과학 포털 iKAOS

12 Contents

[인터뷰] 이대한 _ 인간의 뇌는 앞으로도 커진다? | 2022 '진화가 필요한 순간'

멸종한 인류의 마음을 직접 들여다보는 것은 불가능에 가깝지만, 우리는 현존하는 친척인 침팬지나 보노보 같은 영장류와의 비교를 통해 그 단서를 찾을 수 있습니다. 인지신경과학적 관점에서 뇌와 마음의 상관관계를 분석하고, 다른 영장류와 차별화된 지점을 발견한다면 그것이 바로 인간 진화의 핵심일 것입니다. 이러한 연구는 인간만이 가진 독특한 인지적 특성이 언제, 어떻게 출현했는지 규명하는 중요한 출발점이 됩니다. 과거 인류의 감정과 마음을 추정하는 또 다른 방법은 그들이 남긴 문화적 산물을 살피는 것입니다. 그림, 음악, 그리고 종교와 같은 고도의 문화적 산물은 단순한 생존 이상의 가치를 추구했음을 보여줍니다. 이러한 산물이 존재하지 않던 시절의 인류와 그 이후의 인류는 분명 다른 마음의 구조를 가졌을 것입니다. 우리는 유물을 통해 보이지 않는 마음의 진화 과정을 간접적으로나마 재구성하며 인류의 정신사를 이해할 수 있습니다. 미래에 더 높은 지능을 가진 인류가 출현할 잠재력은 충분하지만, 지능의 진화가 반드시 생물학적 성공으로 이어지는지는 별개의 문제입니다. 과거 수백만 년 동안 지능이 높은 개체가 번식에 유리했기에 현재의 우리가 존재하지만, 지능이 지나치게 높아지면 오히려 생존에 불필요한 고민이 늘어나는 부작용도 발생할 수 있습니다. 즉, 지능의 진화는 단순히 가능성의 문제가 아니라, 그것이 생존과 번식에 실질적으로 기여하는 환경적 조건이 갖춰져야 실현될 수 있는 영역입니다. 뇌의 진화를 논할 때 흔히 뇌 용량의 증가를 떠올리지만, 컴퓨터의 발전사처럼 크기보다 중요한 것은 내부의 효율성과 구조입니다. 과거의 거대한 컴퓨터보다 오늘날의 작은 반도체가 훨씬 뛰어난 성능을 내듯, 뇌 역시 단순한 뇌 용량보다는 신경 회로의 집적도와 설계 방식이 지능을 결정짓는 핵심 요소일 수 있습니다. 따라서 우리와 비슷한 뇌 용량을 가졌더라도 내부 구조가 다르다면 지능의 수준도 크게 차이 날 수 있음을 인지하고 입체적인 시각으로 접근해야 합니다. 뇌와 마음의 상관관계를 생물학적 수준으로 완전히 환원하여 설명하는 것은 현대 과학이 직면한 거대한 과제 중 하나입니다. 아직은 마음의 본질에 대해 명확한 정의를 내리기 어려운 단계이지만, 인지신경과학의 비약적인 발전은 이 미지의 영역을 조금씩 밝혀내고 있습니다. 비록 지금은 조심스럽게 답변을 유보할 수밖에 없는 질문들이 많을지라도, 과학은 끊임없이 마음의 기원과 진화적 메커니즘을 증명하는 방향으로 나아가며 인류의 자기 이해를 돕고 있습니다.

이대한

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[연구뭐하지?] 정성규 교수_서울대학교 '통계적학습이론 연구실' | 통계에도 차원이 있다!?

