 방식을 정교하게 모방하며 우리의 감정을 파고들고 있습니다. 뇌는 자신이 믿는 틀 안에서 정보를 처리하기 때문에, 인공지능이 보여주는 공감과 위로를 실제라고 믿는다면 충분히 감정적인 의지가 가능합니다. 이미 고인의 데이터를 학습시켜 대화를 나누는 기술이 상용화된 것처럼, 인공지능은 누군가에게는 상실의 아픔을 달래주는 존재가 될 수 있습니다. 하지만 영화 속 사만다가 수많은 사람과 동시에 사랑을 나누고 있었다는 사실은, 인간이 추구하는 '특별함'과 '독점적 관계'가 기술적 알고리즘과 충돌할 수 있음을 시사합니다. 인공지능의 진화는 우리에게 새로운 윤리적 숙제를 던져줍니다. 딥페이크 기술을 이용한 범죄나 알고리즘에 의한 뇌 해킹은 이미 현실적인 위협으로 다가와 있습니다. 자율주행차의 트롤리 딜레마처럼 인공지능이 생명과 직결된 가치 판단을 내려야 하는 상황도 머지않았습니다. 이러한 시대에 중요한 것은 기술에만 의존하는 것이 아니라, 인간 사이의 진정한 공감과 공유된 경험의 가치를 지키는 일입니다. 함께 자라나고 서로의 고통을 이해하며 쌓아온 시간이야말로 인공지능이 흉내 낼 수 없는 인간만의 고유한 영역이기 때문입니다.

국립과천과학관문화행사🎆

뇌인지과학
융합

[강연] 헬로 딥러닝 : 직관적이고 명확하게 딥러닝을 이해하기 _ by남세동 ㅣ 2020 가을 카오스강연 'Ai X' 9강 | 9강

컴퓨터는 본질적으로 숫자를 계산하는 기계입니다. 우리가 화면으로 보는 이미지나 듣는 음악도 결국은 디지털화된 숫자의 집합에 불과합니다. 전통적 프로그래밍 방식은 사람이 직접 논리와 절차를 설계하여 알고리즘을 만들고, 이를 코드로 옮기는 과정이었습니다. 하지만 고양이나 개를 구분하는 것과 같이 복잡한 패턴을 인식하는 문제는 인간이 모든 예외 상황을 코드로 정의하기에 한계가 있었습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 등장한 것이 바로 데이터 스스로 학습하는 딥러닝 기술입니다. 딥러닝의 핵심 구조인 인공신경망은 인간의 뇌 구조에서 영감을 얻었습니다. 인공신경망은 수많은 동그라미 형태의 노드와 이들을 잇는 화살표인 가중치로 구성됩니다. 놀랍게도 이 복잡해 보이는 시스템의 기본 원리는 단순한 곱셈과 덧셈의 반복입니다. 입력값에 가중치를 곱하고 이를 모두 더한 뒤, 활성화 함수를 거쳐 다음 노드로 전달하는 과정이 수없이 반복됩니다. 알파고나 자율주행 엔진 같은 최첨단 기술들도 그 내부를 들여다보면 결국 이러한 단순한 수치 계산의 거대한 집합체라고 할 수 있습니다. 인공지능을 학습시키는 대표적인 방법 중 하나는 정답을 알려주는 지도 학습입니다. 예를 들어 특정 배경색에 어울리는 글자색을 찾을 때, 수많은 예시 데이터를 입력하고 인공지능이 스스로 최적의 가중치를 찾아내도록 유도합니다. 처음에는 무작위로 설정되었던 가중치들이 반복적인 학습 과정을 거치며 점차 정답에 가까운 결과를 내놓게 됩니다. 이는 마치 어린아이가 반복 학습을 통해 사물을 구별하는 법을 배우는 과정과 유사하며, 데이터가 많아질수록 인공신경망은 더욱 정교한 판단을 내릴 수 있게 됩니다. 딥러닝의 가장 신기한 점은 일부 정답 데이터만으로도 학습하지 않은 수많은 사례를 정확히 판별해 낸다는 것입니다. 수천 장의 사진만 학습해도 수억 장의 새로운 사진 속 대상을 구분할 수 있는 이유는 데이터가 가진 고유한 패턴을 3차원 이상의 공간에 매핑하기 때문입니다. 비슷한 특징을 가진 데이터들은 특정 영역에 모이게 되고, 인공신경망은 이 영역들을 구분하는 경계선을 찾아냅니다. 이러한 일반화 능력 덕분에 인공지능은 단순한 암기를 넘어 새로운 상황에 유연하게 대처할 수 있는 지능적인 면모를 갖추게 됩니다. 인공신경망이 최적의 가중치를 찾아가는 과정은 매우 단순하면서도 무식할 정도로 반복적입니다. 입력값에 따른 결과가 정답과 다를 경우, 그 오차를 줄이기 위해 수천만 개에서 수십억 개에 달하는 가중치들을 조금씩 조정합니다. 이를 경사 하강법이라 부르는데, 오차라는 산의 골짜기를 찾아 내려가는 과정과 같습니다. 수학적으로 이러한 가중치가 존재한다는 것은 증명되었지만, 왜 이토록 단순한 방식으로 복잡한 지능이 구현되는지는 여전히 현대 과학의 신비로 남아 있습니다. 최근 딥러닝은 언어 모델인 GPT-3나 단백질 구조를 예측하는 알파폴드 2처럼 인류의 난제를 해결하는 수준에 도달했습니다. 이는 자연계에 존재하는 방대한 패턴을 숫자로 치환하여 분석할 수 있게 되었음을 의미합니다. 문장의 맥락을 파악하여 대화를 나누거나 복잡한 물리 시뮬레이션을 수천 배 빠르게 수행하는 등, 딥러닝은 인간의 지적 능력을 보조하는 강력한 도구가 되었습니다. 결국 딥러닝의 본질은 숫자의 집합속에서 유의미한 패턴을 찾아내어 이를 실용적인 지능으로 변환하는 기술이라 할 수 있습니다. 인류 역사를 돌아보면 기술의 활용이 이론적 이해보다 앞섰던 사례가 많습니다. 증기기관이 열역학 법칙이 정립되기 전부터 산업 혁명을 이끌었듯이, 딥러닝 역시 그 작동 원리를 완벽히 설명하지 못하더라도 이미 세상을 바꾸고 있습니다. 인공지능이 내놓는 결과가 왜 도출되었는지 인간이 완전히 이해하지 못하는 영역이 존재하지만, 이는 오히려 새로운 과학적 발견의 기회가 되기도 합니다. 우리는 이제 딥러닝이라는 거대한 도구를 통해 지능의 본질을 탐구하고 미래의 변화를 맞이할 준비를 해야 합니다.

남세동

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[석학인터뷰] 인간과 거의 유사하게 생각할 수 있는 범용인공지능이 가능할까? | 2020 가을 카오스강연 'Ai X'

과거에는 범용 인공지능(AGI)이 먼 미래의 상상 속 이야기로만 여겨졌습니다. 특정 영역에서만 뛰어난 성능을 보이는 '약 인공지능(Narrow AI)'과 달리, 모든 분야에서 인간처럼 사고하는 인공지능은 구현하기 어렵다고 믿었기 때문입니다. 하지만 GPT-3와 같은 거대 언어 모델의 등장은 이러한 인식을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 수많은 데이터를 학습하며 형성된 인공지능의 상식은 마치 범용 인공지능(AGI)의 시조새나 플라나리아와 같은 원시적인 형태를 보여주는 듯하며, 이는 범용 인공지능(AGI)의 실현 가능성을 시사합니다. 인공지능이 진정한 의미의 범용성을 갖추기 위해서는 자아의식이라는 높은 벽을 넘어야 합니다. 그러나 우리가 자아의식을 명확하게 정의하지 못하는 상황에서 이를 기술적으로 구현하는 것은 현재로서는 불가능에 가깝다는 의견이 지배적입니다. 단순히 인간의 눈이나 귀를 대체하는 약 인공지능(Narrow AI)의 기능을 여러 개 합친다고 해서 그것을 강 인공지능이라 부르기는 어렵습니다. 우리가 정의하는 진정한 범용 인공지능(AGI)은 단순한 기능의 집합을 넘어선 차원의 존재여야 하기 때문에 기술적 도약이 더 필요한 시점입니다. 자아의식의 본질에 대해 고민하다 보면 인간과 기계의 경계가 모호해지기도 합니다. 흔히 인간은 독립적으로 사고하기에 자아가 있고, 인공지능은 프로그래밍된 결과물일 뿐이라고 생각합니다. 하지만 관점을 달리하면 인간의 사고 과정 역시 생물학적으로 설계된 일종의 고도화된 프로그램일 가능성을 배제할 수 없습니다. 이러한 논리적 연장선상에서 본다면, 인간의 지능을 모사하는 범용 인공지능(AGI)의 탄생 또한 충분히 실현 가능한 미래의 영역에 속하게 된다는 시각도 존재합니다. 지능의 수준이 곧 자아의식의 유무를 결정하는 것은 아닙니다. 뇌과학에서는 자아를 판별하는 기준으로 거울 속의 자신을 알아보는 '미러 테스트'를 활용하곤 합니다. 인간은 생후 18개월만 되어도 이를 통과하지만, 지능이 높다고 알려진 개나 고양이조차 거울 속 모습을 타인이나 적으로 인식하는 경우가 많습니다. 이는 현재 우리가 축적해 온 기술력만으로 자아를 가진 인공지능을 만드는 것이 얼마나 어려운 과제인지를 다시금 상기시켜 주며, 단순한 지능 지수 이상의 무언가가 필요함을 보여줍니다. 결국 지능과 의식을 어떻게 정의하느냐에 따라 인공지능의 미래는 달라질 것입니다. 바둑이라는 특정 영역에서 알파고가 인간을 넘어선 것처럼, 특정 지능의 구현은 이미 현실이 되었습니다. 비록 진짜 자아의식이 존재하는지에 대해서는 철학적 장벽이 남아있을지라도, 인간이 보기에 의식을 가진 것처럼 행동하는 기계를 만드는 것은 가능해 보입니다. 기계를 바라보는 인간의 해석이 개입되는 순간, 인공지능은 우리 곁에서 의식을 가진 존재로 받아들여질 수 있기 때문입니다.

