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[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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[석학 인터뷰] 의식의 탄생과 인간의 진화의 관계🧬 | 2022 카오스강연 '진화'

우리는 우주를 날거나 스카이다이빙을 할 때도 중력의 영향권 아래 있듯이, 인간의 의식 또한 생물학적 진화라는 거대한 법칙 안에서 움직입니다. 의식은 어느 날 갑자기 완성된 형태로 나타난 신비로운 현상이 아니라, 아주 미세한 단계들을 거쳐 점진적으로 발달해 온 진화의 산물입니다. 마치 초기 생명체의 시각 장치가 단순히 빛과 그림자를 구분하는 수준에서 시작해 오늘날의 정교한 눈으로 발전했듯, 의식 또한 생존에 유리한 아주 작은 이득들이 쌓여 만들어진 결과물이라고 볼 수 있습니다. 많은 이들이 '퀄리아'를 과학으로 설명할 수 없는 미스터리로 여기곤 합니다. 내가 느끼는 빨간색의 강렬함이 타인의 것과 같은지 증명하기 어렵다는 점 때문입니다. 그러나 현대 인지신경과학은 의식을 해결 불가능한 난제가 아닌, 과학적 탐구의 대상으로 봅니다. 의식은 뇌의 여러 신경 회로가 정보를 공유하는 일종의 '칠판' 역할을 수행하며, 우리가 인지하지 못하는 무수한 무의식적 신경 작용들 사이에서 특정한 정보를 통합하고 전달하는 기능을 담당하고 있습니다. 의식의 출현을 인간만의 고유한 특권으로 보려는 시각도 존재하지만, 이는 생물학적 연속성을 간과한 것일 수 있습니다. 영장류나 유인원, 심지어 다른 동물들도 각자의 수준에서 의식이라 부를 수 있는 인지 기능을 갖추고 있습니다. 다만 인간은 고도로 발달한 언어와 문자라는 도구를 통해 자신의 의식을 기록하고 표현할 수 있을 뿐입니다. 따라서 의식은 인간과 함께 갑자기 출현한 것이 아니라, 자연 선택의 과정에서 복잡성이 증대되며 여러 생명체에게서 단계적으로 발전해 온 공통의 형질입니다. 의식의 본질을 이해하기 위해 분자 수준의 물리적 작용에 주목할 필요가 있습니다. 신경세포와 그 내부의 분자들이 상호작용하며 만들어내는 결과가 바로 의식이라는 가설은 현대 과학의 중요한 축을 이룹니다. 이는 개별 요소에는 없던 새로운 성질이 전체 시스템에서 나타나는 '창발적 특성'으로 설명될 수 있습니다. 비록 우리가 아직 의식의 모든 기전을 완벽히 규명하거나 재현하지는 못했을지라도, 의식은 결국 생물학적 토대 위에서 발생하는 물리적 현상의 일부라는 점은 부정하기 어려운 사실입니다. 현대 인류는 문화적, 기술적 진화를 통해 생물학적 진화의 속도를 앞지르고 있는 것처럼 보입니다. 때로는 저출산과 같이 생물학적 본능에 역행하는 선택을 하기도 하지만, 이것이 우리가 진화의 굴레에서 완전히 벗어났음을 의미하지는 않습니다. 인간의 고도화된 뇌 활동과 그에 따른 논리적 행동들 역시, 거대한 관점에서는 유전자가 환경에 적응하고 생존하기 위한 복잡한 전략의 연장선에 있습니다. 결국 의식은 생물학적 뿌리를 부정하는 도구가 아니라, 그 뿌리 위에서 피어난 가장 정교한 적응의 결과물입니다.

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

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[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

[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
융합

[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

[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

카오스재단카오스크로스

뇌인지과학
융합

[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

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[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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뇌인지과학

[강연] 내가 외계인을 상상하는 이유 (앞내용 추가!) ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 9강 미니강연 3 | 9강 ③

우주는 단순히 시공간의 집합이 아니라 물리 법칙이 허용하는 영역으로 정의될 수 있습니다. 과학자들은 이 경계 안에서 일어나는 현상을 탐구하며, 자연 법칙을 벗어난 초자연적인 영역은 상상의 영역으로 남겨둡니다. 이러한 관점은 과학적 상상력이 부족해서가 아니라, 정해진 규칙 안에서 해답을 찾아내려는 지적 치열함의 산물입니다. 우리가 살고 있는 이 우주는 물리 법칙이라는 견고한 틀 안에서 작동하며, 그 안에서 벌어지는 모든 일은 논리적으로 설명 가능해야 합니다. 과학의 탐구 과정은 루미큐브를 맞추는 것과 비슷합니다. 조각을 분해해서 다시 조립하는 것은 규칙을 어기는 행위이며, 진정한 해결책이 될 수 없습니다. 과학자들은 자연이 부여한 제한 조건을 임의로 해제하지 않고, 그 안에서 최대한의 상상력을 발휘하여 생명 탄생과 같은 복잡한 기작을 밝혀내고자 합니다. 초자연적인 존재나 지적 설계자에 의존하는 '데우스 엑스 마키나' 식의 사고를 거부하고, 물리 법칙만으로 생명의 신비를 설명하려는 노력이 바로 과학의 본질입니다. 외계 생명체에 대한 탐구가 과학적인 질문이 될 수 있는 이유는 물리 법칙이 전 우주에 동일하게 적용되기 때문입니다. 뉴턴이 사과가 떨어지는 힘과 행성이 공전하는 힘이 같음을 증명했듯, 지구에서 생명을 탄생시킨 법칙은 다른 행성계에서도 유효합니다. 실제로 소행성에서 다양한 아미노산이 발견되는 것은 우주 공간에서 유기 물질이 자연스럽게 합성됨을 보여줍니다. 탄소를 기반으로 한 복합 유기 분자가 우주에 흔하다는 사실은 생명 탄생의 가능성이 지구에만 국한되지 않음을 시사합니다. 지구는 우리가 아는 유일한 생명의 샘플이지만, 그 안의 다양성을 통해 보편성을 유추할 수 있습니다. 산소나 햇빛이 없는 극한 환경에서도 미생물이 서식한다는 사실은 외계 행성의 다양한 환경에서도 생명이 존재할 수 있음을 암시합니다. 우주 생물학자들은 사막, 극지방, 심해 등 지구상의 극한지를 연구하며 생존의 한계를 탐색합니다. 이러한 연구는 단 하나의 샘플이 가진 한계를 극복하고, 외계 생명체가 존재할 수 있는 환경적 범위를 넓혀주는 중요한 지표가 됩니다. 생명의 진화 방향 역시 물리 법칙의 제한을 받기에, 우리는 외계 생명체의 모습을 합리적으로 추론할 수 있습니다. 이를 '수렴 진화'라고 하는데, 서로 다른 조상을 가진 생명체라도 비슷한 환경에서는 최적의 형태를 갖추게 됩니다. 예를 들어 물속에서 빠르게 이동하기 위해 돌고래와 물고기가 비슷한 유선형 몸을 갖게 된 것과 같습니다. 하늘을 나는 생명체라면 대칭적인 날개를 가질 것이고, 효율적인 복제 코드를 사용하는 등 물리적 제약 안에서 가장 최적화된 솔루션을 선택했을 가능성이 큽니다. 고등 문명을 이룩한 지적 생명체라면 그 형태는 더욱 제한적일 것입니다. 과학 기술을 발전시키기 위해서는 별을 관측할 수 있는 지상 환경과 도구를 다룰 수 있는 정교한 신체 기관이 필수적입니다. 원근감을 파악하기 위한 두 개의 눈, 정보를 처리하는 뇌, 그리고 에너지를 효율적으로 얻기 위한 섭식 구조 등은 물리 법칙이 제시하는 필연적인 선택지입니다. 이러한 신체적 조건들은 지적 생명체가 갖추어야 할 최소한의 과학적 요건이자 진화의 결과물로서 나타나게 될 것입니다. 외계 생명체의 발견은 코페르니쿠스 혁명의 진정한 완성을 의미합니다. 지구가 우주의 중심이 아님을 깨달은 것처럼, 인간 역시 우주에서 유일한 지적 생명체가 아님을 확인하는 과정이기 때문입니다. 빅뱅 이후 수소와 헬륨뿐이었던 우주에 생명이 등장하고 스스로를 의식하기 시작했다는 사실은 경이로운 일입니다. 우주가 인간이라는 존재를 통해 자신을 해석하고 의식하게 되었듯이, 또 다른 지적 생명체와의 만남은 우주적 자아를 확장하는 계기가 될 것입니다. 우리는 그 경이로운 조우를 간절히 기다리고 있습니다.

윤성철

카오스재단카오스강연

천문학

[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

[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'

뇌인지과학

[석학인터뷰] 완벽한 휴대용 번역기가 실현될 수 있을까? | 2020 가을 카오스강연 'Ai X'

인공지능 기술의 비약적인 발전으로 인해 향후 10년 내에 우리 삶을 획기적으로 바꿀 통번역기가 등장할 것으로 보입니다. 하드웨어와 소프트웨어, 특히 딥러닝 기술의 진보는 귀에 꽂는 이어폰 형태나 안경처럼 착용하는 기기를 통해 실시간 통역을 가능하게 할 것입니다. 이러한 기기는 단순히 언어를 옮기는 수준을 넘어 사용자의 목소리 톤이나 고유한 사투리까지 반영하여 상대방의 언어로 자연스럽게 전달하는 수준에 도달할 것입니다. 이는 인간 통역사의 역량을 넘어서는 새로운 소통의 시대를 예고합니다. 번역의 본질은 데이터의 축적과 이를 활용한 치환 과정에 있습니다. 과거 국제 공용어를 만들려던 시도는 큰 성과를 거두지 못했지만, 현대의 인공지능 번역기는 방대한 데이터를 바탕으로 놀라운 정확도를 보여주고 있습니다. 특정 단어를 다른 언어로 바꾸는 좁은 의미의 번역은 이미 데이터만 충분하다면 완성 단계에 접어들었다고 볼 수 있습니다. 전문가들은 인공지능 번역기가 가장 빠르게 실용화될 분야 중 하나라고 입을 모으며, 주요 언어들 사이의 장벽은 이미 상당 부분 허물어지고 있음을 강조합니다. 미래에는 통번역기를 사용하는 단계를 넘어 뇌에 직접 언어 정보를 주입하는 방식도 가능해질 전망입니다. 뇌공학적 관점에서 인간의 언어 처리 과정을 이해하고 뉴런 코드를 해독할 수 있다면, 외부에서 생성된 언어 데이터를 뇌에 직접 전달하는 시스템이 구축될 수 있습니다. 이는 영화 속 장면처럼 특정 국가의 언어를 단시간에 습득하거나, 외국인을 만나기 직전에 해당 언어 정보를 뇌에 다운로드하는 혁신적인 경험을 제공할 것입니다. 뇌와 컴퓨터의 연결은 언어 장벽을 허무는 궁극적인 해결책이 될 수 있습니다. 현재 우리가 사용하고 있는 구글 번역기나 파파고와 같은 서비스들은 이미 문장이나 문단을 통째로 번역하는 데 있어 높은 성공률을 보이고 있습니다. 한국어와 일본어처럼 구조가 유사한 언어들 사이의 번역은 이미 상당한 수준에 도달했으며, 데이터 학습량이 늘어날수록 그 정교함은 더욱 커질 것입니다. 번역 과정에서 기계가 문장의 의미를 완벽히 이해하지 못하더라도, 결과물을 받아보는 인간이 맥락을 파악할 수 있다면 소통에는 지장이 없습니다. 이러한 효율성은 인공지능 번역이 인간 번역가를 대체할 가능성을 시사합니다. 실시간 휴대용 통번역기의 보편화는 이제 시간문제일 뿐입니다. 일상적인 대화 수준은 인공지능이 충분히 학습하고 처리할 수 있는 범위 내에 있으며, 기술적인 제약으로 여겨졌던 처리 속도 문제 또한 하드웨어의 발전으로 빠르게 해결되고 있습니다. 앞으로 10년에서 20년 뒤에는 누구나 주머니 속에 완벽한 통역사를 지니고 다니는 세상이 올 것입니다. 언어의 장벽이 사라진 미래 사회에서는 전 세계 사람들이 제약 없이 소통하며 새로운 가치를 창출하는 진정한 글로벌 시대가 열릴 것으로 기대됩니다.

