과학 포털 iKAOS

3 Contents

[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

카오스재단연구뭐하지

뇌인지과학

[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.

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