남세동, 신현정, 이교구, 이세민, 임창환, 장병탁, 최재식, 한보형, 함유근, 현동훈

카오스재단2020 카오스강연 'Ai X'

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[석학인터뷰] 장병탁_ 사람의 뇌를 닮은 머신러닝 모델이 한국연구실에서?! | 2020 가을 카오스강연 'Ai X'

공학의 관점에서 인공지능은 사람이 못하는 일을 대신 수행하는 도구로 여겨지곤 합니다. 하지만 진정한 지능의 구현을 위해서는 사람이 본능적으로 잘하는 유연함과 안정성을 기계에 이식하는 것이 무엇보다 중요합니다. 현재의 인공지능은 복잡한 계산처럼 사람이 어려워하는 일은 이미 잘 해내고 있지만, 정작 우리에게 자명한 일상적 판단에는 서툰 모습을 보입니다. 따라서 인간의 뇌가 가진 독특한 원리를 탐구하여, 변화하는 환경에 빠르고 견고하게 적응하는 학습 기계를 만드는 것이 현대 인공지능 연구의 핵심 과제라 할 수 있습니다. 과거의 인공지능 연구는 현실 세계를 배제한 채 닫힌 세계 안에서 지능의 논리적 구조만을 다루는 한계가 있었습니다. 그러나 현실의 복잡한 문제를 해결하기 위해서는 지능이 신체를 가지고 환경과 직접 상호작용하며 지식을 습득하는 과정이 필수적입니다. 로봇을 통해 인공지능을 연구하는 이유는 바로 이러한 물리적 실체와 환경의 연결성을 학습하기 위함입니다. 신체를 가진 존재로서 세상을 경험하며 얻는 데이터는 단순한 정보 이상의 가치를 지니며, 이는 인공지능이 진정한 의미의 지능으로 진화하는 데 결정적인 역할을 합니다. 인공지능이 나아가야 할 궁극적인 방향에 대한 힌트는 현존하는 가장 완벽한 지능의 증거인 인간의 뇌에서 찾을 수 있습니다. 기계에 사람이 일일이 지식을 주입하는 방식은 명확한 한계가 존재하기에, 스스로 학습하여 지능을 갖추는 시스템을 구축하는 것이 필수적입니다. 뇌의 신경망 구조를 모델링하여 학습의 원리를 파악하려는 시도는 이러한 배경에서 시작되었습니다. 뇌가 정보를 처리하고 지식을 확장해 나가는 과정을 모사함으로써, 우리는 기계가 단순한 계산기를 넘어 인간처럼 사고하고 성장할 수 있는 가능성을 엿볼 수 있게 됩니다. 뇌의 가소성을 수학적으로 구현한 '하이퍼 네트워크' 모델은 이러한 철학이 담긴 독특한 머신러닝 모델입니다. 이는 뇌세포 간의 연결성을 분자들의 자기 조립 과정에 비유하여, 데이터와 환경의 변화에 따라 신경망 구조 자체가 스스로 진화하도록 설계되었습니다. 기존의 정형화된 층별 구조에서 벗어나 그래프 이론을 기반으로 학습 과정을 모델링함으로써, 극단적인 비지도 학습 환경에서도 시스템이 유연하게 적응할 수 있도록 한 것입니다. 이러한 시도는 인공지능이 생물학적 뇌의 효율성과 적응력을 닮아가는 중요한 이정표가 되었습니다. 인공지능은 이제 특정 전문가의 영역을 넘어 우리 삶의 상식이자 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다. 영화 속 사례처럼 로봇과 정서적 교감을 나누거나 일상을 공유하는 미래는 점차 현실로 다가오고 있습니다. 이러한 기술적 진보를 뒷받침하기 위해서는 공학적 지식뿐만 아니라 철학, 심리학, 뇌과학을 아우르는 폭넓은 인문학적 통찰이 동반되어야 합니다. 다양한 분야의 전문가들이 모여 인공지능의 미래를 논의하는 과정은, 우리가 기술과 공존하며 더 나은 사회를 만들어가는 데 있어 매우 소중한 기회가 될 것입니다.

장병탁

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[강연] 뇌와 하나된 AI, 브레인 3.0 - AI와 뇌공학이 바꿀 인류의 미래 _ by임창환 | 2020 가을 카오스강연 'Ai X' 1강 | 1강

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 우리 뇌에서 발생하는 신호를 분석하여 외부 기계를 제어하거나 의사소통을 가능하게 하는 일종의 '뇌 번역기' 기술입니다. 뇌파를 흔히 '뇌의 목소리'라고 부르는데, BCI는 이 복잡한 신호를 해독하여 우리가 이해할 수 있는 형태로 변환합니다. 이는 단순히 기계를 움직이는 것을 넘어 인간의 뇌 상태를 파악하고 외부 세계와 연결하는 혁신적인 통로가 됩니다. 현대 과학은 이러한 뇌의 목소리를 더 정밀하게 듣기 위해 인공지능 기술을 적극적으로 도입하고 있으며, 이를 통해 인간 인지 능력의 한계를 극복하려는 시도를 지속하고 있습니다. 인공지능은 인간의 뇌 구조를 모방하며 발전해 왔습니다. 대표적인 알고리즘인 합성곱 신경망(CNN)은 인간 시각 피질의 계층적 정보 처리 과정을 닮아 있어, 선과 형태를 거쳐 사물을 인식하는 단계별 구조를 가집니다. 최근에는 이러한 AI 모델을 역으로 활용해 뇌의 청각 정보 처리 메커니즘을 밝혀내기도 했습니다. MIT 연구팀은 인공지능이 소리를 분류하는 과정에서 인간과 유사한 오류 패턴을 보인다는 점을 발견했으며, 이를 통해 뇌가 최적의 성능을 내기 위해 이미 가장 효율적인 신경망 구조로 작동하고 있음을 증명했습니다. 뇌공학의 오랜 숙원 중 하나는 인간의 꿈이나 상상을 시각화하는 것이었습니다. 과거에는 동물의 시각 중추에 전극을 삽입하는 방식이었으나, 이제는 fMRI와 인공지능을 결합해 비침습적으로 뇌 속 이미지를 복원하는 수준에 이르렀습니다. 일본의 연구진은 피실험자가 꿈을 꿀 때의 뇌 활동 데이터를 분석해 꿈속에 등장한 사물을 70% 이상의 정확도로 맞히는 데 성공했습니다. 이는 인공지능이 뇌 신호라는 복잡한 데이터를 학습하여 인간의 내밀한 정신 활동을 구체적인 영상 정보로 번역해낼 수 있음을 보여주는 놀라운 사례입니다. 언어 재활 분야에서도 뇌공학은 혁신적인 변화를 예고하고 있습니다. 입 모양만으로 말을 인식하는 무성 언어 인식을 넘어, 이제는 말하는 상상만으로 음성을 합성하는 기술이 연구되고 있습니다. 뇌에서 발성을 담당하는 운동 영역의 신호를 딥러닝으로 분석하면, 실제 조음 기관의 움직임을 추정하여 소리를 만들어낼 수 있습니다. 이러한 기술은 성대 손상이나 마비로 인해 대화가 어려운 환자들에게 새로운 목소리를 찾아줄 수 있는 희망이 됩니다. 인공지능은 뇌의 미세한 전기 신호를 정교한 언어로 바꾸는 가교 역할을 수행하며 인간의 소통 능력을 회복시킵니다. 뇌의 작동 원리는 다시 인공지능의 성능을 비약적으로 높이는 영감이 됩니다. 공간을 인식하는 '격자 세포'의 원리를 모방한 AI 에이전트는 기존 모델보다 훨씬 뛰어난 경로 탐색 능력을 보여주었으며, 인간처럼 지름길을 찾아내는 전략을 스스로 학습했습니다. 또한 신경 세포를 보조하는 '성상교세포'의 역할을 인공 신경망에 적용하려는 시도도 이어지고 있습니다. 뇌과학의 발견이 인공지능의 구조적 한계를 돌파하는 열쇠가 되는 셈입니다. 이처럼 뇌와 AI는 서로의 비밀을 풀고 성능을 보완하며 함께 진화하는 공생 관계를 형성하고 있습니다. 일론 머스크의 '뉴럴링크'로 대표되는 브레인 3.0 시대는 뇌와 컴퓨터의 완벽한 결합을 꿈꿉니다. 두개골 내에 미세 전극을 삽입하여 뇌 신호를 무선으로 주고받는 이 기술은 인지 능력 강화와 기억력 향상을 목표로 합니다. 마치 라식 수술처럼 간편하게 뇌에 칩을 심어 외부 클라우드와 연결되는 미래는 더 이상 공상 과학 영화 속 이야기가 아닙니다. 물론 복잡한 '뉴럴 코드'를 완벽히 해독해야 하는 과제가 남아 있지만, 기술의 발전 속도는 인류가 예상한 것보다 훨씬 빠르게 뇌와 디지털 세계의 경계를 허물고 있습니다. 하지만 뇌공학의 궁극적인 지향점은 인간의 지능을 인위적으로 높이는 것보다 소외된 이들을 돕는 데 있습니다. 알츠하이머 환자의 기억을 돕기 위한 '해마 칩' 개발이나 시각 장애인을 위한 인공 망막 기술이 그 대표적인 예입니다. 기술 남용에 따른 윤리적 우려와 사회적 격차에 대한 논의는 반드시 필요하지만, 뇌공학이 질병과 장애라는 고통을 덜어줄 강력한 도구라는 점은 부정할 수 없습니다. 인공지능은 인간과 대립하는 존재가 아니라, 뇌의 신비를 밝히고 삶의 질을 높이는 든든한 동반자로서 우리 곁에 머물게 될 것입니다.