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

카오스재단2020 카오스강연 'Ai X'

뇌인지과학

[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

뇌인지과학

[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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뇌인지과학

[정말 읽었니?#7] 전중환 교수 "[이기적 유전자]가 싸구려 대중과학서라고?" (2편 심화)

리처드 도킨스는 진화의 기본 단위를 개체가 아닌 유전자로 정의하며 '유전자 선택론'을 일관되게 주장해 왔습니다. 동료 과학자들이 개체 수준의 포괄 적합도를 논할 때도, 그는 유전자가 자신의 복제본을 다음 세대에 더 많이 남기려는 관점이 훨씬 명확하다고 강조했습니다. 유전자는 스스로를 복제하는 '복제자'이고 개체는 이를 운반하는 '운반자'일 뿐이라는 구분은 현대 생물학의 핵심 원칙으로 자리 잡았습니다. 이러한 시각은 생명 현상을 개체의 의도가 아닌 유전자의 생존 전략이라는 더 근본적인 차원에서 이해하게 해 줍니다. 자연계에서 관찰되는 개체의 이타적 행동은 사실 유전자의 이기적 계산에서 비롯됩니다. 유전자는 자신이 속한 개체에게 손해가 되더라도, 다른 개체의 몸속에 있는 자신의 복제본이 생존할 확률인 '근연도'를 고려하여 행동을 결정합니다. 상대방이 얻는 이득에 근연도를 곱한 값이 자신의 희생보다 크다면, 유전자는 결과적으로 다음 세대에 더 많은 복제본을 남기는 순이득을 얻게 됩니다. 따라서 겉으로 보이는 숭고한 희생은 유전자가 자신의 복제본을 퍼뜨리기 위해 설계한 정교한 생존 방식의 결과물이라고 해석할 수 있습니다. 도킨스는 '진화 가능성'이라는 개념을 통해 생명체의 구조적 설계가 진화의 속도와 방향에 미치는 영향을 설명합니다. '눈먼 시계공'에서 보여주듯, 단순한 형태에서 시작된 무작위적 변이가 복잡한 생명체로 진화하기 위해서는 유효한 변이를 지속적으로 생산할 수 있는 건축적 토대가 필요합니다. 예를 들어 좌우대칭과 같은 짜임새 있는 설계도를 가진 생물군은 무질서한 구조보다 진화 가능성이 훨씬 높습니다. 이는 특정 집단이 선택된 결과가 아니라, 변화를 수용하고 발전시킬 수 있는 구조적 우수성이 진화를 가속화한 것입니다. 유전자의 관점에서 개체는 유전자를 전달하기 위한 일회용 소모품에 불과하며, 이는 노화와 성의 진화 원리와도 맞닿아 있습니다. 유성 생식은 유전적 다양성을 높여 생존 이득을 제공하지만, 그 과정에서 개체는 에너지를 소모하고 결국 노화라는 과정을 겪으며 폐기됩니다. 또한 뇌는 유전자가 모든 행동을 직접 통제하기 비효율적이기 때문에 만들어낸 중추 사령부입니다. 인간은 이 뇌를 통해 이성을 발휘하며, 유전자가 심어놓은 원초적인 본능과 정서적 추동력을 스스로 조절하고 통제할 수 있는 독특한 능력을 갖추게 되었습니다. 문화적 진화를 설명하는 밈(Meme)은 유전자와 유사한 방식으로 작동하며 우리 사회의 가치관이나 유행어, 건축 양식 등을 전파합니다. 이러한 문화적 요소들은 모방을 통해 사람들의 머릿속으로 옮겨지며 독자적인 진화 과정을 거칩니다. 한편, 진화적으로 안정된 전략(ESS)은 특정 전략이 집단 내에 자리 잡으면 다른 변이가 침투할 수 없는 상태를 의미합니다. 이는 진화의 역사에서 더 이상 변화가 일어나지 않는 종착역과 같은 지점입니다. 진화적으로 안정된 전략(ESS) 개념을 통해 우리는 동물의 행동이나 사회적 규범이 특정 방식으로 고착되는 이유를 과학적으로 분석할 수 있습니다.

전중환

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생명과학

[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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융합

[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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뇌인지과학

[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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뇌인지과학

[카오스 술술과학] 달리는 걸 멈추면 바로 늙는다?! | 카오스 브레인 오디세이(5)

현대인들은 신체 건강에는 지대한 관심을 쏟지만, 정작 뇌 건강에 대해서는 오해를 품고 있는 경우가 많습니다. 뇌는 선천적으로 타고나는 것이라 노력해도 변하지 않는다거나, 뇌 건강을 위해서는 오직 머리만 써야 한다는 생각이 대표적입니다. 하지만 과학적 연구 결과에 따르면 뇌는 우리 신체의 그 어떤 부위보다 후천적인 영향을 많이 받으며, 특히 몸을 움직이는 운동이 뇌 기능을 활성화하는 데 결정적인 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 뇌의 탄생 목적을 살펴보면 운동과의 밀접한 관계가 더욱 명확해집니다. 뇌는 본래 동물이 움직이기 위해 진화한 기관으로, 식물에게는 뇌가 없다는 사실이 이를 뒷받침합니다. 일례로 우렁섕이는 어린 시절 바다를 헤엄치다 성체가 되어 바위에 정착하면 더 이상 필요 없어진 자신의 뇌를 스스로 먹어 치웁니다. 이는 움직임이 멈추는 순간 뇌의 존재 가치도 사라진다는 것을 보여주는 상징적인 사례로, 뇌가 태어난 근본적인 이유가 운동에 있음을 시사합니다. 인류의 뇌가 다른 유인원에 비해 비약적으로 커진 배경에는 직립보행이라는 혁신적인 변화가 있었습니다. 두 발로 걷기 시작하면서 인류는 더 많은 에너지를 소비하게 되었고, 산소 섭취량 또한 급격히 증가했습니다. 이러한 신체적 변화는 단순히 체력을 키우는 데 그치지 않고, 막대한 에너지를 소모하는 거대한 뇌를 유지할 수 있는 기반이 되었습니다. 즉, 인간의 지능은 더 잘 움직이고 생존하기 위한 진화의 과정에서 탄생한 결과물인 셈입니다. 초기 인류는 생존을 위해 무리 지어 사냥하며 고도의 집중력과 협동 능력을 발휘해야 했습니다. 이 과정에서 사회성과 지능을 담당하는 대뇌 피질이 유독 발달하게 되었고, 이는 인류 문명을 탄생시킨 원동력이 되었습니다. 사냥을 위해 먼 거리를 이동하고 복잡한 감각 정보를 처리하는 과정 자체가 뇌를 끊임없이 자극하는 훈련이었습니다. 결국 인류의 인지 혁명은 단순히 앉아서 생각하는 것이 아니라, 치열하게 움직이는 과정에서 완성되었습니다. 하지만 현대인들은 수만 년간 이어온 수렵 채집 생활에서 벗어나 가만히 앉아 생활하는 디지털 시대를 살고 있습니다. 우리의 뇌는 여전히 활동적인 석기 시대에 맞춰져 있는데, 생활 방식은 편리함만을 추구하다 보니 당뇨나 우울증 같은 현대 질병이 발생하게 됩니다. 걷기와 달리기는 시각과 청각 등 수많은 감각 정보를 실시간으로 처리하며 뇌를 가장 활발하게 사용하는 활동입니다. 뇌 건강을 지키고 노화를 늦추는 가장 강력한 방법은 바로 몸을 움직이는 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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뇌인지과학

[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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[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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[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

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

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

심원목

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 창의성의 기원, 뇌가 사랑한 오브제 _ by김대수｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 10강 | 10강

유전자는 자연의 역사 속에서 자신의 존재를 보존하고 자손에게 전달하기 위해 뇌라는 경이로운 기관을 만들어냈습니다. 유전자가 담을 수 있는 정보량은 한정적이지만, 뇌는 그 수만 배에 달하는 방대한 정보를 수집하고 활용할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 결국 뇌는 유전자의 생존을 돕기 위해 세상에 적응하고, 때로는 슬픔과 행복이라는 감정을 만들어내며 창의적인 방식으로 외부 세계와 소통하는 신비로운 역할을 수행합니다. 우리 뇌는 세상을 바라볼 때 모든 정보를 낱개로 받아들이기보다 특정 단위로 묶어서 인식하는 경향이 있는데, 이를 '오브제'라고 부릅니다. 예술가들이 과일로 사람의 얼굴을 그리듯, 뇌는 파편화된 정보 속에서 본질을 끌어내어 하나의 의미 있는 대상으로 완성하거나 다른 대상과 분리하여 인식합니다. 이러한 패턴 완성 및 분리 기능은 뇌가 복잡한 환경 속에서 사물을 정확히 판별하고 생존에 필요한 판단을 내리는 데 핵심적인 근거가 됩니다. 생명 진화의 역사를 살펴보면 뇌의 존재 이유는 움직임과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있습니다. 신경계가 없는 해면동물이나 고정된 생활을 하는 멍게와 달리, 고등 동물일수록 목과 턱, 손발이 발달하여 주변의 오브제와 적극적으로 상호작용하게 되었습니다. 사물을 만지고 다루는 능력이 발달함에 따라 뇌의 기능도 함께 진화했으며, 이는 자연 속의 다양한 자원을 활용하여 생존과 번식의 가능성을 높이는 결정적인 계기가 되었습니다. 창의성이란 단순히 독특한 생각을 하는 것에 그치지 않고, 사물의 새로운 용도를 발견하여 실질적인 유용함을 만들어내는 능력을 의미합니다. 물고기를 잡기 위해 빵 조각을 미끼로 사용하는 새의 행동처럼, 자연계에서 창의성은 더 많은 에너지를 효율적으로 습득하게 해주는 강력한 생존 전략입니다. 남들이 이미 검증된 방식에만 머물 때, 새로운 아이디어를 통해 틈새시장을 개척하는 창의적 활동은 개체와 종의 번영에 커다란 이점을 제공합니다. 신경과학적 관점에서 호기심은 특정 물체에 대한 끌림과 탐구 욕구로 정의됩니다. 연구 결과, 시상하부의 MPA라는 신경 영역이 물체에 대한 호기심을 관장한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 신경이 활성화되면 동물은 새로운 대상에 강한 애착을 보이며 이를 획득하기 위해 평소에 없던 창의적인 행동을 발휘합니다. 즉, 호기심은 뇌가 목표를 발견했을 때 이를 달성하기 위해 잠재된 능력을 끌어올리는 핵심적인 동력이 됩니다. 창의력을 현실에서 구현하는 또 다른 핵심 기제는 '메타인지'입니다. 이는 자신이 아는 것과 모르는 것을 구분하고, 하나의 경험을 전혀 다른 상황에 적용하여 문제를 해결하는 고차원적인 학습 능력입니다. 뇌가 오브제를 탐색하며 얻은 정보들을 융합하고 응용하는 과정에서 메타인지가 작동하며, 이는 단순한 지식 습득을 넘어 새로운 가치를 창출하는 창의적 사고로 이어집니다. 이러한 능력은 변화하는 환경에 적응하는 데 필수적입니다. 사물의 가치를 판단하고 창의적인 선택을 내리는 과정에는 사회적 신뢰와 환경이 중요한 변수로 작용합니다. 마시멜로 실험이 보여주듯, 미래의 보상을 믿고 현재의 욕구를 참아내는 능력은 뇌가 더 깊은 아이디어를 생산할 시간을 벌어줍니다. 또한, 충분한 휴식은 뇌가 정보를 연결하고 창의성을 발휘하게 돕는 '인큐베이션' 역할을 합니다. 결국 창의성은 오브제를 향한 뇌의 본능이자, 세상을 더 유용하게 활용하려는 생명력의 표현입니다.

김대수

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생명과학
뇌인지과학

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

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

심원목

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[석학인터뷰] 이대열_지능은 문제 해결 능력!!