21세기에 들어서며 데이터의 질과 양이 폭발적으로 증가함에 따라 통계학은 새로운 국면을 맞이했습니다. 과거에는 흔치 않았던, 변수의 수는 방대하지만 표본의 수는 상대적으로 적은 고차원 데이터 분석이 중요해진 것입니다. 특히 데이터가 일반적인 수치 형태를 넘어 이미지나 영상과 같은 복잡한 구조를 가질 때, 이를 '다양체(Manifold)'라는 기하학적 개념 위에서 분석하는 방법론과 이론적 토대를 마련하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 현대 통계학의 핵심 분야 중 하나인 다변량 통계학에서는 수많은 변수 사이의 관계를 효과적으로 파악하는 것이 관건입니다. 연구자들은 주성분 분석(PCA)을 중심으로, 다양한 조건에서도 데이터의 특성을 합리적이고 효율적으로 추출할 수 있는 모델을 개발하고 있습니다. 이는 단순히 데이터를 요약하는 수준을 넘어, 복잡한 데이터 구조 속에 숨겨진 유의미한 패턴을 찾아내고 분석의 정확도를 높이는 데 필수적인 역할을 수행합니다. 이러한 통계적 이론은 실제 응용 분야에서 강력한 힘을 발휘합니다. 예를 들어 유전체 데이터 분석에서는 방대한 양의 유전 정보를 효과적으로 통합하거나 분류하여 질병의 원인을 규명하는 데 기여합니다. 또한 고차원 데이터의 군집화(Clustering) 연구를 통해 유사한 특성을 가진 집단을 정교하게 구분해내기도 합니다. 이론적 연구와 실무적 응용이 조화를 이루며, 막연하게 느껴질 수 있는 데이터 분석의 과정을 구체적이고 과학적인 방법론으로 바꾸어 나가는 과정입니다. 최근 인공지능과 딥러닝 기술이 급격히 발전하면서 통계학의 중요성은 더욱 강조되고 있습니다. 전문가의 직관이나 감에 의존하던 과거의 방식에서 벗어나, 철저히 데이터 근거 중심의 분석을 수행하기 위해서는 통계적 기초가 탄탄해야 합니다. 딥러닝 모델의 결과나 성능을 객관적으로 평가하고 개선하는 과정에서도 통계적 관점은 필수적입니다. 따라서 통계학은 학술적인 깊이를 더할 뿐만 아니라 실전에서도 매우 유용한 도구로 자리매김하고 있습니다. 통계학은 그 자체로 독립된 학문이면서도 다른 어떤 분야와도 유연하게 결합할 수 있는 확장성을 지니고 있습니다. 생물통계나 경제통계처럼 다양한 학문 뒤에 '통계'라는 이름을 붙여도 어색하지 않은 이유는, 통계학이 데이터를 다루는 보편적인 언어이기 때문입니다. 수학적 엄밀함부터 컴퓨터를 활용한 실전 분석까지 넓은 스펙트럼을 가진 학문인 만큼, 한 가지 분야에 매몰되지 않고 다양한 시각으로 자료를 바라보는 태도가 현대의 연구자들에게 요구됩니다.

정성규

카오스재단연구뭐하지

수학

[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.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

[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.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