임창환

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[석학인터뷰] 임창환_ 뇌와 AI의 합체! 50년, 아니 20년 후 가능하다? | 2020 가을 카오스강연 'Ai X'

현대 과학의 최전선이라 불리는 뇌 연구 분야는 마치 치열한 전쟁터와 같습니다. 인류가 아직 뇌의 신비를 20% 정도밖에 이해하지 못하고 있는 상황에서, 이 미지의 영역을 선점하는 것은 국가와 인류의 미래가 걸린 중대한 과제입니다. 비록 거대한 지식의 피라미드를 쌓아 올리는 과정에서 벽돌 하나를 놓는 정도의 작은 기여일지라도, 그 한 걸음이 가지는 가치는 매우 큽니다. 연구자들은 이러한 사명감을 바탕으로 광속으로 발전하는 기술 경쟁 속에서 뇌의 비밀을 풀기 위해 끊임없이 정진하고 있으며, 이 분야에 대한 깊은 애정과 책임감을 느끼고 있습니다. 최근 뇌 공학의 흐름은 단순한 성능 향상을 넘어 실용적인 응용 분야로 그 범위를 넓혀가고 있습니다. 과거에는 뇌파 신호를 분석하는 알고리즘 개발에 집중했다면, 이제는 이를 활용해 드론을 조작하거나 휠체어 및 외골격 로봇을 제어하는 단계에 이르렀습니다. 더 나아가 생각만으로 냉장고나 TV 같은 가전제품을 조작하는 기술도 현실화되고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 신체적 제약을 극복하게 해줄 뿐만 아니라, 인간과 기계가 소통하는 방식 자체를 근본적으로 변화시키고 있습니다. 일상 속의 다양한 기기들이 뇌와 연결되는 시대가 머지않았습니다. 연구의 지평은 뇌 신호를 넘어 얼굴 부위에서 발생하는 다양한 생체 신호로까지 확장되고 있습니다. 안면 근육의 움직임에서 발생하는 근전도나 눈동자의 움직임을 포착하는 신호를 결합하여, 더욱 정교한 인간-컴퓨터 인터페이스를 구축하고 있습니다. 또한 단순히 신호를 읽는 것에 그치지 않고, 전자기 자극이나 빛을 이용해 뇌 기능을 적절하게 조절하는 기술도 활발히 개발 중입니다. 이는 외부 자극을 통해 뇌의 상태를 최적화함으로써 인지 능력을 향상하거나 질환을 치료하는 데 기여할 수 있습니다. 이러한 다각적인 접근은 인간의 능력을 확장하는 새로운 열쇠가 될 것입니다. 미래의 뇌 과학은 인간의 자연 지능과 인공지능이 하나로 결합한 '브레인 3.0' 시대를 지향합니다. 이는 마치 공상과학 영화 속의 전사처럼 인간의 뇌 일부를 인공 뇌로 대체하여 본래 하나였던 것처럼 작동하게 만드는 개념입니다. 과거 전기차의 보급 속도를 예측하지 못했듯, 뇌 공학의 발전 속도 역시 우리의 상상을 초월하고 있습니다. 글로벌 기업들의 적극적인 참여와 기술 혁신이 가속화됨에 따라, 머지않은 미래에는 뇌에 마이크로칩을 삽입하여 기능을 확장하는 것이 일상적인 풍경이 될지도 모릅니다. 약 20년 뒤면 이러한 기술이 대중화될 것으로 전망됩니다. 기술 개발의 궁극적인 지향점은 연구실을 넘어 실제 도움이 필요한 사람들에게 닿는 것입니다. 특히 사지 마비 환자나 신경계 손상을 입은 분들에게 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 새로운 삶의 희망이 됩니다. 실제로 루게릭병 환자들을 포함한 50명 이상의 임상 시험을 통해 기술의 실용성을 검증하며, 환자들이 만족해하는 모습에서 연구의 진정한 보람을 찾습니다. 단순한 기술적 성취를 넘어 사회적 가치를 실현하는 이러한 노력은 전 세계적으로도 높은 평가를 받으며 미래 의료의 핵심으로 자리 잡고 있습니다. 실용적인 기술 개발은 연구자들에게 가장 큰 자부심의 원천입니다.

임창환

카오스재단카오스강연

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[Warning] 2020 Ai X | 2020 가을 카오스강연 'Ai X' 티저

우리가 누군가를 마주하고 타인의 존재를 확인하는 찰나의 순간, 뇌 속에서는 경이로운 연쇄 반응이 일어납니다. 시각 정보가 눈을 통해 들어오면 뇌의 후두엽을 거쳐 방추상 안면 영역이라 불리는 곳으로 전달됩니다. 이곳은 얼굴의 미세한 특징을 분석하여 우리가 아는 사람인지 아닌지를 순식간에 판별해냅니다. 단순한 시각적 자극이 구체적인 존재로 치환되는 이 과정은 현대 과학에서도 여전히 흥미로운 연구 대상 중 하나로 꼽히며, 인간관계의 시작을 알리는 생물학적 신호탄이 됩니다. 인식의 단계가 지나면 뇌는 기억의 저장고인 해마를 뒤져 상대방과 공유했던 과거의 경험과 감정을 불러옵니다. 짧은 감탄사는 단순한 소리가 아니라, 뇌가 방대한 데이터를 처리하며 찾아낸 일치점에 대한 반응입니다. 이 과정에서 도파민이나 옥시토신 같은 신경전달물질이 분비되기도 하며, 이는 상대방에 대한 반가움이나 경계심 같은 정서적 태도를 결정짓습니다. 찰나의 마주침 속에서도 우리의 신경계는 상대방의 존재를 온전히 받아들이기 위해 이토록 복잡하고 정교한 계산을 수행하고 있는 것입니다. 결국 타인을 인지하고 소통을 시작하는 행위는 인간이 사회적 동물로서 생존하기 위해 진화시켜 온 고도의 전략입니다. 서로의 존재를 확인하는 짧은 대화는 고립된 개체들을 연결하고 공동체의 결속력을 다지는 기초가 됩니다. 과학적 관점에서 볼 때, 우리가 타인을 향해 내뱉는 짧은 한마디는 단순한 음성 신호를 넘어선 깊은 유대감의 표현입니다. 이러한 상호작용은 뇌의 사회적 네트워크를 활성화하며, 인간이 타인과 공존하며 살아가는 이유를 명확하게 보여주는 증거라고 할 수 있습니다.

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[연구뭐하지?] 이인아 교수_서울대학교 '학습과 기억 연구실' | 학습과 기억의 세계, 그 너머에 존재하는 것은?

인간은 누구나 자신의 기억 속으로 타임머신을 타고 여행하듯 과거를 회상하곤 합니다. 서울대학교 뇌인지과학과 학습과 기억 연구실은 이러한 인간의 '일화 기억'이 뇌라는 생물학적 조직에서 어떻게 형성되고 인출되는지를 과학적으로 탐구합니다. 우리가 매일 겪는 다양한 경험은 곧 개인의 정체성을 형성하는 근간이 되며, 연구실은 세포 수준의 뇌 활동이 어떻게 우리의 삶과 마음을 구성하는지 그 비밀을 풀기 위해 노력하고 있습니다. 이곳 연구실은 마치 다양한 악기가 모여 하나의 화음을 만들어내는 밴드와 같습니다. 생물학, 뇌인지과학뿐만 아니라 전기공학, 컴퓨터공학, 심리학, 심지어 음악과 스포츠를 전공한 인재들이 모여 각자의 전문성을 발휘합니다. 서로 다른 배경을 가진 연구자들이 협력하여 하나의 연구 주제를 다각도에서 조명하는 융합적 환경은 이 연구실만의 큰 강점입니다. 이러한 다양성은 복잡한 뇌의 신비를 풀어나가는 데 필수적인 창의적 사고의 원천이 됩니다. 연구의 핵심은 기억의 중추로 알려진 해마와 측두엽의 기능을 밝히는 데 있습니다. 연구진은 살아있는 쥐에게 가상현실(VR) 환경을 제공하고, 특정 장소나 상황에 따라 보상을 얻는 기억 과제를 수행하게 합니다. 쥐가 가상현실(VR) 세계에서 문제를 해결하는 동안 뇌세포의 활동을 실시간으로 측정하며, 전기생리학이나 광유전학 기술을 동원해 뇌 영역 간의 상호작용을 분석합니다. 이는 실제 환경과 유사한 실험 설계를 통해 기억의 메커니즘을 정교하게 파악하기 위함입니다. 뇌인지과학 연구는 단순히 이론에 그치지 않고 생명체를 다루는 막중한 책임감을 동반합니다. 실험에 참여하는 동물을 매일 세심하게 보살피는 것은 기본이며, 연구 과정에서 예상치 못한 다양한 기술적 문제들을 해결해야 합니다. 컴퓨터 코딩부터 회로 설계, 심지어 실험 장비 설치에 이르기까지 폭넓은 실무 능력이 요구됩니다. 따라서 유연한 사고방식을 가지고 새로운 분야를 배우는 과정을 즐길 수 있는 태도가 연구자로서 성장하는 데 매우 중요한 요소로 작용합니다. 뇌인지과학은 생물학적 세포가 어떻게 전기적 신호를 주고받으며 마음과 심리를 만들어내는지 연구하는 학문으로, 전통적인 단일 학문의 경계를 넘어섭니다. 특히 인공지능이나 가상현실(VR) 기술의 발전은 뇌인지과학적 이해 없이는 한계에 부딪힐 수밖에 없습니다. 현재 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있으며, 우리나라도 이 흐름에 발맞춰 빠르게 성장하고 있습니다. 뇌의 신비를 탐구하는 이 분야는 미래 과학을 이끌어갈 청소년들에게 무한한 가능성을 제시합니다.