지적 허영심과 진정한 지적 욕구 사이의 경계는 때로 불분명하지만, 이는 새로운 지식을 탐구하는 강력한 동기가 되기도 합니다. 복잡한 과제를 수행하며 긴 시간 인내해야 하는 과학 연구와 달리, 음악은 연습하는 그 자체로 즉각적인 즐거움을 선사하는 특별한 영역입니다. 연구 과정에서 겪는 수많은 좌절과 긴 기다림 속에서 음악은 에너지를 재충전해 주는 소중한 안식처가 되어줍니다. 남들보다 뛰어난 실력은 아닐지라도, 온전히 그 시간을 즐길 수 있다는 사실만으로도 음악은 삶에 긍정적인 활력을 불어넣는 중요한 요소가 됩니다. 혼자서 모든 역할을 수행하는 원맨 밴드는 자신의 취향을 온전히 반영할 수 있다는 점에서 커다란 매력을 가집니다. 여러 구성원이 모여 의견을 조율하고 시간을 맞추는 번거로움 없이, 오로지 자신만의 속도와 방향으로 창작 활동을 이어갈 수 있기 때문입니다. 물론 연주부터 레코딩 엔지니어링까지 모든 과정을 홀로 책임져야 하기에 배워야 할 기술이 많고 경제적인 부담도 따르지만, 타인의 도움 없이 스스로 결과물을 만들어가는 과정은 그 자체로 커다란 성취감을 안겨줍니다. 이는 효율성을 넘어선 자기만족의 정점이라 할 수 있습니다. 과학자를 꿈꾸던 소년이 경제학을 거쳐 뇌과학의 길로 들어선 과정은 인간의 마음을 더 깊이 이해하고자 하는 열망에서 비롯되었습니다. 경제학이 가정하는 인간의 행동 이론이 현실의 복잡한 마음을 설명하기에는 지나치게 단순하다고 느꼈기 때문입니다. 보다 과학적인 방법으로 인간의 본질을 탐구하고자 심리학에 관심을 두게 되었고, 이는 자연스럽게 마음의 물리적 토대인 뇌에 대한 연구로 이어졌습니다. 이러한 여정은 주관적인 경험을 객관적인 과학의 언어로 풀어내려는 끊임없는 시도의 연속이었습니다. 우리는 흔히 뇌를 특별한 기관으로 여기지만, 생물학적 관점에서 뇌는 생존과 번식을 위한 문제 해결 도구 중 하나일 뿐입니다. 실제로 박테리아나 식물처럼 뇌가 없는 생명체들도 환경에 적응하며 매우 지능적인 행동을 보여줍니다. 따라서 뇌를 고립된 기관으로 보기보다는, 생명체가 직면한 과제들을 해결하기 위해 고안해 낸 여러 방법 중 하나로 이해하는 것이 적절합니다. 지능을 '문제를 해결하는 능력'으로 정의할 때, 우리는 생명체의 생존 여부를 통해 그 지능의 유효성을 객관적으로 판단할 수 있게 됩니다. 행복이라는 주제는 과학적 연구의 대상으로서 매우 까다로운 특성을 지닙니다. 행복은 철저히 주관적인 영역이어서 개인이 행복하다고 느끼면 그것으로 충분하지만, 과학은 모든 이가 동의할 수 있는 객관적인 데이터를 필요로 하기 때문입니다. 누군가에게는 고통스러운 일이 다른 이에게는 즐거움이 될 수 있는 것처럼, 행복의 기준은 사람마다 천차만별입니다. 따라서 뇌과학이 우리가 일상적으로 느끼는 행복에 대해 더 깊은 통찰을 제공하기 위해서는, 주관적 경험을 객관적 지표로 전환하기 위한 더 많은 연구와 시간이 필요합니다.

이대열

카오스재단석학인터뷰

생명과학
뇌인지과학

[석학인터뷰] 그것이 알고 싶다?! 현대 과학이 풀지 못한 최대의 미스터리는? _ 2편ㅣ 미스터리 릴레이

현대 과학이 비약적인 발전을 이루었음에도 불구하고, 우리가 우주에 대해 알고 있는 지식은 여전히 빙산의 일각에 불과합니다. 주기율표에 나열된 118개의 원소 중 우주에 존재하는 94개의 원소가 차지하는 비중은 고작 4%에 그치며, 나머지 96%는 정체를 알 수 없는 암흑물질과 암흑에너지로 가득 차 있습니다. 20세기의 성과가 우리가 우주의 대부분을 모르고 있다는 사실을 깨달은 것이라면, 21세기의 진정한 과제는 그 베일에 싸인 96%의 실체를 규명하는 일입니다. 이는 인류가 직면한 가장 거대한 과학적 수수께끼이자 새로운 시대를 여는 열쇠가 될 것입니다. 우리가 발을 딛고 살아가는 지구 역시 여전히 수많은 미스터리를 품고 있습니다. 특히 지구 자기장의 형성 원리를 설명하는 다이나모 이론은 학술적으로 널리 알려져 있지만, 그 구체적인 메커니즘은 아직 명확히 밝혀지지 않은 지구과학의 최대 난제 중 하나입니다. 더욱 놀라운 점은 인류가 태양계 바깥으로 탐사선을 보내는 시대에 살면서도, 정작 우리 발밑 수백 미터 아래에서 어떤 일이 벌어지고 있는지조차 제대로 파악하지 못하고 있다는 사실입니다. 지표면 아래 숨겨진 단층의 상태나 지진, 화산 활동의 정확한 시점을 예측하지 못하는 현실은 인류가 자연재해로부터 여전히 취약한 위치에 있음을 시사합니다. 생명 과학의 영역으로 눈을 돌리면 미생물의 세계가 우리를 기다리고 있습니다. 자연계에 존재하는 수많은 미생물 중 현재의 기술로 배양 가능한 종은 1% 미만에 불과하며, 나머지 99% 이상의 미생물은 여전히 실험실 밖의 미지의 영역으로 남아 있습니다. 이들이 어떤 기능을 수행하며 지구 환경에 어떠한 영향을 미치는지 이해하기 위해서는 특수한 환경을 재현하고 배양할 수 있는 새로운 방법론이 절실합니다. 21세기 미생물학자들에게 주어진 과제는 이 보이지 않는 거대한 생태계를 우리 인류의 관찰 범위 안으로 가져와 그들의 대사와 재생산 과정을 과학적으로 규명하는 일입니다. 생명의 탄생과 진화 과정 또한 경이로운 신비로 가득 차 있습니다. 단 하나의 수정란이 분열하여 10조 개의 세포로 이루어진 복잡한 인간 개체를 형성하는 과정은 현대 과학으로도 온전히 설명하기 힘든 기적에 가깝습니다. 특히 인간 유전체(게놈)의 약 98%를 차지하면서도 단백질을 부호화하지 않아 과거에 '정크 DNA'라고 불렸던 영역은 생물학의 새로운 화두로 떠오르고 있습니다. 이들이 단순한 진화의 흔적인지, 아니면 우리가 아직 발견하지 못한 핵심적인 기능을 수행하고 있는지는 여전히 베일에 싸여 있습니다. 만약 이들의 정체가 밝혀진다면 암 치료나 생명 연장의 새로운 돌파구가 마련될지도 모릅니다. 현대 생물학의 최첨단 프런티어라 불리는 뇌과학은 인간의 의식과 사고라는 궁극의 질문에 도전하고 있습니다. 매일 아침 잠에서 깨어날 때 회복되는 의식이 뇌의 어느 부위에서 어떤 과정을 거쳐 발생하는지는 뇌과학 최대의 미스터리입니다. 특히 외부 자극과 그에 따른 반응 사이에 존재하는 긴 '생각'의 시간 동안 신경세포들이 어떻게 상호작용하는지를 과학적으로 측정하고 모델링하는 것은 매우 어려운 작업입니다. 하지만 측정 장치의 발전과 수학적 모델링을 통해 뇌의 작동 원리를 명확히 이해하게 된다면, 인류는 비로소 인간이라는 존재의 본질에 한 걸음 더 다가갈 수 있게 될 것입니다.

서민아, 이강근, 이대열, 이일하, 이정모, 이현숙, 조장천, 최덕근

카오스재단릴레이 인터뷰

물리학
생명과학
지구환경과학
융합

[석학인터뷰] 이일하_ GMO가 해롭다고요? 아닙니다!

식물은 정적인 존재로 보이지만, 끊임없이 진화하며 생명의 역사를 써 내려왔습니다. 약 5억 년 전, 식물은 동물과 함께 물속에서 육상으로 진출하는 거대한 변화를 맞이했습니다. 이 과정에서 식물은 곰팡이와의 공생이라는 독특한 전략을 선택했습니다. 수중에서는 무기 염류를 자유 확산으로 흡수할 수 있었으나, 척박한 육지에서는 그것이 불가능했기 때문입니다. 곰팡이는 유기물을 분해하여 식물에 필요한 무기 염류를 제공했고, 식물은 그 대가로 광합성 산물을 나누며 육지 생태계의 기틀을 마련했습니다. 지금도 이러한 공생 관계는 계속되고 있습니다. 생명 현상의 신비는 '창발성'이라는 개념을 통해 설명될 수 있습니다. 이는 개별 요소들이 모여 상위 단계의 시스템을 이룰 때, 하위 단계에서는 볼 수 없었던 새로운 성질이 나타나는 현상을 의미합니다. 수소와 산소라는 기체가 만나 전혀 다른 성질의 물이 되는 것처럼, 유기 분자들이 모여 거대 분자가 되고 이것이 다시 세포를 이룰 때 비로소 생명이라는 기적 같은 현상이 발현됩니다. 과학자들은 이러한 단계적 도약을 통해 단순한 화학 반응이 복잡한 생명 활동으로 진화하는 과정을 이해하고자 노력하며, 그 속에서 생명의 본질을 발견하게 됩니다. 유전자 변형 생물체(GMO)에 대한 대중의 우려와 달리, 과학계는 이를 영양학적 관점에서 안전하게 받아들입니다. GMO 역시 우리 몸에 들어오면 단백질, 핵산, 탄수화물 등의 기본 단위로 분해되어 흡수될 뿐입니다. 소화 과정을 거치면 결국 아미노산이나 포도당 같은 분자가 되어 우리 몸의 일부가 되므로, 유전적 변형이 인체에 특별한 해를 끼친다고 보기는 어렵습니다. 엄격한 승인 절차를 거친 GMO는 현대 과학이 제공하는 효율적인 자원이며, 이에 대한 막연한 공포보다는 객관적인 데이터에 근거한 이해가 필요합니다. 미래 생물학의 핵심은 뇌과학의 비약적인 발전에 있습니다. 인간의 뇌는 여전히 미개척 분야로 남아 있으며, 여기서 도출된 과학적 발견들은 인공지능(AI)에 직접적으로 투영되어 새로운 도약을 이끌 것입니다. 생물학적 원리가 인공지능(AI)에 결합함에 따라 생명체와 인공지능(AI) 사이의 경계는 점차 모호해질 전망입니다. 이러한 변화는 단순한 기술 발전을 넘어 인간성에 대한 근본적인 성찰을 요구합니다. 따라서 과학자뿐만 아니라 인문학자와 사회과학자들이 모여 인간의 가치를 보호하기 위한 깊이 있는 논의를 시작해야 할 시점입니다. 죽음이라는 현상을 생물학적으로 정의한다면, 그것은 결국 뇌의 죽음이라고 볼 수 있습니다. 질병이나 외상으로 인해 신체의 다른 장기들이 여전히 기능을 유지하거나 타인에게 이식되어 살아남더라도, 한 개인의 정체성을 결정하는 뉴런 네트워크가 파괴된다면 그 생명은 끝난 것으로 간주됩니다. 뇌는 때로 고통스러운 기억을 의식적으로 지워버리며 자신을 보호하기도 하지만, 그 뉴런 네트워크 자체가 소멸하는 순간 인간으로서의 존재도 사라집니다. 결국 생명이란 단순한 유기체의 생존을 넘어, 뇌가 구축한 복잡한 뉴런 네트워크의 지속이라 할 수 있습니다.

이일하

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[석학인터뷰] 과학이 말하는 인류의 기원은?!ㅣ기원 릴레이 - '모든 것의 기원' 4편_ 인류, 뇌, 지능과 의식(정신)

인류가 침팬지 및 보노보의 공통 조상으로부터 갈라져 나온 시기는 대략 500만 년에서 800만 년 전 사이로 추정됩니다. 흥미로운 점은 이 결정적인 분기점에 해당하는 공통 조상의 화석이 아직 단 하나도 발견되지 않았다는 사실입니다. 학자들은 화석의 부재를 이론적 추론과 상상력으로 채워가고 있으며, 주로 서식지의 분리나 생식적 격리가 새로운 계통의 탄생을 이끌었을 것으로 보고 있습니다. 유전자가 섞이지 않는 환경적 변화가 인류 진화의 첫 단추를 끼운 셈입니다. 진화의 여정은 나무 타기와 두 발 걷기를 병행하던 아르디피테쿠스를 거쳐 오스트랄로피테쿠스로 이어졌습니다. 약 200만 년 전, 기후 변화와 같은 위기 속에서 인류의 조상은 두 갈래 길을 선택했습니다. 식물성 먹이에 집중한 파란트로푸스와 달리, 사바나에서 고기와 지방질을 섭취하며 생존한 이들이 바로 호모속의 시초가 되었습니다. 이후 등장한 호모 에렉투스는 아프리카를 넘어 유럽과 아시아로 확산하며 인류의 영토를 넓혔고, 이는 훗날 호모 사피엔스가 등장하는 기초가 되었습니다. 뇌의 기원을 특정 시점으로 단정하기는 어렵지만, 신경세포의 등장을 그 시작으로 볼 수 있습니다. 전기 신호를 통해 세포 간 정보를 전달하는 신경세포는 다세포 생물이 복잡한 신체 기능을 조절하기 위해 반드시 필요한 장치였습니다. 몸이 정교해질수록 이를 관장하는 중앙 통제 기구의 출현은 필연적인 법칙과도 같았습니다. 하지만 뇌가 없는 박테리아나 식물 또한 각자의 방식으로 생존 문제를 해결한다는 점을 고려하면, 뇌는 생명체가 환경에 적응하기 위해 선택한 여러 전략 중 하나임을 알 수 있습니다. 뇌는 기본적으로 움직이는 동물에게만 존재하는 기관입니다. 세상을 돌아다니며 유용한 자원과 먹잇감을 탐색하는 과정에서 뇌의 역할은 더욱 중요해졌습니다. 특히 인간의 뇌는 단순한 생존을 넘어 강한 호기심을 바탕으로 발달해 왔습니다. 새로운 사물을 탐색하고 이를 유용하게 활용하려는 지적 욕구가 뇌의 크기를 키우고 기능을 고도화하는 원동력이 된 것입니다. 신체의 형태가 복잡해짐에 따라 뇌도 그에 걸맞은 명령을 내릴 수 있도록 상호작용하며 진화해 온 결과라 할 수 있습니다. 과학적 관점에서 지능은 문제를 해결하는 능력으로 정의될 수 있습니다. 정신이나 의식 같은 주관적인 개념과 달리, 지능은 생명체가 환경에서 얼마나 성공적으로 살아남아 번식하는지를 통해 객관적으로 판단이 가능하기 때문입니다. 물론 과학이 우주의 존재 이유나 의식의 본질 같은 근원적인 질문에는 여전히 무능할 수 있지만, 생존을 위한 해법을 찾아가는 과정으로서의 지능 연구는 인류를 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 결국 뇌와 지능은 생명이라는 거대한 수수께끼를 풀어나가는 가장 강력한 도구입니다.