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

마음의 실체에 대한 논의는 인류 역사상 가장 오래된 질문 중 하나입니다. 최근 과학 기술의 비약적인 발전으로 인해 마음을 뇌의 물리적 작용으로 환원하려는 시도가 활발해지고 있습니다. 특히 신경과학자들은 뇌의 신경 회로를 분석함으로써 불안, 스트레스, 공포와 같은 기본적인 감정은 물론, 갈증이나 배고픔 같은 본능적 동기가 어디에서 비롯되는지 밝혀내고 있습니다. 이는 마음이 곧 뇌라는 현대 신경과학의 핵심적인 입장과 맞닿아 있으며, 인간의 정신 활동을 생물학적 기반 위에서 이해하려는 노력의 일환입니다. 환원주의적 관점에서는 예쁜꼬마선충과 같은 단순한 생명체의 신경계를 연구함으로써 복잡한 인간의 마음을 이해할 수 있는 단초를 찾고자 합니다. 신경세포 하나하나의 활동이 모여 전체적인 시스템의 특성을 만들어내는 '창발적 특성'은 뇌과학의 중요한 연구 대상입니다. 물 분자가 모여 물의 성질을 띠듯, 신경세포들이 연결되어 의식과 마음을 형성한다는 논리입니다. 이러한 접근은 뇌의 특정 부위를 자극하여 우울증이나 중독 증상을 완화하는 등 실질적인 치료 가능성을 제시하며 과학적 설득력을 얻고 있습니다. 하지만 심리학적 관점에서는 이러한 물리적 환원주의에 대해 신중한 입장을 보입니다. 동물의 신경 회로를 조작하여 나타나는 행동 변화가 곧 인간의 복잡한 마음과 동일하다고 단정 짓기에는 무리가 있다는 지적입니다. 예를 들어, 쥐의 공격성이나 성적 행동을 유도하는 실험 결과가 인간의 사회적 관계나 고차원적인 심리 현상을 온전히 설명해주지는 못합니다. 마음은 신체 및 뇌와 연결되어 있지만, 그 자체로 독자적인 작동 원리를 지닌 영역일 수 있으며, 뇌의 병변만으로 설명되지 않는 심리적 고통이 존재하기 때문입니다. '커넥톰(Connectome)'은 뇌 속 신경세포들의 복잡한 연결망을 뜻하며, 최근에는 '나는 나의 커넥톰이다'라는 주장이 제기될 만큼 중요하게 다뤄집니다. 이는 유선 및 무선 통신을 포함한 고도의 신경 활동이 곧 자아를 형성한다는 믿음에 기반합니다. 기술의 발전 속도가 예상보다 빨라지면서 뇌의 지도를 완벽히 그려낼 수 있다면 인간의 본질을 이해할 수 있을 것이라는 기대감이 커지고 있습니다. 그러나 이러한 하드웨어적 분석이 인간의 주관적 경험과 영혼의 영역까지 모두 포괄할 수 있을지에 대해서는 여전히 뜨거운 논쟁이 이어지고 있습니다. 30년 후인 2047년의 뇌과학은 지금과는 비교할 수 없을 정도로 진보할 것으로 예측됩니다. 낙관적인 전망에 따르면, 비파괴적인 방식으로 뇌의 신경 발화 활성을 정밀하게 읽어내고 특정 신경세포를 선택적으로 자극하여 뇌 기능을 향상시키는 기술이 보편화될 수 있습니다. 이는 치매나 알츠하이머와 같은 난치성 질환 정복에 기여할 뿐만 아니라, 인간의 인지 능력을 획기적으로 확장하는 계기가 될 것입니다. 과학자들은 이러한 기술적 진보가 인류의 삶을 더욱 풍요롭게 만들 것이라고 확신하며 연구에 매진하고 있습니다. 반면, 기술의 진보가 반드시 인간 마음에 대한 깊은 이해로 이어지지는 않을 것이라는 회의적인 시각도 존재합니다. 지난 수십 년간 뇌과학 분야에서 수많은 발견이 있었음에도 불구하고, 실제 임상 현장에서 치매나 정신 질환을 완벽히 이해하고 치료하는 데에는 여전히 한계가 명확하기 때문입니다. 인간의 행동과 심리는 단순히 신경 자극의 결과물이라기보다 사회적 관계와 환경 속에서 형성되는 복잡한 산물입니다. 따라서 기술적 성취에만 매몰되기보다는 인간 본연의 가치와 마음의 고유한 특성을 놓치지 않는 균형 잡힌 시각이 필요합니다. 결국 뇌와 마음에 대한 탐구는 서로 다른 학문적 배경을 가진 전문가들이 소통하고 협력하는 '통섭'의 과정을 필요로 합니다. 생물학적 데이터와 심리학적 통찰이 만날 때 비로소 인간이라는 거대한 신비에 다가갈 수 있습니다. 과학을 발전시키는 원동력은 단순한 기술의 진보를 넘어, 인간이 얼마나 자유롭게 상상하고 그 상상을 공유하며 구체화할 수 있느냐에 달려 있습니다. 미래의 뇌과학은 뇌의 구조를 밝히는 것을 넘어, 인간이 누구인지에 대한 근본적인 답을 찾아가는 여정이 되어야 할 것입니다.