이인아

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[과학자가 쓴 과학책#6] 정재승의 과학 콘서트 by정재승 | KAOS X 공원생활 특집

복잡계 과학이라는 생소한 분야를 다룬 책이 이토록 오랫동안 사랑받을 줄은 몰랐습니다. 최신 과학 이론을 담으면서도 물리학을 통해 사회 현상을 바라보는 재미를 전달하려 노력한 점이 독자들에게 닿은 것 같아 감사할 따름입니다. 책을 통해 세상을 바라보는 관점이 달라졌다는 평가는 저자로서 가장 큰 보람입니다. 지식이 단순히 머릿속 관념에 머물지 않고 삶의 변화와 실천으로 이어지며, 특히 물리학자를 꿈꾸는 청소년들이 많아졌다는 소식은 미래 과학계에 대한 큰 희망을 전해줍니다. 과거에는 우리말로 우리만의 경험을 담아낸 과학 책이 드물었습니다. 최재천 교수님과 함께 활동하던 초기에는 라이벌이라는 생각보다는 더 많은 분이 과학 책을 읽어주길 바라는 마음이 컸습니다. 하지만 지난 20년 사이 한국 과학 출판계에는 놀라운 변화가 일어났습니다. 이제는 훌륭한 국내 저자들이 대거 등장하여 선의의 경쟁을 펼치고 있으며, '코스모스'나 '이기적 유전자' 같은 고전들과 어깨를 나란히 하는 좋은 책들이 많아져 과학 독서 문화가 한층 풍성해졌습니다. 만약 아인슈타인이나 리처드 파인만 같은 과학자들을 오늘날로 모셔올 수 있다면, 과학이 하나의 즐거운 문화로 자리 잡은 풍경을 꼭 보여드리고 싶습니다. 과학자들 중에는 바이올린 연주에 능했던 아인슈타인이나 퀸의 기타리스트 브라이언 메이처럼 예술적 재능이 뛰어난 이들이 많습니다. 이들이 모여 실제로 음악 공연을 펼치는 '과학 콘서트'가 열린다면 대중에게 과학의 색다른 매력을 전달할 수 있을 것입니다. 과학이 딱딱한 학문을 넘어 지적인 즐거움과 감성을 동시에 선사하는 문화가 되길 바랍니다. 과학 책이 어렵게 느껴져 서점의 과학 코너를 멀리하는 분들이 여전히 많습니다. 하지만 용기를 내어 첫 한 권을 집어 드는 순간, 그동안 몰랐던 지적 탐험의 세계가 열리게 됩니다. 최근에는 우리가 평소 궁금해하던 주제들을 흥미롭게 풀어낸 양질의 과학 책들이 매우 많아졌습니다. 일상 속에서 하늘의 별을 바라보며 우주의 경이로움을 느끼듯, 과학 책을 통해 지적 갈증을 해소하고 새로운 세상을 발견해 보시길 권합니다. 첫 번째 선택이 즐거운 경험으로 이어진다면 과학은 평생의 친구가 될 것입니다. 저는 현재 우리 뇌가 어떻게 선택하고 의사결정을 내리는지를 연구하고 있습니다. 앞으로의 목표는 이러한 연구 성과를 바탕으로 선택에 관한 뇌과학 책을 집필하는 것입니다. 더 나아가 인류가 정신의 영역을 탐구해 온 역사를 정리하여, 우리가 인간을 이해하기 위해 어떤 노력을 해왔고 앞으로 남은 과제는 무엇인지 조명하고 싶습니다. 인간의 정신을 깊이 있게 다루는 뇌과학 역사서를 완성하는 것이 저의 마지막 학문적 소명이자 인생의 중요한 목표입니다.

정재승

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[석학인터뷰] 이성환_ 인간이 AI를 이길 수 있는 방법?! | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

인공지능 연구는 1980년대부터 필기체 인식과 같은 구체적인 문제 해결을 중심으로 발전해 왔습니다. 오늘날 인공지능은 컴퓨터 시각, 자연어 처리, 기계 학습, 그리고 뇌 정보 처리 등 매우 다양한 세부 분야로 나뉩니다. 최근에는 딥러닝이 큰 주목을 받고 있지만, 궁극적으로는 학습된 지식을 바탕으로 스스로 추론하고 판단하는 기술이 인공지능의 핵심적인 가치가 될 것입니다. 특히 시각 분야에 비해 상대적으로 연구 인력이 부족한 자연어 처리나 원천 학습 기술 분야에 대한 지속적인 관심과 연구가 필요합니다. 인공지능이 인간의 지능을 추월할 것이라는 우려 속에서 우리가 집중해야 할 점은 기계가 대체할 수 없는 인간만의 고유한 역량입니다. 창의성은 물론이고 타인과 소통하며 협력하는 능력, 그리고 사안을 다각도로 분석하는 비판적 사고력은 인공지능 시대에 더욱 빛을 발할 것입니다. 기술의 발전이 가속화될수록 인간은 기계와 경쟁하기보다는 인간만이 가진 정서적, 지적 특성을 강화함으로써 인공지능이 도달하지 못한 영역을 개척하고 기술을 올바른 방향으로 이끄는 주체가 되어야 합니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 신체 근육을 전혀 사용하지 않고 오직 뇌파만을 분석하여 외부 세계를 제어하는 혁신적인 기술입니다. 이 기술은 인간의 의도를 기계에 직접 전달함으로써 신체적 한계를 극복하고 외부 환경과 상호작용하는 새로운 방식을 제시합니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스는 단순히 기기를 조작하는 수준을 넘어 인간과 인공지능이 직접 결합하는 미래를 예고하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 우리가 세상과 소통하는 방식을 근본적으로 변화시키며, 미래 사회의 핵심적인 기술로 자리 잡을 것입니다.

이성환

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[석학인터뷰] 선웅_ 뇌 오가노이드, 말그대로 뇌를 만드는 거죠 | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

신경발생학은 우리 몸의 가장 복잡한 기관인 뇌와 신경계가 형성되는 과정을 탐구하는 학문입니다. 과거 한스 슈페만이라는 과학자가 배아를 조작해 머리가 두 개인 도롱뇽을 만들어낸 실험은 생명체를 인위적으로 설계하고 만들 수 있다는 가능성을 보여주며 많은 이들에게 영감을 주었습니다. 이러한 연구의 연장선에서 등장한 것이 바로 '오가노이드'입니다. 오가노이드는 우리 몸의 장기를 뜻하는 '오간(Organ)'에서 유래한 용어로, 배양 접시 안에서 인위적으로 만들어낸 3차원 장기 유사체를 의미합니다. 특히 뇌 오가노이드는 실제 뇌와 유사한 구조를 재현함으로써 생명 탄생의 신비를 밝히는 핵심적인 도구로 주목받고 있습니다. 현대 인류는 과거보다 훨씬 더 다양한 기계와 장비를 활용하여 뇌의 기능을 보조받고 있습니다. 과거에 사용하던 주판이 사라지고 컴퓨터가 그 자리를 대신한 것처럼, 미래에는 인공지능이나 로봇 같은 외부 장치가 우리 뇌의 능력을 더욱 확장하는 시대가 올 것입니다. 이러한 변화를 주도하기 위해서는 우리 뇌가 어떤 부분에서 뛰어난지, 혹은 어떤 한계가 있는지를 명확히 파악하는 과정이 필수적입니다. 뇌의 작동 원리를 깊이 있게 이해할수록 우리는 더욱 정교한 보조 장비를 개발할 수 있으며, 이를 통해 모든 사람이 자신의 잠재력을 극대화하며 살아가는 새로운 세상을 맞이하게 될 것입니다. 생명체를 온전히 이해하기 위해서는 진화라는 관점을 빼놓을 수 없습니다. 스티븐 제이 굴드의 저서에서 강조하듯, 생명체가 어떻게 진화해 왔는지를 파악하는 것은 생명과학의 근간을 이루는 중요한 작업입니다. 우리가 뇌에 대해 얼마나 많은 정보를 알고 있는지를 판단하는 가장 확실한 기준 중 하나는 바로 '우리가 직접 만들 수 있는가'입니다. 아주 단순한 세포 하나로부터 실제 뇌와 유사한 조직을 만들어가는 과정은 뇌의 작동 방식을 이해하는 가장 직접적인 경로가 됩니다. 이러한 연구는 단순히 기술적인 성취를 넘어, 인간 지성의 본질이 무엇이며 우리가 뇌로부터 무엇을 배워야 하는지에 대한 깊은 통찰을 제공할 것입니다.

선웅

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[인생과학책 #4] 인생 과학영화 특집!