김대수, 서민아, 이대열, 이상희

카오스재단릴레이 인터뷰

생명과학
뇌인지과학

[석학인터뷰] 서민아_ 똑똑해지고 싶다면? 당장 밖으로 나가세요! | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

뇌는 우리 몸의 모든 명령을 총괄하는 중앙 제어 장치로, 컴퓨터의 핵심 부품인 CPU와 같은 역할을 수행합니다. 문명이 고도로 발달하고 인간의 요구가 다양해짐에 따라 우리의 뇌는 그에 맞춰 끊임없이 진화해 왔습니다. 마치 최신 컴퓨터가 더 높은 성능의 CPU를 필요로 하듯, 복잡해지는 사회적 환경과 정보의 홍수 속에서 인류는 더 효율적인 명령 체계를 갖추기 위해 뇌를 발달시켜 온 것입니다. 이러한 진화적 관점에서 볼 때, 뇌의 성장은 단순히 생물학적 변화를 넘어 인류 문명의 발전과 궤를 같이하는 필연적인 과정이라고 할 수 있습니다. 생물학적 관점에서 뇌는 심장이나 근육과 마찬가지로 우리 몸을 구성하는 중요한 장기 중 하나입니다. 특히 뇌세포와 혈관 사이의 상관관계는 뇌 기능을 결정짓는 핵심적인 요소로, 원활한 혈액 공급을 통해 산소와 영양분이 충분히 전달되어야만 뇌가 제 기능을 발휘할 수 있습니다. 실제로 운동을 통해 신체의 혈액 순환을 촉진하면 뇌 기능이 향상된다는 사실은 여러 연구를 통해 입증되었습니다. 예를 들어, 학생들에게 수업 전 체육 활동을 장려했을 때 학습 효율이 눈에 띄게 높아진다는 결과는 신체 활동이 뇌의 인지 능력을 깨우는 데 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다. 의식의 존재와 그 보편성에 대한 탐구는 우주적 관점에서도 매우 흥미로운 주제입니다. 만약 외계 생명체가 존재한다면, 그들 역시 생존을 위해 영양분을 섭취하고 움직임을 제어할 중앙 제어 장치를 가지고 있을 가능성이 큽니다. 이러한 구조적 유사성은 의식이라는 현상이 우주 어디에서나 적용될 수 있는 보편적 원칙에 기반하고 있음을 시사합니다. 나아가 우리는 인간뿐만 아니라 해조류와 같은 다른 생명체에게도 뇌와 유사한 기관이 존재하는지, 그리고 이를 통해 생명체 간의 소통이 가능한지에 대한 근원적인 질문을 던지며 생명의 신비를 새롭게 바라보게 됩니다.

서민아

카오스재단2019 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

뇌인지과학

[카오스 술술과학] 머리 큰 사람은 머리가 좋을까?

흔히 머리가 크면 지능이 높을 것이라고 생각하지만, 과학적으로 머리의 절대적 혹은 상대적 크기가 지능을 결정한다는 가설은 설득력이 부족합니다. 코끼리는 인간보다 훨씬 큰 뇌를 가졌음에도 지능이 더 높지 않으며, 몸집 대비 머리 크기가 큰 다람쥐 역시 인간의 지능을 뛰어넘지 못합니다. 따라서 단순히 뇌의 부피나 신체 대비 비율만으로 지능을 판단하기에는 무리가 있습니다. 다만 영장류 중에서 인간의 뇌 용량이 유독 커진 과정에는 진화론적인 특별한 이유가 숨어 있을 것이라는 분석이 지배적입니다. 인간의 뇌가 침팬지보다 약 2.5배나 커진 이유는 기후 변화와 같은 환경적 요인보다 복잡한 인간관계에 대응하기 위함이라는 가설이 있습니다. 타인의 마음을 읽고 의도를 간파하며, 때로는 속임수에 대처하는 사회적 능력이 생존의 핵심이 되었기 때문입니다. 이를 '마키아벨리 가설'이라 부르는데, 사회적 관계를 유지하기 위한 지능의 필요성이 뇌 용량의 증가로 이어졌음을 시사합니다. 즉, 인간의 커다란 머리는 우리가 고도의 사회적 동물로 진화해 온 과정에서 얻게 된 소중한 결과물이라고 볼 수 있습니다. 최근 뇌과학계에서는 지능의 핵심을 뇌의 외형적 특징이 아닌 '신경 효율성'에서 찾고 있습니다. 신경 효율성이란 적은 자원으로도 고차원적인 정보를 처리하는 능력을 의미하며, 이는 뇌 영역 간의 연결망이 얼마나 단단하고 원활하게 구축되어 있는지에 달려 있습니다. 특정 정보를 인지하고 반응하는 과정에서 서로 다른 뇌 부위들이 빠르게 소통할수록 지능이 높게 나타납니다. 따라서 평소 쓰지 않던 뇌 영역을 자극하여 새로운 연결고리를 만드는 습관을 들인다면, 뇌의 물리적 크기와 상관없이 지능을 더욱 발달시킬 수 있습니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학
융합

[석학인터뷰] 김대수 ─ 자유의지를 뇌과학으로 어떻게 설명할까요? | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

어린 시절 쥐를 잡으러 산과 들을 누비던 호기심은 현대 뇌과학 연구의 중요한 밑거름이 되었습니다. 연구진은 동물이 특정 사물에 강한 관심을 보이는 이유를 탐구한 끝에 뇌 속에서 '호기심 신경 회로'를 발견했습니다. 이 신경 회로를 자극하면 동물은 눈앞의 물건을 집요하게 쫓게 되는데, 여기에 블루투스 기술을 접목하여 동물의 이동 경로를 원격으로 제어하는 '마이다스(MIDAS)' 기술을 개발했습니다. 이는 이론적으로 모든 동물의 행동을 조종할 수 있는 가능성을 열어주며 뇌과학의 새로운 지평을 제시합니다. 뇌과학의 발전은 인간의 자유의지에 대한 근본적인 질문을 던지게 합니다. 비록 뇌 안에는 자유의지 없이도 설명 가능한 수많은 기전이 존재하지만, 스스로 의사결정을 내리는 듯한 현상은 분명히 관찰됩니다. 연구자들은 이러한 현상이 일어나는 구체적인 기전을 밝혀내기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 만약 우리에게 자유의지가 전혀 없다면 뇌과학이라는 학문은 그 흥미를 잃게 될지도 모릅니다. 따라서 자유의지의 실체를 규명하려는 시도는 인간 존재의 본질을 이해하려는 희망적인 여정이라고 할 수 있습니다. 우리가 살아가는 세상에는 생존에 필수적인 자원부터 생명을 위협하는 위험 요소까지 수많은 사물이 존재합니다. 뇌는 이러한 외부 자극을 정교하게 인식하고 그에 적합한 행동을 즉각적으로 만들어내며 환경에 최적화된 방식으로 적응해 왔습니다. 이러한 적응 과정은 인간이 현재의 복잡한 뇌 구조를 갖게 된 결정적인 이유가 됩니다. 결국 뇌의 기능을 이해하는 것은 우리가 세상을 어떻게 인지하고 반응하는지에 대한 근본적인 해답을 찾는 과정이며, 이는 인간 행동의 본질을 파악하는 핵심적인 열쇠가 될 것입니다.

김대수

카오스재단카오스강연

생명과학
뇌인지과학

[카오스 술술과학] 뇌의 기원, '카오스 브레인 오디세이' 시작

뇌의 존재 이유를 이해하기 위해서는 생물학적 진화의 관점에서 접근해야 합니다. 식물에게 동물과 같은 뇌가 없는 이유는 그들이 움직이지 않기 때문입니다. 반면, 멍게는 유충 시절 바닷속을 헤엄칠 때는 뇌를 가지고 있지만, 성체가 되어 바위에 정착하면 자신의 뇌를 스스로 소화해 버립니다. 더 이상 움직일 필요가 없어지자 에너지를 많이 소모하는 뇌를 유지할 이유가 사라진 것입니다. 이처럼 뇌는 본래 생명체가 외부 환경에 대응하여 운동하기 위해 진화한 결과물이라고 볼 수 있습니다. 운동의 복잡성이 증가함에 따라 신경계 역시 정교해졌습니다. 해파리와 같은 단순한 생물은 위아래라는 제한적인 움직임에 머물러 신경 조직이 매우 단순합니다. 하지만 플라나리아와 같은 편형동물에 이르면 앞뒤, 좌우를 포함한 3차원적 운동이 가능해지며 뇌의 전신인 신경절이 나타나기 시작합니다. 복잡한 공간 속에서 신체를 조율하고 효율적으로 이동하기 위해 더 높은 수준의 정보 처리가 필요해진 것입니다. 이러한 운동의 내면화 과정이 결국 본격적인 뇌의 탄생을 이끌었습니다. 인간의 뇌는 단순히 움직이는 것을 넘어, 더 잘 움직이기 위해 감정과 이성을 발달시켰습니다. 생존에 유리한 행동을 유도하는 감정의 변연계가 생겨났고, 이를 적절히 통제하기 위해 이성을 담당하는 대뇌피질이 그 위를 감싸게 되었습니다. 이 과정에서 욕망하는 자아와 이를 조절하는 자아가 충돌하며 우리가 '마음'이라 부르는 복잡한 내면세계가 형성되었습니다. 결국 뇌는 생존을 위한 도구에서 시작하여, 이제는 인간의 행동과 의지를 주도하는 우리 존재의 핵심적인 주인이 된 것입니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

[강연] 고차원 비유클리드 공간으로의 초대 (3) _ by황준묵 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 5강 | 5강 ③

현대 과학에서 뇌의 평균적인 모양을 구하는 과정은 매우 정교한 수학적 설계를 필요로 합니다. 뇌의 가능한 모양들을 무한 차원의 공간으로 상상한 뒤, 이를 유한하지만 수천 차원에 달하는 고차원 비유클리드 공간으로 근사하여 계산합니다. 각 뇌의 모양을 이 공간상의 점으로 치환하고, 그 안에서의 거리와 각도 개념을 적용해 평균을 산출하면 비로소 의학적으로 유의미한 표준 모델이 완성됩니다. 이러한 기하학적 통계학은 과거에는 계산의 한계로 불가능했으나, 현대 컴퓨팅 기술의 발전 덕분에 최신 기하학 이론을 실생활에 응용하는 핵심 분야로 자리 잡았습니다. 우리가 매일 마주하는 3차원 세상 역시 뇌가 수행하는 고차원 기하학적 연산의 결과물입니다. 왼쪽 눈과 오른쪽 눈이 각각 받아들이는 2차원 영상 정보를 뇌는 수평 선분의 쌍으로 인식하여 하나의 입체적인 공간으로 재구성합니다. 처음 접하면 매우 추상적이고 복잡하게 느껴지는 논리적 과정이지만, 우리는 태어나서부터 이 과정을 끊임없이 반복해 왔기에 이를 본능적이고 당연한 실재로 받아들입니다. 결국 고차원 비유클리드 기하학에 익숙해진다는 것은 추상적인 데이터를 일상의 감각으로 변환하는 과정과 맞닿아 있다고 볼 수 있습니다. 로봇 팔의 정밀한 제어 원리에도 비유클리드 기하학의 정수가 담겨 있습니다. 수많은 마디와 관절로 이루어진 로봇이 물체를 떨어뜨리지 않고 움직이려면 각 부분의 위치와 각도를 동시에 조절해야 합니다. 이때 수학자들은 각 마디를 개별적으로 계산하는 대신, 로봇 전체의 상태를 수만 차원 비유클리드 공간 속의 단 하나의 점으로 표현하여 다룹니다. 관절의 가동 범위나 물리적 제약이 곡률로 작용하는 이 복잡한 공간에서 점의 움직임을 계산하는 방식은, 복잡한 시스템을 효율적으로 통제하는 현대 제어 이론의 근간이 되고 있습니다. 야구 선수가 날아오는 공을 몸을 던져 잡아내는 경이로운 동작은 뇌가 신체와 공의 정보를 하나의 고차원 비유클리드 공간으로 통합했기에 가능합니다. 뇌는 수많은 근육의 움직임과 공의 궤적을 따로 분리해 명령을 내리는 것이 아니라, 모든 변수가 합쳐진 공간에서 단 하나의 점을 이동시키듯 전신을 조절합니다. 흔히 말하는 '물아일체'의 경지는 수학적으로 보면 분산된 데이터들이 하나의 고차원 비유클리드 공간상의 점으로 수렴하는 상태를 의미합니다. 반복적인 연습은 뇌 속에 이러한 전용 기하학적 공간을 구축하여 복잡한 동작을 직관적인 한 점의 움직임으로 만듭니다. 기하학의 본질은 흩어져 있는 방대한 데이터를 융합하여 하나의 일관된 관점으로 바라보는 데 있습니다. 복잡한 수식이나 추상적인 고차원 비유클리드 기하학 이론들은 결국 세상을 더 단순하고 명확하게 이해하기 위한 도구입니다. 우리가 일상에서 사물을 입체적으로 보고 운동을 수행하는 모든 순간에 이미 고차원 비유클리드 기하학이 작동하고 있다는 사실은 매우 흥미롭습니다. 기하학은 단순히 상상력의 산물을 넘어, 인간의 인지 능력을 확장하고 복잡한 현실 세계를 하나의 질서 정연한 체계로 묶어주는 강력한 통합의 학문이라 할 수 있습니다.