과학은 때로 영화라는 매체를 통해 우리에게 가장 강렬한 질문을 던집니다. 1999년 개봉한 영화 '매트릭스'는 우리가 인식하는 현실이 사실은 뇌로 전달되는 전기 신호에 불과할지도 모른다는 뇌과학적 화두를 던졌습니다. 주인공 네오가 가상 세계와 현실 사이를 오가며 겪는 혼란은 단순한 상상력을 넘어, 인간의 감각 체계가 어떻게 외부 세계를 해석하는지에 대한 과학적 고찰을 담고 있습니다. 이는 플라톤의 '동굴의 비유'처럼 오래된 철학적 질문을 현대 과학의 언어로 재해석한 명작으로 평가받습니다. SF 영화의 진정한 묘미는 미래 사회의 모습을 미리 엿보고 기술적 영감을 얻는 데 있습니다. '스타트렉' 시리즈는 1960년대라는 시대적 한계를 뛰어넘어 오늘날 우리가 일상적으로 사용하는 휴대폰이나 화상 통화 기술의 개념을 최초로 제안했습니다. 당시에는 거대한 무전기조차 생소했던 시절이었지만, 영화 속 상상력은 엔지니어들에게 새로운 목표를 제시하며 현실의 기술 발전으로 이어졌습니다. 미지의 영역을 탐구하고 불가능을 가능케 하려는 도전 정신은 과학과 공학이 지향해야 할 본질적인 가치를 잘 보여줍니다. 외계 지성체와의 만남을 다룬 영화 '컨택트'는 언어학과 물리학의 절묘한 조화를 보여줍니다. 이 영화는 고전역학적 사고방식에 익숙한 인류가 양자역학적 사고방식을 하는 외계 지성체와 소통하는 과정을 심도 있게 그려냅니다. 단순히 외계 지성체와의 전쟁을 다루는 기존의 SF 영화들과 달리, 사고방식의 차이가 어떻게 세계관의 변화를 가져오는지 철학적으로 접근합니다. 테드 창의 소설을 원작으로 한 이 작품은 미래를 인지하는 방식에 대한 새로운 시각을 제공하며, 과학이 인간의 인지적 한계를 어떻게 확장할 수 있는지 증명합니다. 기후 위기를 다룬 '투모로우'는 지구 온난화가 단순히 온도의 상승만을 의미하지 않는다는 사실을 경고합니다. 영화는 해류 순환의 중단으로 인해 오히려 급격한 빙하기가 찾아올 수 있다는 비가역적인 기후 변화의 가능성을 과학적 근거를 바탕으로 묘사했습니다. 눈보라에 뒤덮인 뉴욕의 풍경은 거대한 자연의 힘 앞에서 인간 문명이 얼마나 취약한지를 시각적으로 극명하게 보여줍니다. 이는 대중에게 환경 문제의 심각성을 일깨우는 동시에, 과학적 가설이 대중 매체를 통해 어떻게 사회적 메시지로 전달될 수 있는지를 잘 보여주는 사례입니다. 과학 영화는 복잡한 이론과 수식 속에 갇혀 있던 과학을 우리의 삶과 상상력의 영역으로 끌어내어 줍니다. 뇌과학부터 양자역학, 기후학에 이르기까지 영화 속 소재들은 우리가 세상을 바라보는 시야를 넓혀주는 훌륭한 길잡이가 됩니다. 영화적 상상력이 과학적 발견의 씨앗이 되고, 과학적 사실이 다시 영화의 탄탄한 서사가 되는 선순환은 인류의 지적 지평을 넓히는 데 기여합니다. 오늘 소개된 명작들을 통해 과학이 주는 경이로움을 다시 한번 느끼며, 우리 주변의 세계를 새로운 눈으로 탐구해 보시길 바랍니다.

박권, 박록진, 심원목, 이수영

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[술술과학] 실제 눈은 하나, 마음의 눈은 셋? | 카오스 브레인 오디세이(10)

영화 '레인맨'의 실제 모델인 킴 픽은 서번트 증후군의 대표적인 사례로 꼽힙니다. 그는 선천적인 유전 질환으로 인해 좌뇌와 우뇌를 잇는 뇌량이 손상된 상태로 태어났지만, 오히려 그 덕분에 독특한 천재성을 발휘했습니다. 만여 권의 책 내용을 암기하고 양쪽 눈으로 서로 다른 페이지를 동시에 읽어내는 그의 능력은 뇌의 정보 처리 방식이 얼마나 신비로운지를 보여줍니다. 일반적인 뇌가 정보를 통합하여 하나의 이미지를 만드는 것과 달리, 그의 뇌는 각 반구가 독립적으로 작동하며 방대한 데이터를 처리했던 것입니다. 시각 장애 중에는 '맹시'라고 불리는 기이한 현상이 존재합니다. 이는 안구의 문제가 아니라 뇌졸중 등으로 시각 피질이 손상되어 앞을 전혀 보지 못한다고 느끼는 환자가, 실제로는 사물의 위치를 파악하거나 특정 동작을 수행하는 현상을 말합니다. 일산화탄소 중독으로 시력을 잃은 다이앤은 연필을 정확히 낚아채거나 편지함의 좁은 틈에 편지를 완벽하게 집어넣어 세상을 놀라게 했습니다. 이는 환자가 의식적으로는 사물을 인지하지 못하더라도, 뇌의 특정 경로가 여전히 시각 정보를 받아들여 신체 활동을 제어하고 있음을 시사합니다. 우리 뇌의 시각 정보는 크게 세 갈래의 경로로 나뉩니다. 진화적으로 오래된 '오래된 경로(뇌간 경로)'는 본능적이고 무의식적인 생존 행동을 담당합니다. 반면 영장류에서 발달한 '새로운 경로'는 시각 피질을 거쳐 다시 두 갈래로 갈라집니다. 사물의 정체를 파악하는 'What 경로'와 사물의 위치 및 조작을 담당하는 'How 경로'가 그것입니다. 이 세 경로는 각기 다른 역할을 수행하며 조화를 이루지만, 때로는 독립적으로 작동하여 우리가 의식하지 못하는 사이에도 정교한 움직임을 가능하게 만듭니다. 뇌 속의 보이지 않는 좀비가 우리 몸을 움직이는 셈입니다. 시각적 착시는 우리의 의식과 무의식이 어떻게 충돌하는지 보여주는 흥미로운 사례입니다. 화살표 방향에 따라 선분의 길이가 달라 보이는 착시 현상에서, 우리의 눈은 길이를 잘못 판단하지만 물건을 잡으려는 손가락의 폭은 실제 길이에 맞춰 정확하게 벌어집니다. 이는 의식적인 인지를 담당하는 경로가 착시에 속더라도, 행동을 제어하는 무의식적 경로는 진실을 꿰뚫어 보고 있음을 의미합니다. 우리는 종종 스스로의 의지로 행동한다고 믿지만, 실제로는 뇌 속의 무의식적 시스템이 감각의 오류를 넘어 정교하게 몸을 움직이고 있는 것입니다. 뇌과학의 발전은 우리가 어렴풋이 느끼던 무의식의 세계를 과학적으로 증명해내고 있습니다. 영화 '스타워즈'의 포스나 '매트릭스'의 대사처럼, 길을 아는 것과 그 길을 걷는 것의 차이는 우리 뇌의 복잡한 시각 체계에서 기인합니다. 상상이란 '거꾸로 달리는 시각'이라는 말처럼, 우리는 기억과 환각, 꿈을 통해 현실 너머의 세계를 경험합니다. 세 갈래의 시각 경로가 만들어내는 이 복잡한 조화는 인간이 단순히 정보를 처리하는 기계를 넘어, 창의성과 상상력을 발휘하는 존재가 되게 하는 근원입니다. 우리의 뇌는 여전히 우리가 알지 못하는 거대한 무의식의 심연을 품고 있습니다.

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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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[카오스 술술과학] 발을 성기로 착각한 남자 | 카오스 브레인 오디세이(7)

환상 사지(Phantom Limb)는 사고나 수술로 신체의 일부가 소실되었음에도 불구하고 여전히 그 부위가 존재하는 것처럼 생생하게 느끼는 현상을 말합니다. 이는 단순한 심리적 환각이 아니라, 사지 절단 환자의 약 90%가 실제로 경험할 정도로 흔하게 관찰되는 신경학적 상태입니다. 팔다리뿐만 아니라 맹장, 유방, 심지어 성기에서도 이러한 감각이 보고되곤 합니다. 더욱 놀라운 점은 존재하지 않는 부위에서 칼로 베는 듯한 환상통을 느끼기도 한다는 것인데, 이는 우리 뇌가 호문쿨루스를 어떻게 인식하고 관리하는지에 대한 깊은 의문을 던집니다. 영국의 위대한 해군 제독 넬슨은 전투 중 오른팔을 잃은 뒤에도 손바닥을 후벼 파는 듯한 고통에 시달렸으며, 이를 '감각의 유령'이라 부르며 영혼의 존재에 대한 증거로 보았습니다. 과거 과학자들은 이 현상을 설명하기 위해 프로이트의 소망 충족 가설이나 잘려 나간 말초 신경의 자극 등을 원인으로 꼽았습니다. 하지만 말초 신경 부위를 치료하거나 심지어 추가로 절단해도 통증이 사라지지 않는 사례가 빈번하게 발견되었습니다. 결국 현대 뇌과학의 발전과 함께 문제의 근본적인 원인을 말초 신경이 아닌 뇌 자체의 구조적 변화와 재배선 과정에서 찾기 시작했습니다. 캐나다의 신경외과 의사 펜필드는 뇌의 특정 부위가 몸의 각 부위와 연결되어 있다는 '호문쿨루스'를 정립했습니다. 이 호문쿨루스는 실제 신체의 비율과는 달리 손가락이나 입술처럼 감각이 예민한 부위가 훨씬 넓은 면적을 차지합니다. 흥미로운 점은 호문쿨루스상에서 얼굴과 손, 혹은 발과 성기처럼 서로 인접한 부위들이 존재한다는 사실입니다. 신체 일부가 사라지면 해당 영역을 담당하던 뇌세포들이 인접한 영역의 자극에 반응하도록 촉수를 뻗어 재배선됩니다. 이 과정에서 얼굴을 만질 때 환상 사지의 감각을 동시에 느끼는 기묘한 현상이 발생하게 됩니다. 인도의 신경과학자 라마찬드란 박사는 발에서 강렬한 성적 쾌감을 느끼는 환자의 사례를 통해 뇌 가소성을 증명했습니다. 호문쿨루스에서 발과 성기 영역이 가깝게 붙어 있기 때문에 발생하는 이 현상은, 뇌가 환경 변화에 따라 끊임없이 호문쿨루스를 수정하는 유연한 기관임을 보여줍니다. 이러한 특성은 외부 도구를 신체의 일부로 확장하여 인식하는 능력으로도 이어집니다. 우리가 운전할 때 차체를 내 몸처럼 느끼거나, 스마트폰이 없으면 불안감을 느끼는 것도 뇌가 외부 대상을 자아의 영역으로 받아들이기 때문입니다. 결론적으로 뇌가 만들어내는 '나'라는 존재는 고정불변의 실체가 아니라, 상황과 환경에 따라 끊임없이 요동치고 변화하는 적응의 결과물입니다. 환상 사지나 유체 이탈 경험, 그리고 도구와의 일체감은 모두 변화하는 환경 속에서 생존하기 위해 뇌가 스스로를 재구성하는 과정이라 할 수 있습니다. 우리는 뇌의 이러한 유연한 속성 덕분에 도구를 다루며 문명을 건설하고 진화해 올 수 있었습니다. 보이지 않는 고통과 기묘한 감각들은 역설적으로 인간의 뇌가 얼마나 경이로운 생명력과 적응력을 가진 존재인지를 증명하는 소중한 과학적 단서가 됩니다.

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[카오스 술술과학] 뇌 건강: 뇌에 발을 달자?! | 카오스 브레인 오디세이(6)

무라카미 하루키는 자신의 묘비명에 '적어도 끝까지 걷지는 않았다'라고 적고 싶어 할 만큼 달리기에 진심인 작가입니다. 비단 하루키뿐만 아니라 역사 속 수많은 천재들도 걷기와 달리기를 통해 영감을 얻었습니다. 다윈은 집 주변에 '생각하는 길'을 만들어 매일 산책했고, 아인슈타인은 자전거를 타다 상대성 이론의 실마리를 찾았습니다. 스티브 잡스와 마크 저커버그 역시 산책하며 회의하는 것을 즐겼습니다. 이처럼 위대한 성취를 이룬 이들이 운동에 열광한 이유는 그것이 단순한 운동을 넘어 뇌 기능을 극대화하는 열쇠였기 때문입니다. 운동은 신경 세포 생산을 촉진하며, 특히 기억을 담당하는 해마의 활성화를 돕습니다. 뇌과학에서는 학습을 머릿속에 새로운 길을 내는 과정으로, 기억을 그 길을 자주 다니는 상태로 비유합니다. 운동은 이러한 신경 세포 사이의 연결인 시냅스를 강화하여 학습과 기억의 효율을 비약적으로 높여줍니다. 실제로 걷거나 움직이며 창의성 검사를 받은 이들이 앉아 있는 이들보다 60% 더 높은 성적을 거두었다는 연구 결과도 있습니다. 따라서 아이들에게 무엇을 가르칠지 고민하기보다 마음껏 뛰어놀게 하는 것이 학습 능력을 키우는 더 현명한 방법이 될 수 있습니다. 나이가 들면 신경 세포가 더 이상 생성되지 않는다는 통념과 달리, 뇌는 평생에 걸쳐 재생될 수 있습니다. 활발한 운동은 새로운 신경 세포를 지속적으로 만들어 뇌의 노화를 늦추는 결정적인 역할을 합니다. 놀라운 점은 일주일에 5일 정도, 하루 30분 이상 걷는 것만으로도 치매 발생률을 40%나 낮출 수 있다는 사실입니다. 이는 어떤 약물로도 달성하기 힘든 경이로운 수치입니다. 만일 이러한 효과를 내는 약물이 발매되었다면 노벨상 후보로 거론될 만큼 강력한 효능을 지닌 셈입니다. 운동은 노년의 삶을 지키는 가장 강력하고 경제적인 예방책입니다. 현대인의 고질병인 스트레스와 우울증 관리에도 운동은 탁월한 처방전이 됩니다. 우리 뇌가 위협을 느끼면 편도체가 활성화되어 코르티솔을 분비하는데, 운동은 이러한 스트레스 반응에 대한 내성을 키워주는 예방 접종 역할을 합니다. 특히 운동은 감정을 조절하는 전두엽과 폭주하는 편도체 사이의 연결망을 강화하여 이성적인 통제를 가능하게 합니다. 이는 전두엽이 아직 미성숙한 청소년기의 불안감을 해소하는 데에도 큰 도움을 줍니다. 또한 운동은 신경 세포 손상을 유발하는 우울증의 악순환을 끊고, 뇌의 크기를 회복시키며 정서적 안정을 되찾아주는 효과가 있습니다. 뇌 건강을 위한 운동의 핵심은 꾸준함에 있습니다. 일주일에 적어도 세 번, 한 번에 40분 이상 걷거나 달리는 습관을 6개월 이상 유지하는 것이 중요합니다. 이때 도파민, 세로토닌, 엔도르핀 같은 행복 호르몬이 분비되어 뇌에 황홀감을 선사합니다. 이는 과거 인류가 생존을 위해 사냥감을 추적하던 시절부터 이어진 보상 체계의 산물입니다. 의학의 아버지 히포크라테스는 2,400년 전 이미 걷는 것이 최고의 약물이라고 강조했습니다. 지금 당장 운동화를 신고 밖으로 나가는 작은 실천이, 6개월 후 여러분의 몸과 뇌를 완전히 다른 차원으로 변화시킬 것입니다.

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[카오스 술술과학] 사랑과 죽음의 기원 : ‘두뇌 속의 폭풍’ - Love in My Brain | 카오스 브레인 오디세이(4)

우리가 누군가와 사랑에 빠질 때, 우리의 뇌는 사랑하는 대상을 자신의 일부로 받아들입니다. 이는 단순한 감정의 변화를 넘어 뇌 속에서 일어나는 강렬한 전기화학적 폭풍과 같습니다. 뇌는 사랑이라는 환상을 붙잡고 이를 생생한 현실로 구현하며, 연인과 하나가 되는 경험을 선사합니다. 그래서 사랑하는 사람을 잃는 고통은 뇌에게 자아의 일부를 도려내는 것과 같은 물리적인 아픔으로 다가옵니다. 이 작은 공간에서 우리의 가장 내밀한 이야기가 시작되고, 때로는 미래에 대한 기대와 죽음에 대한 공포가 현재로 끌어당겨지기도 합니다. 인간의 뇌는 단순히 정보를 처리하는 기계를 넘어 정교한 이야기를 만들어내는 스토리텔링의 전문가입니다. 사랑이라는 감정 역시 뇌가 순식간에 구축한 생생한 가상현실이자 증강현실이라 할 수 있습니다. 우리는 때로 상대방의 실체보다 뇌가 만들어낸 환상을 사랑하기도 하며, 이러한 과정에서 숭고한 희생부터 집착에 이르는 다양한 사랑의 스펙트럼이 나타납니다. 결국 우리가 느끼는 모든 관계의 서사는 뇌가 생존과 적응을 위해 설계한 정교한 시뮬레이션의 결과물이며, 인간은 이를 통해 자신만의 세상을 구축해 나갑니다. 현대 뇌과학은 인간이 오랫동안 믿어온 자아와 의식, 심지어 영혼마저도 뇌가 만들어낸 착각일 수 있다고 경고합니다. 과거 지동설과 진화론이 인간의 자존심에 상처를 주었듯, 뇌과학은 우리가 신적인 존재가 아닌 생물학적 메커니즘에 종속된 존재임을 시사합니다. 자유의지나 절대자에 대한 믿음조차 종의 생존을 위해 뇌가 발명한 도구일지 모른다는 가설은 인류에게 거대한 화두를 던집니다. 이는 인간을 자연의 주인공이 아닌 관찰자로 겸허하게 되돌려 놓으며, 우리가 가진 믿음의 영역이 진화의 산물임을 깨닫게 합니다. 인간의 뇌는 시간을 수직적으로 인식하며 과거의 기억과 미래의 예측을 현재로 불러들입니다. 이러한 시뮬레이션 능력 덕분에 우리는 미래의 죽음을 미리 인지하고 공포를 느낍니다. 죽음은 모든 생명체가 겪는 생물학적 숙명이지만, 이를 시뮬레이션하여 '사후의 삶'이나 '영원한 사랑' 같은 거대 담론을 만들어내는 것은 오직 인간뿐입니다. 죽음의 공포는 미래 전략을 수립하기 위해 지불해야 하는 진화적 비용이며, 뇌는 이 비극적인 이야기를 통해 삶의 의미를 역설적으로 강화합니다. 시간은 흐르는 것이 아니라 뇌가 쌓아 올린 기억의 블록인 셈입니다. 비록 인간이 유전 정보를 실어 나르는 생체 로봇에 불과할지라도, 우리는 자신의 한계를 자각하고 자연의 암호를 해석할 수 있는 특별한 존재입니다. '메멘토 모리'를 통해 죽음을 기억하고 현재의 소중함을 깨닫는 '카르페 디엠'의 자세는 뇌의 시뮬레이션 능력이 선사한 최고의 지혜입니다. 과학은 우리가 우주 속에서 얼마나 하찮은 존재인지 깨닫게 하지만, 동시에 그 하찮음을 인지할 수 있을 만큼 똑똑하다는 사실이 인간의 가치를 증명합니다. 우리는 본능에 저항하며 스스로 의미를 창조하고, 광활한 우주 속에서 우리만의 철학을 세워나가는 유일한 존재입니다.

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[카오스 술술과학] 꿈과 마음의 기원 : ‘뇌 안에 너 있다’ | 카오스 브레인 오디세이(3)