황준묵

카오스재단카오스강연

수학

[강연] 인공지능의 실체와 미래 (3) _ by조성배 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 4강 | 4강 ③

인공지능과 로봇은 현대 과학의 가장 뜨거운 화두이며, 이 둘은 떼려야 뗄 수 없는 밀접한 관계를 맺고 있습니다. 로봇 공학의 관점에서 인공지능은 로봇의 '뇌' 역할을 수행하며, 로봇은 그 뇌가 내리는 명령을 현실 세계에서 실행하는 '몸'이 됩니다. 단순히 지능만 있는 소프트웨어를 넘어, 청소를 하거나 자동차를 조립하는 등 물리적인 일을 수행하기 위해서는 반드시 신체적 구조가 결합되어야 합니다. 결국 인공지능과 로봇의 결합은 인간의 지적 능력과 신체적 능력을 기계적으로 구현하려는 거대한 시도의 일환이라고 볼 수 있습니다. 뇌과학의 입장에서 보면 인간의 뇌는 수백만 년의 진화를 거쳐 완성된 지능의 원조라고 할 수 있습니다. 인간은 자신의 지능이 어떻게 작동하는지 궁금해했고, 이를 기계로 구현하려는 노력 끝에 인공지능이라는 분야가 탄생했습니다. 현재는 뇌과학, 인공지능, 로봇 공학이 '인지과학'이라는 하나의 커다란 틀 안에서 서로의 경계를 허물며 활발하게 교류하고 있습니다. 뇌의 작동 원리를 이해하여 더 나은 인공지능을 만들고, 인공지능 모델을 통해 뇌의 복잡한 네트워크를 분석하는 등 두 분야는 서로의 발전을 견인하는 동반자적 관계에 있습니다. 인간을 닮은 기계를 지칭하는 용어는 그 형태와 결합 방식에 따라 다양하게 나뉩니다. 기계적인 구조가 드러나는 인간형 로봇은 '휴머노이드', 겉모습만 봐서는 사람과 구별하기 힘든 로봇은 '안드로이드'라 부릅니다. 반면 생체 조직과 기계가 결합된 형태는 '사이보그'로 분류되는데, 이는 이미 우리 주변의 의수나 인공 관절 사용자들에게서도 찾아볼 수 있는 개념입니다. 기술이 발전함에 따라 인간과 기계의 외형적 구분은 점점 모호해지고 있지만, 인간은 '불쾌한 골짜기'라 불리는 미세한 어색함을 감지하며 여전히 생물학적 인간만의 고유성을 찾으려 노력합니다. 기술이 인간의 신체 내부로 들어오면서 '어디까지를 인간으로 볼 것인가'라는 철학적 질문이 중요해지고 있습니다. 예를 들어 파킨슨병 환자의 뇌에 전기 자극 장치(DBS)를 이식해 전기 자극을 주면, 전기 자극 장치(DBS)가 켜져 있는 동안에는 정상적인 생활이 가능해집니다. 이때 이 환자를 기계로 볼 것인지, 아니면 여전히 인간으로 볼 것인지에 대한 논의가 필요합니다. 연구에 따르면 사람들은 기억력이나 신체 기능의 변화보다 도덕성이나 인격 같은 근본적인 가치가 변했을 때 비로소 '내가 알던 사람이 아니다'라고 느낍니다. 즉, 인간다움의 핵심은 물리적 구성 요소보다 내면의 정체성에 있습니다. 현대 철학에서는 마음의 경계가 신체 내부에만 머물지 않는다는 '연장된 마음 가설'이 주목받고 있습니다. 우리가 컴퓨터나 스마트폰을 사용할 때, 혹은 가상현실 속 아바타를 조종할 때 우리 뇌는 그 도구들을 자신의 일부로 인식하기 시작합니다. 실제로 가상현실 실험에서 타인의 몸을 자신의 몸처럼 느끼게 되면, 뇌는 그 착각에 반응하여 체온이나 면역 체계까지 변화시키기도 합니다. 이는 인간의 의식과 지능이 고정된 육체에 갇혀 있는 것이 아니라, 환경 및 기술과의 상호작용을 통해 끊임없이 확장되고 변화할 수 있는 유연한 존재임을 시사합니다. 인공지능과 로봇의 발전이 인간의 일자리를 위협한다는 우려도 있지만, 본질적으로 이들은 인간의 부족함을 채워주는 협력자입니다. 인간은 호기심, 창의성, 정서적 공감 능력이 뛰어난 반면, 로봇은 정밀함, 속도, 반복 작업에서의 지치지 않는 인내심이라는 강점을 가집니다. 이러한 양측의 장점을 결합한 '협동 로봇(코봇)'은 의료 현장에서 의사의 정교한 수술을 돕거나, 독거노인의 정서적 동반자가 되어주는 등 삶의 질을 높이는 데 기여합니다. 기술의 목적은 인간을 대체하는 것이 아니라, 인간이 더 가치 있는 일에 집중할 수 있도록 돕는 데 있습니다. 미래 기술로 거론되는 '마인드 업로딩'은 뇌의 모든 신경망(커넥톰) 정보를 디지털로 복제하려는 시도입니다. 하지만 뇌는 단순히 고정된 데이터의 집합이 아니라, 신체와의 끊임없는 상호작용 및 타인과의 사회적 관계 속에서 실시간으로 변화하는 역동적인 시스템입니다. 특정 순간의 신경망(커넥톰) 지도를 복사한다고 해서 그 사람의 온전한 자아를 구현했다고 보기는 어렵습니다. 결국 지능과 의식은 뇌라는 물리적 기관을 넘어, 우리가 겪는 경험과 관계의 총합으로 완성됩니다. 따라서 기계와의 공존 시대에는 기술적 복제를 넘어 인간 존재의 고유한 가치를 어떻게 보존할지가 핵심 과제가 될 것입니다.

강성철, 장동선, 조성배

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물리학

[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.

김성연, 이준호, 황상민

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생명과학
뇌인지과학

[강연] 지구 시계로 살펴보는 지구와 생명의 대화 | 2017 카오스 콘서트 '지구, 생명, 인간' 1부 | 1부 ③

생명의 역사에서 의식의 출현은 지극히 짧은 순간에 이루어졌습니다. 약 10억 년 전 다세포 생물이 등장한 이후, 6억 년 전 최초의 신경계가 나타나며 비로소 의식의 싹이 트기 시작했습니다. 이는 지구의 역사를 24시간으로 환산했을 때 오후 9시경에 해당하며, 인류의 조상인 호모 사피엔스의 등장은 자정 불과 3초 전의 일입니다. 이 짧은 시간 동안 인간은 뇌를 통해 우주의 역사를 복원할 만큼 고도의 지능을 발달시켰습니다. 움직임이 있는 동물에게서 시작된 신경계의 진화가 결국 자아를 인식하는 복잡한 의식의 세계를 열어준 셈입니다. 지능의 형태는 생명체마다 다양하게 진화해 왔습니다. 가장 오래된 신경계를 가진 해파리는 온몸에 그물처럼 퍼진 신경망을 통해 포식자를 피하고 사냥을 합니다. 반면 문어와 같은 연체동물은 인간의 중앙집권적 뇌와는 달리 신체 전체에 신경세포가 골고루 분포되어 있으면서도, 쥐나 비둘기보다 많은 신경세포를 보유해 높은 지능을 보여줍니다. 이처럼 각 생명체는 자신이 처한 환경에 최적화된 방식으로 신경계를 발달시켜 왔으며, 이는 지능이 단순히 뇌의 크기나 구조에만 국한되지 않는 복합적인 진화의 결과물임을 시사합니다. 인간의 뇌가 유독 거대해진 배경에는 사회적 상호작용과 에너지 효율이라는 두 가지 핵심 요소가 자리 잡고 있습니다. 집단생활을 하며 타인의 의도를 파악하고 협력과 경쟁을 반복하는 과정에서 뇌는 복잡한 문제를 해결하기 위해 급격히 팽창했습니다. 하지만 뇌는 막대한 에너지를 소모하는 조직이기에 무한정 커질 수는 없었습니다. 인류가 불을 발견하고 음식을 익혀 먹기 시작하면서 소화 효율이 높아졌고, 여기서 확보된 잉여 에너지가 뇌의 성장을 뒷받침하는 결정적인 계기가 되었습니다. 즉, 요리하는 습관과 사회성이 오늘날 인간의 지능을 만든 원동력입니다. 현대 과학은 데카르트가 정의한 '생각하는 나'라는 존재 역시 뇌의 작용 중 하나라고 설명합니다. 자아는 우리가 내린 선택에 의미를 부여하고 경험을 일관되게 해석하도록 돕는 감각이지만, 때로는 불안정하게 흔들리기도 합니다. '걷는 시체 증후군' 환자들처럼 신체와 기억이 온전함에도 불구하고 자신의 존재 자체를 부정하는 사례는 자아가 얼마나 미스터리한 영역인지를 잘 보여줍니다. 분명히 세상을 보고 느끼고 있음에도 '나는 존재하지 않는다'고 믿는 현상은, 우리가 당연하게 여기는 자아라는 감각이 뇌가 정교하게 만들어낸 결과물임을 암시합니다. 우리가 내리는 수많은 선택이 정말 온전한 자유 의지에 의한 것인지에 대해서는 여전히 의문이 남습니다. 실험을 통해 증명되듯, 인간의 선택은 주변 환경이나 교묘하게 설계된 '미끼'에 의해 쉽게 유도될 수 있으며, 뇌는 그저 무의식적인 선택을 사후에 정당화하는 역할을 수행하기도 합니다. 어쩌면 자아란 뇌가 복잡한 선택의 원인을 설명하기 위해 도입한 일종의 추상적인 망상일지도 모릅니다. 인공지능이 고도로 발달하여 스스로를 인식하게 될 때, 그들 역시 인간처럼 자아라는 개념을 통해 자신의 존재를 정의하게 될지 고민해 볼 시점입니다.

이대열

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뇌인지과학

[강연] 인간의 지성, 인공지능과 무엇이 다른가? (1) by정재승 | 2016 가을 카오스 콘서트 '뇌 vs AI' 1부 | 1부 ①

인공지능 기술이 비약적으로 발전하면서 인간 지성의 본질에 대한 질문이 쏟아지고 있습니다. 재난 로봇 경진대회에서 보여준 최첨단 휴머노이드의 움직임은 아장아장 걷는 아이와 비슷해 보이지만, 그 내면의 학습 과정은 근본적으로 다릅니다. 인간은 넘어지는 실수를 통해 뇌 안에서 거대한 변화를 겪으며 걷는 법을 배울 뿐만 아니라, 그 과정에서 타인의 감정을 읽고 복잡한 의사결정을 내리는 법까지 함께 익힙니다. 이러한 통합적 성장은 인간만이 가진 독특한 지적 자산입니다. 컴퓨터의 창시자 앨런 튜링은 숫자와 언어라는 기호를 알고리즘으로 구현하는 범용 장치를 고안했습니다. 하지만 인간의 사고는 '적당히'나 '대충'과 같은 모호한 개념을 포함하며, 이를 숫자로 치환하기 어려운 영역이 존재합니다. 또한 컴퓨터는 하드웨어와 소프트웨어가 분리되어 있지만, 인간의 뇌는 구조가 바뀌면서 새로운 기능이 생겨나는 유기적인 형태를 띱니다. 뇌의 구조 자체가 그 사람의 가치관과 직업을 대변하는 아름다운 지도가 되는 셈입니다. 우리 뇌는 약 1.4kg의 무게에 천억 개의 신경세포가 연결된 집합체로, 매우 적은 에너지만으로도 고도의 연산을 수행합니다. 이는 수많은 전력을 소모하는 현대의 슈퍼컴퓨터와 대조되는 특징입니다. 뇌는 특정 부위가 계산과 저장을 전담하지 않고 전체가 긴밀하게 연결되어 작동합니다. 덕분에 환경이 복잡해지더라도 시스템의 부하를 최소화하면서 고차원적인 인지 과정을 도출해낼 수 있는 유연한 체계를 갖추고 있습니다. 뇌과학자 제프 호킨스는 인간 지능의 핵심을 '예측'으로 정의했습니다. 인간은 매 순간 다음 상황을 미리 내다보고, 자신의 예측이 맞는지 확인하며 지식을 업데이트합니다. 이 과정에서 적은 양의 데이터만으로도 대상을 파악하는 '원샷 러닝' 능력이 발휘됩니다. 인공지능이 수백만 장의 사진을 학습해야 개와 고양이를 구별하는 것과 달리, 인간은 단 몇 번의 경험만으로도 본질을 꿰뚫어 보는 일반화 능력을 갖추고 있어 세상을 빠르게 이해합니다. 인공지능은 주어진 문제를 푸는 '활용'에는 능숙하지만, 새로운 가치를 발견하고 문제를 제기하는 '탐색'과 '가치 전복'에는 한계가 있습니다. 예술가나 과학자처럼 기존의 데이터를 비판적으로 바라보고 세상에 없던 무언가를 창조하는 일은 인간의 고유 영역입니다. 또한 타인과 관계를 맺고 공감하는 사회적 뇌의 기능은 인공지능이 따라오기 힘든 부분입니다. 미래 사회에서는 이러한 인간만의 창의성과 사회적 연결성이 더욱 중요한 가치가 될 것입니다.