수전 그린필드의 저서 '브레인 스토리'에 등장하는 세라의 사례는 뇌의 신비로움을 극명하게 보여줍니다. 뇌종양 수술 중 언어 중추를 보호하기 위해 깨어 있는 상태로 수술을 받는 과정에서, 우리는 뇌 자체가 통증을 느끼지 못한다는 놀라운 사실을 발견합니다. 수술실에서 목격된 뇌의 실체는 혈관이 얽힌 크림색의 맥동하는 덩어리에 불과했지만, 그 말랑말랑한 뇌 조직 안에는 한 사람의 성격과 마음, 그리고 존재 전체가 담겨 있었습니다. 인간의 모든 정신 활동이 이 작은 물리적 실체로부터 비롯된다는 점은 뇌과학이 우리에게 던지는 가장 근본적인 화두입니다. 우리는 흔히 눈으로 세상을 본다고 생각하지만, 실제로는 뇌가 편집한 영상을 보고 있는 것에 가깝습니다. 뇌는 외부의 감각 신호를 있는 그대로 받아들이기보다 생존에 유리한 방식으로 재구성하고 해석합니다. 이러한 메커니즘은 우리가 눈을 감고도 사랑하는 이의 얼굴을 떠올리거나, 꿈속에서 생생한 시각적 경험을 하는 이유를 설명해 줍니다. 특히 꿈은 시각 정보 처리 방향이 평소와 반대로 뒤집힌 상태로, 뇌가 스스로 만들어낸 영상을 내부적으로 투사하는 과정입니다. 결국 우리가 마주하는 현실은 뇌라는 정교한 장치가 만들어낸 일종의 시뮬레이션인 셈입니다. 마음의 기원을 이해하기 위해서는 진화의 역사를 거슬러 올라가야 합니다. 진화 심리학적 관점에서 마음은 먼 과거의 환경에서 조상들이 직면했던 생존의 문제들을 해결하기 위해 자연 선택에 의해 설계된 심리적 장치들의 집합체입니다. 뇌는 진화 과정을 거치며 생존을 위한 본능에서 시작해 감정과 기억을 거쳐, 미래를 계획하는 고도의 사고 능력으로 확장되었습니다. 이러한 발달 과정은 우주가 최초로 자기 자신을 인식하게 된 계기가 되었으며, 장구한 시간 속에서 서서히 떠오른 생명 활동의 정수라고 할 수 있습니다. 인간의 뇌는 파충류의 뇌, 포유류의 뇌, 그리고 인간의 뇌라는 세 층위가 조화롭게 통합된 구조를 가지고 있습니다. 생존과 직결된 뇌간과 소뇌, 감정과 기억을 담당하는 변연계, 그리고 미래 전략을 수립하는 대뇌 피질은 각각 현재, 과거, 미래의 정보를 처리하며 인간의 의식을 형성합니다. 이러한 삼위일체 뇌 구조는 인간 특유의 복잡한 감정인 '사랑'에서도 잘 나타납니다. 단순한 번식 본능과 정서적 유대, 그리고 상대에 대한 깊은 이해와 미래에 대한 약속이 결합하여 비로소 온전한 인간적 사랑으로 진화하게 된 것입니다. 플라톤의 '동굴의 비유'처럼 우리의 뇌는 두개골이라는 어두운 동굴 속에 갇힌 채 외부 세계를 지각합니다. 뇌가 현실을 곧이곧대로 받아들이지 않고 의도적으로 왜곡하거나 변형하는 이유는 그것이 생존에 더 유리했기 때문입니다. 이 과정에서 과거와 현재, 미래를 하나의 이미지로 통합하고 통제하는 '자아'라는 강력한 환상이 탄생했습니다. 자아는 뇌가 생존을 위해 만들어낸 상징적인 리더이며, 우리는 이 가상의 존재를 통해 세상을 살아가고 사랑을 나눕니다. 1.4kg의 뇌가 엮어내는 복잡한 패턴이 곧 우리의 마음이자 존재의 본질인 것입니다.

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[석학인터뷰] '나눔의 과학' | 카오스재단 5주년 기념

과학은 단순히 개별 학자의 연구 결과가 아니라, 인류 전체가 함께 만들어가는 거대한 집단지성의 산물입니다. 전문적인 지식을 생산하는 것만큼이나 중요한 것은 그 지식을 대중과 어떻게 공유하고 소통하느냐에 달려 있습니다. 지식의 공유는 한 사회의 과학적 수준을 결정짓는 핵심적인 척도가 되며, 이를 통해 우리는 세상을 바라보는 더 넓은 시야를 갖게 됩니다. 과학적 사고를 통해 우리 주변에서 일어나는 현상들의 본질을 이해하려는 노력은 단순히 지적 호기심을 충족시키는 것을 넘어, 우리 삶의 방식과 태도에 긍정적인 변화를 불러일으키는 강력한 동력이 됩니다. 많은 이들이 사춘기 시절 존재의 이유와 목적에 대해 고민하며 불안함을 느끼곤 합니다. 과학은 이러한 막연한 질문들에 대해 논리적인 답을 찾아가는 과정을 제공함으로써 정서적 안정감과 집중할 수 있는 동기를 부여합니다. 처음에는 이공계 위기를 극복하고 인재를 양성하려는 목적으로 시작된 과학 소통의 노력이, 이제는 대중과 교감하는 즐거움과 보람으로 확장되고 있습니다. 과학을 알리는 일은 학자의 부수적인 업무가 아니라 사회적 책임을 다하는 가장 중요한 활동 중 하나이며, 이는 우리 사회가 더 건강하고 합리적인 방향으로 나아가는 데 기여하는 밑거름이 됩니다. 긴 시간 동안 강연에 집중하며 과학적 지식을 갈구하는 대중의 모습은 연구자들에게 큰 감동과 영감을 줍니다. 타인을 위해 자신의 지식과 재능을 나누는 행위는 뇌과학적으로도 긍정적인 호르몬을 분비시켜 기부자 본인에게 큰 즐거움과 건강을 선사한다는 사실이 밝혀져 있습니다. 과학과 기술의 발전이 인류의 행복에 기여하는지에 대해서는 다양한 논쟁이 있을 수 있지만, 분명한 것은 더 많은 사람이 과학을 이해하고 관심을 가질수록 우리의 삶은 더욱 긍정적인 방향으로 나아갈 것이라는 점입니다. 과학적 이해는 결국 우리를 더 나은 미래로 안내하는 가장 확실한 이정표가 되어줄 것입니다.

권준수, 김상욱, 박록진, 이정은, 이현숙, 천정희

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[카오스 술술과학] 마음의 기원, 퀄리아 | 카오스 브레인 오디세이(2)

뇌과학은 탐구의 대상인 동시에 주체인 뇌를 다루는 독특한 학문입니다. 우주 과학자들에게 다중 우주가 금기어이듯, 뇌과학자들에게 자아나 의식, 영혼과 같은 단어는 오랫동안 조심스러운 영역이었습니다. 하지만 뇌가 우리가 이해할 수 있을 만큼 단순했다면 우리는 결코 뇌를 이해할 수 없었을 것입니다. 역설적으로 뇌의 복잡성 덕분에 우리는 이 신비로운 기관을 탐구할 가능성을 얻게 됩니다. 주관적 경험의 실체를 밝히려는 노력은 현대 과학의 가장 거대한 도전이며, 우리는 여전히 그 해답을 찾기 위해 뇌라는 현장을 탐색하는 탐정과도 같습니다. 정신의 근원을 찾으려는 노력은 고대부터 뇌와 심장의 대결로 이어져 왔습니다. 히포크라테스와 데모크리토스는 뇌를 지성의 파수꾼으로 보았지만, 플라톤은 정신이 물질과는 별개인 이데아계에 존재한다고 믿었습니다. 그의 제자 아리스토텔레스에 이르러 정신은 뇌와 결별하고 심장에 깃들게 됩니다. 그는 심장을 신체의 아크로폴리스라 부르며 감정과 관념의 발생지로 여겼고, 뇌는 단지 심장의 열기를 식히는 냉각 장치에 불과하다고 생각했습니다. 이러한 철학적 흐름은 중세를 거치며 영혼의 시대로 이어졌고, 육체와 영혼을 분리하여 생각하는 관점이 지배적인 위치를 차지하게 되었습니다. 근세에 들어서며 정신의 주도권은 다시 물질과 뇌로 옮겨오기 시작했습니다. 레오나르도 다 빈치는 의식이 뇌와 직결된다고 보았고, 데카르트는 송과체를 영혼의 거처로 지목하면서도 신체와 정신을 분리했습니다. 그러나 스피노자와 존 로크를 거쳐 "나는 육체다, 고로 나는 생각한다"라고 외친 볼테르에 이르러 정신은 신체의 관념으로 정의되었습니다. 19세기 말 오귀스트 포렐은 영혼과 살아있는 뇌의 활동이 하나임을 선언했습니다. 결국 인류의 탐구사는 영혼에서 물질로, 심장에서 뇌로 그 중심점이 이동해 온 과정이라 할 수 있습니다. 마음의 기원을 이해하기 위한 핵심 열쇠는 '퀄리아(Qualia)'라는 주관적 느낌에 있습니다. 사과의 빨간색은 사과 자체의 속성이 아니라, 700nm의 전자기파를 우리 뇌가 지각하는 방식일 뿐입니다. 이처럼 오감을 통해 느끼는 모든 감각은 뇌가 만들어낸 주관적 해석입니다. 놀랍게도 고통이나 슬픔, 기쁨과 같은 감정, 그리고 과거의 기억조차도 뇌가 신경 세포의 연결 패턴을 통해 만들어내는 일종의 환영이자 퀄리아입니다. 언어의 해상도가 감정의 깊이를 다 담아내지 못할 만큼, 퀄리아는 우리 내면에서 매우 집요하고 생생하게 작동하며 우리의 내면세계를 구성합니다. 노벨상 수상자 제럴드 에델만은 뇌가 만들어낸 이 가상의 세계를 '세컨 네이처(Second Nature)'라고 불렀습니다. 이는 있는 그대로의 자연을 토대로 우리 뇌가 재구성한 두 번째 자연이며, 곧 우리의 의식이자 마음입니다. 우리는 외부 세계의 자극에 반응하며 자신만의 독특한 기억과 감정의 소용돌이를 경험합니다. 똑같은 영상을 보더라도 사람마다 다른 퀄리아를 느끼는 이유는 각자의 자아가 투영되기 때문입니다. 결국 뇌라는 회백질의 정원에서 우리는 영혼이라는 신비로운 나비를 찾는 여정을 계속하고 있는 셈입니다.