정재승

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뇌인지과학

[강극] 뇌 안에 너 있다(1) | 2016 가을 카오스 콘서트 '뇌 vs AI' 2부 | 2부 ①

사랑은 흔히 심장이 하는 일이라 여겨지지만, 뇌과학의 관점에서 보면 이는 뇌가 만들어내는 정교한 전기화학적 폭풍에 불과합니다. 우리의 뇌는 외부의 자극과 내부의 기억, 환상을 버무려 사랑이라는 감정을 생생한 가상현실처럼 구현해냅니다. 우리는 어쩌면 상대방이라는 실체보다 뇌가 투영한 환상을 사랑하고 있는지도 모릅니다. 이러한 감각은 진화의 과정에서 생존과 번식을 위해 최적화된 결과물이며, 남녀의 차이 또한 각기 다른 생존 전략을 취해온 뇌의 발달 과정에서 비롯된 자연스러운 현상입니다. 영국의 철학자 프랜시스 베이컨은 인간이 과학적 사고를 방해받지 않기 위해 타파해야 할 네 가지 우상을 제시했습니다. 그중 '종족의 우상'은 세상을 오직 인간 중심적으로만 바라보는 시건방진 태도를 의미합니다. 인간을 자연의 일부가 아닌 우주의 주인공으로 설정하고, 모든 현상을 인간의 잣대로 해석하려는 경향입니다. 과거 코페르니쿠스의 지동설과 다윈의 진화론이 이러한 인간의 자존심에 큰 타격을 입혔다면, 현대의 뇌과학은 우리가 가진 자아와 영혼마저 뇌의 발명품일 수 있다는 충격적인 사실을 시사합니다. 인간의 대뇌피질은 미래를 시뮬레이션하는 독특한 기능을 수행합니다. 이는 애착이라는 감정을 미래로 투영해 영원한 사랑을 약속하게 만들기도 하지만, 동시에 피할 수 없는 죽음을 미리 예견하게 합니다. 모든 생명체는 죽지만, 자신의 죽음을 미리 시뮬레이션하고 공포를 느끼는 존재는 인간이 유일할 것입니다. 이러한 죽음에 대한 공포는 사후 세계나 불멸의 영혼이라는 거대 담론을 만들어내는 동력이 되었습니다. 결국 죽음이라는 개념조차 삶을 지속시키기 위해 뇌가 설계한 고도의 시뮬레이션 결과물이라 볼 수 있습니다. 죽음의 공포를 극복하기 위해 인류는 '메멘토 모리', 즉 죽음을 기억하라는 지혜를 발휘해 왔습니다. 이는 불확실한 미래의 사건인 죽음을 현재의 시간으로 끌어와 능동적으로 인식하는 전략입니다. 죽음을 직시할 때 비로소 현재의 소중함에 집중하는 '카르페 디엠'의 자세가 가능해지기 때문입니다. 하지만 이러한 시뮬레이션이 극단으로 치달아 죽음의 공포를 현재의 행위로 바꾸려 할 때 자살이라는 역설적인 선택이 나타나기도 합니다. 뇌의 시뮬레이션 능력이 삶을 풍요롭게 하기도 하지만, 때로는 감당하기 힘든 비용을 요구하기도 하는 셈입니다. 인간이 정말 특별한 존재인가에 대한 질문에 뇌과학은 겸손한 답변을 내놓습니다. 인간은 스스로가 특별하지 않을 수도 있다는 사실을 자각할 수 있다는 점에서 역설적으로 특별합니다. 자신의 뇌가 편견에 사로잡히기 쉽다는 것을 인지하고, 과학이 주는 객관성을 통해 종족의 우상을 타파해 나가는 과정 자체가 인간다움의 본질일지도 모릅니다. 우리가 모든 것을 알고 있다는 오만을 버리고 '나무의 철학'처럼 존재 자체에 집중할 때, 비로소 인간은 자연의 일부로서 진정한 자아를 발견하게 될 것입니다.

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[강연] 패널토크 | 2016 가을 카오스 콘서트 '뇌 vs AI' 3부 | 3부 ③

인간 뇌와 인공지능은 현대 과학이 탐구하는 가장 매혹적인 주제 중 하나입니다. 최근 인공지능 기술이 비약적으로 발전하면서 인간 고유의 영역이라 여겨졌던 창의성마저 기계가 대체할 수 있을지에 대한 논의가 활발해지고 있습니다. 알파고의 사례에서 보여준 인공지능의 파격적인 수는 기존의 이론을 뛰어넘어 '상자 밖의 사고'를 가능하게 했으며, 이는 단순한 모방을 넘어선 새로운 지능의 탄생을 예고했습니다. 이러한 변화는 우리에게 인간 지능의 본질이 무엇인지, 그리고 기계와 공존하는 미래를 어떻게 준비해야 할지에 대한 깊은 질문을 던집니다. 하지만 인공지능이 모든 면에서 인간을 앞지른 것은 아닙니다. 알파고의 사례를 다시 살펴보면, 시간 제한이 엄격한 상황이나 직관에 의존해야 하는 순간에는 여전히 인간의 능력이 빛을 발하기도 합니다. 이는 현재의 인공지능이 방대한 데이터를 처리하는 데는 능숙하지만, 인간이 가진 찰나의 직관이나 통찰력을 완벽히 구현하기에는 아직 넘어야 할 산이 많음을 시사합니다. 인공지능이 인간을 뛰어넘기 위해서는 단순히 계산 속도를 높이는 것을 넘어, 우리가 아직 제대로 파악하지 못한 인간 뇌의 복잡한 작동 원리에 대한 깊은 이해가 선행되어야 할 것입니다. 하드웨어 측면에서 보면 인간 뇌와 인공지능의 격차는 더욱 명확해집니다. 인간 뇌는 약 천억 개의 뉴런이 정교하게 연결되어 작동하지만, 현재의 인공지능 모델은 그에 비하면 훨씬 적은 수의 뉴런을 모방하고 있습니다. 만약 인공지능의 규모가 인간 뇌 수준으로 확장된다면 어떤 일이 벌어질지는 누구도 예측하기 어렵습니다. 특히 인류가 축적한 모든 지식을 학습할 수 있는 단일 알고리즘의 가능성은 인공지능의 한계를 규정짓기 어렵게 만듭니다. 데이터의 축적과 하드웨어의 발전이 결합할 때, 인공지능은 우리가 상상하는 것 이상의 진화를 이룰 수 있습니다. 인간 뇌는 진화 과정을 통해 제한된 에너지를 효율적으로 사용하도록 최적화되었습니다. 반면 인공지능은 에너지 사용에 대한 물리적 제약이 상대적으로 적어, 기술 발전에 따라 그 규모를 무한히 확장할 수 있는 잠재력을 가집니다. 이러한 차이는 소위 '강한 인공지능'이 등장하지 않더라도, 특정 분야에서 인간을 압도하는 '약한 인공지능'만으로도 충분히 위협적일 수 있음을 의미합니다. 인간이 생물학적 한계 내에서 지능을 활용하는 동안, 기계는 자원의 제약 없이 지능의 지평을 넓혀가고 있기 때문입니다. 인공지능이 일상화될 미래를 준비하기 위해 우리는 과학적 사고와 더불어 인간만의 고유한 가치에 주목해야 합니다. 기계가 따라오기 힘든 사람 사이의 관계 맺기, 가치관 정립, 그리고 공감 능력은 인공지능 시대에 더욱 빛을 발할 자산입니다. 또한 기술의 변화 속도가 예측 불가능할 정도로 빠르기 때문에, 과거의 지식에 안주하기보다는 평생에 걸쳐 새로운 것을 배우려는 태도가 필수적입니다. 스스로의 무지를 인정하고 끊임없이 탐구하는 자세야말로 인공지능과 공존하며 인간의 존엄성을 지켜나갈 수 있는 가장 강력한 무기가 될 것입니다.

감동근, 임창환, 정재승

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뇌인지과학
수학
융합

[강연] 뇌의 미래와 인공 자아의 탄생 (1) _ 김대식 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 10강 | 10강 ①

인류는 50만 년 전만 해도 맹수의 먹잇감에 불과한 연약한 존재였습니다. 하지만 우리는 신체적 열세를 극복하고 도구를 만드는 지능을 통해 세상을 지배하게 되었습니다. 도구는 인간과 떼려야 뗄 수 없는 존재이며, 그 중심에는 인간의 지적 능력을 확장하려는 끊임없는 노력이 자리하고 있습니다. 1.5kg의 고깃덩어리에 불과한 뇌가 어떻게 이런 놀라운 문명을 일구었는지 이해하는 것은 인류의 과거와 미래를 잇는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 이러한 지능의 발달은 인류를 지구상의 그 어떤 생명체보다 특별한 존재로 만들었습니다. 우리 뇌는 두개골이라는 어둡고 폐쇄적인 공간에 갇혀 평생을 살아갑니다. 뇌가 세상을 직접 만지거나 보는 것이 아니라, 눈과 코, 귀와 같은 감각 기관이 전달하는 신호를 간접적으로 해석할 뿐입니다. 흥미로운 점은 오감이 전달하는 정보가 항상 완벽하지 않으며, 뇌 또한 이를 있는 그대로 받아들이지 않는다는 사실입니다. 뇌는 생존 확률을 높이기 위해 들어온 정보를 추론하고 가공하며, 때로는 현실에 존재하지 않는 움직임이나 색상을 만들어내기도 합니다. 이러한 해석 과정이 바로 우리가 세상을 인식하는 방식입니다. 동일한 사물을 보더라도 사람마다 다르게 인식하는 현상은 뇌의 해석이 주관적임을 잘 보여줍니다. 유명한 파란색과 금색 드레스 논란처럼, 뇌는 각자의 유전적 요인과 환경에 따라 정보를 다르게 처리합니다. 우리가 서로 같은 세상에 살고 있다고 믿는 이유는 인식의 차이를 담아내기에 언어의 해상도가 너무 낮기 때문입니다. 애매모호한 색상을 '빨강'이라는 단어 하나로 묶어 표현하면서 서로의 차이를 인지하지 못할 뿐, 실제로는 각자가 뇌가 만들어낸 조금씩 다른 출력값의 세계를 살아가고 있는 셈입니다. 인공지능 연구의 역사에서 가장 흥미로운 지점은 인간에게 쉬운 일이 기계에게는 매우 어렵고, 반대로 인간에게 어려운 계산은 기계에게 쉽다는 사실입니다. 우리는 고양이를 구별하거나 걷는 일을 당연하게 여기지만, 이는 수억 년의 진화 과정을 통해 우리 뇌의 하드웨어에 이미 정답이 새겨져 있기 때문입니다. 반면 미분 방정식이나 복잡한 수학 계산은 진화 과정에서 마주할 일이 없었기에 뇌에 정답이 없습니다. 우리가 쉽다고 느끼는 것들은 사실 진화가 미리 풀어놓은 고난도의 문제들이었던 것입니다. 뇌과학과 인공지능의 결합은 단순히 편리한 기능을 넘어 '인공 자아'의 탄생이라는 새로운 국면을 예고합니다. 뇌가 현실을 해석하고 상상하는 능력을 통해 문명을 건설했듯이, 이제는 그 메커니즘을 기계에 이식하여 고도화된 지능을 구현하려 합니다. 이는 인류가 자신의 지적 한계를 넘어서려는 시도이자, 스스로의 정체성을 재정의하는 과정이기도 합니다. 뇌의 미래를 탐구하는 여정은 결국 인간이란 무엇인가라는 근원적인 질문에 답을 찾아가는 과정과 맞닿아 있습니다.

김대식

카오스재단카오스강연

물리학
뇌인지과학

[강연] 진화, 뇌를 여는 열쇠 (4) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 9강 | 9강 ④

인간의 지능과 뇌 크기의 상관관계는 오랜 논쟁의 대상입니다. 흔히 뇌가 클수록 똑똑할 것이라 생각하지만, 절대적인 크기보다는 체중 대비 뇌 비율이나 대뇌피질의 복잡성이 더 중요한 지표로 여겨집니다. 특히 인류는 사회적 관계 속에서 타인의 의도를 읽고 복잡한 상호작용을 수행하기 위해 뇌를 팽창시키는 방향으로 진화해 왔습니다. 이를 '마키아벨리적 지능 가설'이라 부르기도 하는데, 이는 인간이 자연환경보다 다른 인간과의 관계를 해결하는 데 더 큰 지적 에너지를 쏟았음을 시사합니다. 현대 뇌과학은 뇌의 크기보다 '신경 효율성'에 주목합니다. 뇌는 수많은 신경세포의 연결망인 시냅스로 구성되며, 이 연결이 얼마나 단단하고 효율적으로 이루어지느냐가 지능의 핵심입니다. 특정 사물을 인식하고 이를 언어와 결합하여 행동으로 옮기는 과정은 뇌의 여러 영역이 하나의 회로처럼 유기적으로 움직일 때 가능해집니다. 단순히 뇌의 부피를 키우는 것이 아니라, 복잡한 주름을 통해 표면적을 넓히고 신경전달의 속도와 정확성을 높이는 방향으로의 진화가 인간 지성의 근간이 되었습니다. 우리가 설탕이나 지방에 열광하는 이유는 진화의 역사 속에서 찾을 수 있습니다. 과거 수렵채집 시대에는 에너지가 풍부한 단맛과 감칠맛을 선호하는 개체가 생존과 번식에 유리했습니다. 하지만 영양 과잉의 시대인 현대에 들어서면서 이러한 진화적 선호는 오히려 당뇨나 고혈압 같은 부작용을 낳고 있습니다. 과거에는 생존을 돕던 귀한 영양소들이 이제는 건강을 위협하는 존재가 된 것입니다. 이는 생물학적 진화 속도가 급격히 변한 현대 사회의 환경을 따라잡지 못해 발생하는 일종의 '진화적 부적응' 사례라 할 수 있습니다. 뇌의 보상회로는 생존에 필수적인 행동을 할 때 도파민을 분비하여 쾌락을 느끼게 합니다. 식사나 번식, 사회적 유대감 형성이 즐거운 이유는 이 시스템 덕분입니다. 그러나 술, 담배, 도박, 심지어 인터넷 게임과 같은 현대적 자극들은 이 보상회로를 비정상적으로 강력하게 활성화합니다. 반복된 자극은 뇌의 내성을 유발하고, 결국 더 큰 자극 없이는 일상적인 즐거움을 느끼지 못하는 중독 상태에 빠뜨립니다. 진화의 산물인 보상 시스템이 현대의 인공적인 자극과 만나면서 예상치 못한 사회적 병리 현상을 만들어낸 셈입니다. 모든 행동이 뇌의 물리화학적 작용이라는 과학적 설명은 때로 허무함이나 책임 회피의 근거로 오해받기도 합니다. 하지만 행동의 원인을 설명하는 것과 그 행동을 도덕적으로 정당화하는 것은 전혀 다른 차원의 문제입니다. 유전자나 호르몬, 뇌 회로를 통해 폭력성이나 특정 행동의 기제를 밝혀내는 것은 그 문제를 더 효과적으로 해결하고 예방하기 위한 방책을 찾는 과정입니다. 과학은 우리에게 면죄부를 주는 것이 아니라, 인간 본성에 대한 깊은 이해를 통해 더 나은 사회적 시스템을 설계할 수 있는 지표를 제공합니다. 유전자가 행동의 경향성을 결정할 수는 있지만, 그것이 곧 피할 수 없는 운명은 아닙니다. 실제로 반사회적 유전적 소인을 가졌음에도 불구하고 교육과 환경의 영향으로 훌륭한 학자가 된 사례는 환경의 중요성을 잘 보여줍니다. 유전자의 발현은 태어난 이후의 경험과 학습에 의해 얼마든지 조절될 수 있는 가소성을 지니고 있습니다. 따라서 우리는 생물학적 결정론에 빠져 허무해하기보다, 적절한 환경 조성과 교육을 통해 잠재된 부정적 요인을 억제하고 긍정적인 방향으로 나아갈 수 있는 가능성에 주목해야 합니다. 과학이 삶의 신비로움을 파괴한다는 우려와 달리, 진화와 뇌과학은 우리가 왜 지금의 모습으로 존재하는지에 대한 가장 아름답고 정교한 답을 들려줍니다. 인간만이 유일하게 자신의 기원과 존재의 이유를 과학적으로 탐구할 수 있는 종이라는 사실은 그 자체로 경이로운 일입니다. 또한 인간의 마음이 뇌에서 비롯된다는 사실은 우리와 다른 생명체들이 공유하는 진화적 연결고리를 확인시켜 줍니다. 이러한 겸허한 성찰은 인간 중심적인 사고에서 벗어나 생태계 전체를 이해하고 공존하는 지혜를 선사합니다.

구자욱, 김태원, 전중환

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뇌인지과학

[강연] 진화, 뇌를 여는 열쇠 (2) _ 전중환 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 9강 | 9강 ②

우리가 초콜릿 케이크를 먹는 이유를 물었을 때, "달콤해서"라는 대답은 시스템이 어떻게 작동하는지를 설명하는 '근접 원인'에 해당합니다. 이는 뇌의 특정 부위가 활성화되거나 호르몬이 분비되는 등 개체의 일생 내에서 일어나는 현상을 다룹니다. 반면, 왜 하필 당분이 풍부한 음식을 달콤하게 느끼도록 설계되었는지를 묻는 것은 '궁극 원인'의 영역입니다. 진화적 관점에서 당분은 생존에 필수적인 에너지원이었기에, 이를 선호하는 개체가 자연선택을 통해 살아남아 우리에게 그 형질을 물려준 것입니다. 현대 신경과학은 fMRI와 같은 기술을 통해 뇌의 활동을 정밀하게 관찰하지만, 때로는 통합적인 이론 틀 없이 현상만을 나열하는 탐색적 연구에 머물기도 합니다. 특정 활동을 할 때 뇌의 어느 부위가 활성화되는지를 확인하는 것은 중요하지만, 왜 하필 그 부위가 그런 방식으로 반응하는지에 대한 근본적인 설명이 부족할 수 있습니다. 진화심리학은 이러한 신경과학적 발견들을 하나의 일관된 체계로 묶어주는 프레임워크를 제공합니다. 즉, 뇌가 왜 그렇게 설계되었는지에 대한 과학적 근거를 제시함으로써 연구의 깊이를 더해줍니다. 진화적 시각은 흩어져 있는 여러 연구 결과를 하나로 통합할 뿐만 아니라, 아직 발견되지 않은 새로운 사실을 예측하는 길잡이 역할을 합니다. 예를 들어, 보상 중추가 초콜릿을 먹을 때뿐만 아니라 사회적 규칙을 어긴 사기꾼이 처벌받는 모습을 볼 때도 활성화되는 이유는 무엇일까요? 이는 집단생활을 하던 우리 조상들에게 무임승차자를 응징하는 것이 공동체의 생존에 유리했기 때문이라는 진화적 해석이 가능합니다. 이처럼 진화론적 가설은 뇌과학이 단순한 관찰을 넘어 인간 심리의 적응적 결과물을 탐구하는 학문으로 발전하도록 돕습니다. 진화적 예측이 실제 연구로 이어진 대표적인 사례는 질투의 성차입니다. 남성은 자신의 유전적 친자 여부를 확신할 수 없는 '부성 불확실성' 때문에 배우자의 성적 부정에 더 민감하게 반응하도록 진화했습니다. 반면 여성은 자녀 양육에 필요한 자원이 다른 곳으로 유출되는 것을 막기 위해 배우자의 정서적 부정, 즉 마음이 떠나는 신호를 더 무겁게 받아들입니다. 이러한 차이는 단순히 문화적 학습의 결과가 아니라, 수천 세대에 걸쳐 생존과 번식이라는 현실적인 문제를 해결하는 과정에서 형성된 심리적 적응 기제라고 볼 수 있습니다. 이러한 진화적 가설은 뇌영상 촬영을 통해 과학적으로 증명되었습니다. 배우자의 부정을 상상하게 했을 때, 남성은 성관계와 공격성에 관여하는 편도체와 시상하부가 여성보다 더 크게 활성화되었습니다. 반면 여성은 타인의 의도와 마음을 읽는 데 관여하는 뒤쪽 위측두고랑 부위가 더 활성화되는 양상을 보였습니다. 이는 뇌과학 연구가 단순히 '어떤 변화가 일어나는가'를 보는 수준을 넘어, 진화적 이론 틀을 바탕으로 세워진 선험적 예측을 검증함으로써 인간 본성에 대한 이해를 한 단계 더 끌어올릴 수 있음을 보여줍니다.

전중환

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[강연] 진화, 뇌를 여는 열쇠 (1) _ 전중환 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 9강 | 9강 ①

인간의 마음은 신비로운 영역으로 여겨지지만, 본질적으로는 뇌의 전기화학적 활동에서 비롯됩니다. 뇌 역시 심장이나 허파와 마찬가지로 자연선택에 의한 진화의 산물이라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 많은 이들이 진화라고 하면 단순히 먼 과거의 원시적인 모습만을 떠올리며 현대인의 마음과는 거리가 멀다고 생각하곤 합니다. 하지만 뇌를 생물학적 기관으로 바라볼 때, 우리는 비로소 인간의 본성을 더 깊이 있게 탐구할 수 있는 이론적 틀을 얻게 됩니다. 뇌가 왜 지금과 같은 방식으로 작동하는지 이해하기 위해서는 진화라는 열쇠가 반드시 필요합니다. 뇌의 핵심적인 기능은 외부 환경에서 들어오는 정보를 처리하여 그에 맞는 적절한 행동을 산출하는 것입니다. 여기서 '적절함'이란 논리적인 정답이 아니라, 종의 진화 역사에서 생존과 번식에 유리했던 반응을 의미합니다. 예를 들어 소의 변을 보고 인간이 혐오감을 느끼는 것은 병원균으로부터 몸을 보호하기 위한 진화적 결과입니다. 반면 똥파리에게 같은 대상은 먹이이자 번식의 장소로 인식됩니다. 이처럼 동일한 환경 정보라도 종에 따라 뇌가 개입하여 전혀 다른 반응을 만들어내는 것은 각자의 생존 전략이 다르기 때문입니다. 찰스 다윈은 자연선택을 통해 복잡한 생물학적 적응이 어떻게 의도적인 설계자 없이도 만들어질 수 있는지 증명했습니다. 뱀의 머리를 닮은 애벌레의 뒷모습처럼, 생존에 유리한 미세한 변이가 세대를 거듭하며 누적되면 마치 누군가 정교하게 다듬은 것 같은 결과물이 탄생합니다. 이러한 기계적이고 맹목적인 과정은 우리 뇌의 구조와 기능에도 동일하게 적용됩니다. 따라서 우리가 마주하는 복잡한 심리 기제들은 우연의 산물이 아니라, 과거의 환경에 적응하기 위해 오랜 시간 동안 정교하게 다듬어진 진화적 작품이라고 할 수 있습니다. 생물학적 특성을 제대로 이해하기 위해서는 '어떻게' 작동하는지에 대한 설명뿐만 아니라, '왜' 존재하는지에 대한 궁극적인 질문이 필요합니다. 코가 안경을 걸치기 위해 존재하는 것이 아니듯, 우리 마음의 여러 기능도 특정한 진화적 목적을 가지고 설계되었습니다. 어떤 형질이 과거 진화 역사에서 다음 세대에 유전자를 전달하는 데 어떻게 기여했는지를 묻는 것은 뇌과학의 발견들을 하나로 통합하는 중요한 이정표가 됩니다. 이러한 진화적 기능에 대한 탐구는 인간의 복잡한 행동 양식을 설명하는 강력한 도구가 됩니다. 현대인의 마음은 수백만 년 동안 이어진 수렵 채집 생활을 통해 형성되었습니다. 농경 사회나 산업 사회의 역사는 진화의 관점에서 보면 찰나에 불과하기 때문에, 우리의 뇌는 여전히 원시 환경의 문제들을 해결하는 데 최적화되어 있습니다. 상한 음식을 피하거나 적절한 배우자를 찾는 것과 같은 구체적인 생존 과제들을 해결하기 위해 설계된 심리 기제들의 집합이 바로 인간의 마음입니다. 결국 진화 심리학은 과거의 환경에서 생존과 번식을 위해 분투했던 조상들의 흔적이 오늘날 우리의 생각과 행동 속에 어떻게 남아 있는지를 밝혀내는 학문입니다.