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[카오스 술술과학] 뉴런, 도대체 왜 이렇게 생긴거야? | 카오스 브레인 오디세이(1)

모든 생명체의 기본 단위는 세포이지만, 뇌와 신경계를 구성하는 신경세포인 뉴런은 그 형태부터가 매우 독특합니다. 19세기 후반 스페인의 신경학자 산티아고 라몬 이 카할은 현미경을 통해 이 기묘한 세포들을 관찰하며 3,000점이 넘는 세밀한 그림을 남겼습니다. 그는 뉴런이 마치 생체 전깃줄처럼 전기 신호를 전달하는 역할을 한다고 추측했습니다. 머리카락 지름의 50분의 1도 안 되는 가느다란 돌기들이 정보를 전달하기 위해 최적화된 구조를 갖추고 있다는 사실은 현대 뇌과학의 위대한 출발점이 되었습니다. 20세기 초 뇌과학계는 뉴런의 존재 여부를 두고 거대한 논쟁에 휩싸였습니다. 카할은 뇌가 독립된 뉴런들로 구성되어 있다는 '뉴런 독트린'을 주장한 반면, 카밀로 골지는 뇌가 거대한 그물처럼 연결된 네트워크 구조라는 '신경 그물설'을 고수했습니다. 흥미롭게도 두 사람은 1906년 노벨 생리의학상을 공동 수상하는 영광을 안았지만, 시상식장에서도 서로의 이론이 옳다며 치열하게 대립했습니다. 이 논쟁은 단순히 세포의 형태를 넘어, 부분을 통해 전체를 설명하려는 환원주의와 전체적인 연결성을 강조하는 관점의 충돌이기도 했습니다. 뇌의 기능을 바라보는 시각은 특정 부위가 특정 역할을 수행한다는 국소주의와 전체가 협력한다는 분산주의로 나뉩니다. 18세기 말 프란츠 갈이 제창한 골상학은 두개골의 모양으로 성격과 지능을 파악할 수 있다는 국소주의적 발상에서 시작되었습니다. 이후 폴 브로카가 언어를 담당하는 '브로카 영역'을 발견하면서 국소주의는 정점에 달했습니다. 비록 골상학은 과학적 근거가 부족한 것으로 판명되었지만, 뇌의 각 부위가 고유한 기능을 담당한다는 생각은 현대 뇌과학의 중요한 한 축을 형성하며 발전해 왔습니다. 시간이 흐르며 뇌를 이해하기 위해서는 개별 뉴런뿐만 아니라 그들의 연결 패턴인 네트워크에 주목해야 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 1940년대 도널드 헵은 학습과 기억의 본질이 개별 뉴런의 활동이 아닌, 뉴런들이 서로 연결된 신경망의 변화에 있음을 입증했습니다. 이는 빛이 입자이면서 동시에 파동인 것처럼, 뇌 역시 뉴런이라는 기본 단위와 네트워크라는 활동 체계가 공존하는 복잡계임을 시사합니다. 결국 뇌는 국소적인 기능 수행과 전체적인 협력이 조화를 이루는 역동적인 시스템인 셈입니다. 인간의 뇌에는 약 천억 개의 뉴런이 존재하며, 이들이 형성하는 수백 조 개의 시냅스 연결망을 '커넥톰'이라 부릅니다. 이 거대한 지도는 한 개인의 정체성을 결정하는 핵심적인 요소로 평가받습니다. 20세기가 우주 정복의 시대였다면, 21세기는 인류 최후의 미스터리인 뇌를 탐험하는 '브레인 오디세이'의 시대입니다. 소우주와도 같은 뇌의 복잡한 매트릭스 속에서 자아와 의식이 어떻게 탄생하는지 탐구하는 여정은, 우리가 누구인지에 대한 근원적인 해답을 찾는 과정이 될 것입니다.

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[카오스 술술과학] 뇌 시리즈 '카오스 브레인 오디세이' 시작

생명체의 기본 단위가 세포이듯, 뇌와 신경계의 기본 단위는 뉴런입니다. 뉴런은 일반적인 세포와 달리 세포체, 수상돌기, 축삭돌기라는 독특한 구조를 가지고 있어 마치 외계 생명체나 복잡한 전선망처럼 보입니다. 이러한 구조는 신호를 효율적으로 전달하기 위한 최적의 형태입니다. 뉴런들이 서로 연결되는 지점인 시냅스를 통해 감각과 운동 신호가 오가며, 인간의 뇌는 거대한 연결망을 형성하여 신체를 정교하게 통제합니다. 식물과 달리 동물에게 뇌가 존재하는 근본적인 이유는 바로 움직임에 있습니다. 동물이 진화하며 움직임이 다양해짐에 따라 신경계도 함께 복잡해졌고, 여러 감각기관이 집중된 머리 부분에서 신경조직이 고도로 발달하며 뇌가 탄생했습니다. 인간의 뇌는 이 복잡한 신경계를 통제하는 사령탑 역할을 수행합니다. 뇌는 크게 네 부분으로 구분되며, 각 부위는 생명 유지부터 고차원적인 사고에 이르기까지 저마다의 고유한 기능을 담당하며 유기적으로 작동합니다. 뇌의 하단에 위치한 뇌간은 호흡과 순환 등 생명 유지를 위한 가장 원시적이고 필수적인 기능을 수행합니다. 그 뒤편의 소뇌는 운동 조절과 기억을 담당하여 우리가 자전거나 피아노를 익숙하게 다룰 수 있게 돕습니다. 한편, 뇌의 중심부에 있는 간뇌는 감각과 운동 정보를 분류하여 전달하는 역할을 하며, 체내 항상성을 유지하고 호르몬 분비를 조절합니다. 이처럼 뇌의 하부 구조들은 우리가 의식하지 않아도 생존에 필요한 기본적인 조건들을 완벽하게 조율합니다. 뇌의 대부분을 차지하는 대뇌는 감정을 담당하는 변연계와 사고를 담당하는 대뇌피질로 나뉩니다. 변연계의 해마와 편도체는 기억과 감정을 연결하여 과거의 경험을 생존 전략으로 활용하게 합니다. 반면 대뇌피질은 이를 바탕으로 미래의 전략을 세우고 행동을 결정합니다. 특히 전두엽은 정보를 종합해 판단하는 핵심적인 역할을 하며, 나머지 부위들은 각각 감각, 언어, 시각 정보를 처리합니다. 이러한 구조를 통해 인간은 현재를 넘어 과거와 미래로 의식을 확장합니다. 뇌는 수많은 뉴런과 시냅스가 얽혀 있는 복잡한 조직이지만, 각 부위가 개별적인 역할을 수행하면서도 긴밀하게 협력하는 유기적인 체계입니다. 우리는 뇌를 통해 자아를 형성하고 세상을 인식하지만, 역설적으로 뇌 자체에 대해 우리가 알고 있는 지식은 여전히 매우 적습니다. 뇌는 인류에게 남겨진 마지막 미개척지와 같습니다. 이 신비로운 사령탑을 이해하려는 노력은 곧 인간 본연의 가치와 존재의 의미를 찾아가는 여정이 될 것입니다.

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[석학인터뷰] 송민령_여자의 뇌와 남자의 뇌 따윈 없다! | 2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體'

뇌과학은 흔히 머릿속의 뇌만을 연구하는 학문으로 생각하기 쉽지만, 실제로는 몸 전체에 퍼진 신경계 전반을 다루는 신경과학의 영역입니다. 이는 생물학을 기초로 하며 심리학, 정신의학, 인지과학 등 인간의 마음을 탐구하는 다양한 학문과 밀접하게 연결되어 있습니다. 최근에는 인공지능 기술이 뇌의 신경망을 모방하여 발전함에 따라, 뇌공학이 뇌과학에 새로운 영감을 제공하고 방대한 데이터를 분석하는 데 핵심적인 역할을 수행하며 학문 간의 상호작용이 더욱 활발해지고 있습니다. 현대 뇌과학은 기술의 비약적인 발전으로 과거 특정 영역에 국한되었던 연구에서 벗어나, 수많은 신경세포의 활동을 동시에 관찰하고 정밀하게 조절하는 단계에 이르렀습니다. 이제는 뇌를 넘어 우리 몸 전체로 뻗어 나가는 신경계를 통합적으로 바라보는 연구가 주를 이루고 있으며, 이 과정에서 발생하는 막대한 데이터를 해석하기 위한 이론적 연구도 중요해지고 있습니다. 특히 인간의 정신 작용과 신체의 상호작용이 밝혀지면서, 로봇공학과의 협업을 통해 인간의 의식과 감정을 더욱 깊이 있게 이해하려는 시도가 이어지고 있습니다. 우리가 흔히 접하는 성별에 따른 뇌의 차이가 따로 있다는 주장은 과학적 근거가 부족한 대표적인 오해 중 하나입니다. 뇌 연구 결과에 따르면 성별에 따른 차이는 유전적 요인보다 환경적, 문화적 요인에 의해 훨씬 더 큰 영향을 받습니다. 성호르몬조차 고정된 것이 아니라 개인이 처한 문화와 경험에 따라 변화할 수 있다는 사실은 뇌가 주변 환경에 적응하며 끊임없이 변화하는 유연한 존재임을 시사합니다. 따라서 생명을 고정불변의 실체로 보기보다는 환경과의 끊임없는 상호작용 속에서 이해하는 태도가 필요합니다. 도파민은 예상치 못한 보상이 주어졌을 때 분비되어 우리의 선택과 동기부여에 결정적인 영향을 미치는 신경전달물질입니다. 이는 단순히 즐거움을 주는 것에 그치지 않고, 무언가를 배우고 기억하며 새로운 영역을 탐험하게 만드는 원동력이 됩니다. 하지만 도파민의 작용은 긍정적인 학습뿐만 아니라 충동적인 행동이나 습관 형성에도 깊이 관여합니다. 특히 마약성 약물은 이러한 도파민 체계를 인위적으로 조절하여 뇌를 중독이라는 병리적인 상태로 몰아넣기 때문에, 뇌가 스스로를 통제하기 힘든 상태가 되지 않도록 주의해야 합니다. 결국 뇌과학은 단순히 신체 기관을 연구하는 것을 넘어, 나 자신과 타인, 그리고 인간이라는 존재 전체를 깊이 있게 이해하도록 돕는 학문입니다. 자아나 자유의지가 고정된 실체라기보다 우리 삶을 지탱하는 기능적 작용에 가깝다는 통찰은 우리가 어떻게 함께 살아가야 할지에 대한 중요한 질문을 던집니다. 뇌과학을 통해 얻은 인간에 대한 깊은 이해가 사회 전반에 확산될 때, 우리는 비로소 서로를 더 포용하고 존중하는 인간적인 사회를 만들어 나갈 수 있을 것입니다.

송민령

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[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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