전중환

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[강연] 시냅스 생쥐 그리고 정신질환 (1) _ 김은준 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강 | 8강 ①

우리 뇌 속에는 약 천억 개의 신경세포가 존재하며, 이들은 시냅스라는 접합부를 통해 서로 끊임없이 소통합니다. 시냅스는 신경세포의 축삭 말단에서 분비된 신경전달물질이 다음 세포의 수용체에 결합하며 신호를 전달하는 물리적 장소입니다. 하나의 신경세포에는 수천 개의 시냅스가 마치 크리스마스트리의 전구처럼 촘촘하게 매달려 있습니다. 이러한 방대한 네트워크는 뇌가 정보를 처리하고 명령을 내리는 가장 기초적인 단위가 되며, 우리 몸의 모든 활동을 조율하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 시냅스는 크게 신호를 촉진하는 흥분성 시냅스와 이를 억제하는 억제성 시냅스로 나뉩니다. 건강한 뇌 기능을 유지하기 위해서는 이 두 시냅스 사이의 정교한 균형이 무엇보다 중요합니다. 만약 이 균형이 깨져 흥분이 과도해지면 뇌전증과 같은 질환이 발생할 수 있고, 반대로 억제가 지나치면 수면 장애나 우울감이 나타날 수 있습니다. 100조 개에 달하는 시냅스들이 실시간으로 만들어내는 이 역동적인 균형이 곧 우리의 정신적 건강을 결정짓는 핵심 요소라고 할 수 있습니다. 뇌 질환은 크게 신경과 질환과 정신과 질환으로 구분할 수 있습니다. 파킨슨병이나 알츠하이머와 같은 신경과 질환은 주로 신경세포 자체가 사멸하면서 발생하는 반면, 조현병이나 우울증 같은 정신과 질환은 세포의 죽음보다는 시냅스와 신경 회로의 미묘한 기능 변화에서 기인합니다. 즉, 뇌의 하드웨어적인 손상보다는 소프트웨어적인 신호 전달 체계의 이상이 정신 질환의 주요 원인이 되는 것입니다. 이러한 차이를 이해하는 것이 현대 뇌 과학 연구와 치료의 중요한 출발점이 됩니다. 최근 뇌 과학에서는 인지 과정의 중요성이 점차 강조되고 있습니다. 인지는 자기 자신과 주변 환경을 인식하는 능력으로, 이 과정에 문제가 생기면 다양한 정신 질환으로 이어집니다. 예를 들어 자신에 대한 인지가 왜곡되면 망상이나 조현병이 나타날 수 있고, 타인에 대한 인지 부족은 자폐 스펙트럼 장애의 원인이 되기도 합니다. 또한 주의 집중의 대상에 대한 인지 오류는 ADHD를 유발합니다. 결국 우리가 세상을 어떻게 받아들이느냐 하는 인지의 틀이 정신 건강을 지탱하는 중요한 척도가 되는 셈입니다. 신경 정신 질환은 환자 개인의 고통을 넘어 막대한 사회적, 경제적 비용을 발생시킵니다. 전 세계적으로 관련 시장 규모는 수백 조 원에 달하며, 특히 조현병과 우울증은 매우 큰 비중을 차지하고 있습니다. 아직 자폐 스펙트럼 장애와 같이 명확한 치료제가 개발되지 않은 분야도 많지만, 시냅스와 인지 과정에 대한 연구가 깊어짐에 따라 새로운 치료 가능성이 열리고 있습니다. 뇌의 복잡한 메커니즘을 밝혀내고 질병의 원인을 규명하는 일은 인류의 삶의 질을 높이는 가장 도전적이고도 가치 있는 과제 중 하나입니다.

김은준

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

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

백세범, 정상철, 정수영

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

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

정수영

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 영화로 만나는 뇌과학 (5) _ 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 6강 | 6강 ⑤

뇌의 전두엽은 우리 몸의 행동과 감정을 조절하는 '경찰'과 같은 역할을 수행합니다. 전두엽이 손상되면 평소 억제되었던 본능이나 숨겨진 능력이 발현되기도 하는데, 이는 전두엽이 자아를 통제하는 중심지이기 때문입니다. 전두측엽 치매 환자에게서 성격 변화나 난폭함이 나타나는 이유도 이 통제 기능이 상실되었기 때문입니다. 때로는 예술적 감각이 새롭게 깨어나기도 하지만, 이는 뇌의 특정 영역이 억제에서 해방되며 나타나는 복합적인 현상으로 이해할 수 있습니다. 기억의 메커니즘은 현대 과학에서도 여전히 풀기 어려운 난제 중 하나입니다. 에릭 칸델과 같은 학자들이 기억 증강 물질을 연구하며 노벨상을 받기도 했지만, 특정 기억만을 선택적으로 지우거나 강화하는 것은 진화론적으로 매우 복잡한 과정입니다. 영화 속 소재처럼 기억을 자유자재로 조작하는 것은 현실적으로 불가능에 가깝습니다. 다만 정신과적 약물을 통해 과도하게 예민해진 신경 전달 물질을 조절함으로써 트라우마로 인한 고통을 완화하는 수준의 도움은 가능합니다. 알츠하이머병과 같은 퇴행성 질환은 증상이 나타났을 때 이미 뇌 손상이 상당 부분 진행된 경우가 많습니다. 최근에는 아밀로이드 단백질의 축적을 시각화하는 영상 기술이 발달하면서 조기 진단의 가능성이 열리고 있습니다. 기억력이 감퇴하기 전인 50대부터 정밀 검사를 통해 위험 요소를 발견하고 관리하는 것이 현재로서는 가장 효과적인 대응 방안입니다. 유전적 요인이나 특정 단백질의 축적을 미리 파악하여 초기에 치료를 시작하려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 뇌는 인간의 정체성을 결정하는 핵심 기관이기에 신체 이식 논의에서도 중심이 됩니다. 과거 동물을 대상으로 한 머리 이식 실험이 시도된 적이 있으나, 실제 인간에게 적용하기에는 신경 연결과 면역 반응 등 기술적 장벽이 매우 높습니다. 또한 스트레스와 같은 심리적 요인이 뇌에 미치는 영향은 물리적인 손상만큼이나 복합적입니다. 같은 환경에서도 개체마다 스트레스 반응이 다른 이유는 뇌의 미세한 기능적 차이 때문이며, 이는 뇌과학이 앞으로 해결해야 할 중요한 과제입니다. 뇌성마비와 같은 운동 장애는 주로 기저핵 부위의 손상과 관련이 깊으며, 이는 평생에 걸친 재활과 관리가 필요한 영역입니다. 한편 남녀의 뇌 구조 차이에 대한 연구는 공감 능력이나 감각의 예민함이 뇌량의 두께나 변연계의 활성화 정도와 연관이 있음을 보여줍니다. 여성의 뇌가 양쪽 반구를 더 활발하게 연결하여 사용하는 경향이 있는 반면, 남성은 특정 영역에 집중하는 특성을 보입니다. 이러한 과학적 사실은 인간의 다양성을 이해하고 사회적 협력을 이끌어내는 기초가 됩니다.

김종성, 장영엽

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[강연] 영화로 만나는 뇌과학 (2) _ 김종성 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 6강 | 6강 ②

뇌는 생존을 넘어 진화의 과정을 거치며 복잡해졌습니다. 파충류에서 포유류로 진화하며 나타난 가장 큰 변화 중 하나는 '모성애'의 등장입니다. 파충류는 알을 낳고 떠나버리지만, 포유류는 적게 낳아 정성껏 기르는 전략을 택했습니다. 이를 위해 뇌간 위쪽에 변연계라는 부위가 발달하게 되었습니다. 폴 매클린의 실험에 따르면 변연계의 대상회를 제거한 햄스터는 새끼를 돌보지 않게 됩니다. 이처럼 변연계는 종의 번식과 생존을 위한 본능적인 감정과 모성을 담당하는 핵심적인 역할을 수행하며 인간 사회의 기초를 형성했습니다. 기억과 감정은 뇌 안에서 밀접하게 연결되어 서로를 지탱합니다. 측두엽 깊숙이 위치한 편도체와 해마는 우리가 겪는 수많은 사건 중 감정이 실린 중요한 정보를 선별하여 기록합니다. 생존에 직결된 공포나 기쁨 같은 강렬한 감정은 해마를 통해 장기 기억으로 전환되어 대뇌 피질의 네트워크에 저장됩니다. 우리가 과거를 회상할 때 주로 감정적인 순간들을 선명하게 떠올리는 이유도 바로 이 때문입니다. 감정은 단순한 느낌을 넘어, 우리가 무엇을 기억하고 어떻게 살아남을지를 결정하는 뇌의 정교한 필터 역할을 수행합니다. 뇌과학 역사에서 가장 유명한 환자인 H.M.은 해마의 역할을 극명하게 보여주는 사례입니다. 심한 뇌전증 치료를 위해 양쪽 해마를 제거한 그는 수술 이전의 기억은 유지했지만, 새로운 사실을 전혀 기억하지 못하는 상태가 되었습니다. 이를 통해 해마가 단기 기억을 장기 기억으로 넘기는 결정적인 관문임을 알게 되었습니다. 흥미롭게도 러시아의 문호 도스토옙스키 역시 측두엽 뇌전증을 앓으며 겪은 기이한 감정적 체험을 자신의 작품 속에 녹여냈습니다. 이는 뇌의 특정 부위가 인간의 인지 능력뿐만 아니라 예술적 창의성에도 얼마나 큰 영향을 미치는지 시사합니다. 영화 '메멘토'는 해마가 손상되어 10분마다 기억이 리셋되는 주인공의 삶을 통해 기억의 본질에 대한 묵직한 질문을 던집니다. 주인공은 폴라로이드 사진과 메모에 의존해 세상을 파악하려 애쓰지만, 이는 타인에게 이용당하는 취약점을 낳기도 합니다. 사실 우리 모두는 매일 마음속으로 타인의 인상을 사진 찍듯 기록하며 살아갑니다. 각자의 가치관과 경험이라는 필터를 통해 세상을 해석하고 기록하는 과정이 모여 한 개인의 인생을 구성하게 됩니다. 기억은 단순히 과거의 기록이 아니라, 현재의 나를 정의하고 타인과 관계를 맺는 가장 기초적인 토대가 됩니다. 하지만 우리 뇌는 모든 것을 기억하기만 하지 않습니다. 불필요하거나 고통스러운 기억을 적절히 지워내는 '망각' 또한 생존을 위한 필수적인 기전입니다. 기억과 망각의 균형이 깨질 때 인간은 극심한 정신적 고통에 시달리게 됩니다. 현대 사회에서 더욱 심각한 문제는 알츠하이머와 같은 치매입니다. 영화 '아이리스'가 묘사하듯, 기억을 잃어가는 과정은 곧 자기 자신과 정체성을 잃어가는 비극과 같습니다. 수명이 늘어난 인류에게 치매는 단순한 질병을 넘어, 인간의 존엄성을 어떻게 유지하고 정의할 것인가에 대한 사회적인 고민과 무거운 질문을 던지고 있습니다.

김종성

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[강연] 영화로 만나는 뇌과학 (1) _ 김종성 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 6강 | 6강 ①

인류 문명의 초기인 고대 이집트 시대부터 인간은 사후세계와 환생을 믿으며 미라를 제작했습니다. 흥미로운 점은 당시 사람들이 장기를 보관하면서도 뇌는 가차 없이 버렸다는 사실입니다. 그들은 심장을 감정과 지성의 중심지로 여겨 소중히 보관했지만, 뇌는 그저 머릿속을 채우고 있는 불필요한 조직으로 치부했습니다. 코를 통해 뇌를 끄집어내 버리는 고도의 기술을 가졌음에도 정작 우리 존재의 핵심인 뇌의 가치를 알아보지 못한 것입니다. 이러한 오해는 수천 년간 지속되어 현대인들조차 여전히 심장을 마음의 상징으로 사용하곤 합니다. 우리가 누군가를 사랑할 때 가슴이 두근거리는 것은 심장이 감정을 느껴서가 아니라, 뇌가 내린 명령에 반응한 결과입니다. 심장은 단순히 온몸에 피를 공급하는 펌프 역할을 할 뿐, 실제로 미워하고 슬퍼하며 생각하는 모든 고등 정신 활동은 뇌에서 이루어집니다. 현대 과학의 발전으로 우리는 MRI와 같은 장비를 통해 뇌가 어떻게 마음을 만드는지 실시간으로 관찰할 수 있게 되었습니다. 이제는 국기에 대한 경례를 하거나 사랑을 고백할 때 손을 가슴이 아닌 머리로 가져가야 할지도 모릅니다. 뇌야말로 진정한 우리 자신을 정의하는 기관이기 때문입니다. 영화 '밀리언 달러 베이비'는 뇌와 신체의 연결이 얼마나 중요한지 극적으로 보여줍니다. 주인공이 경기 중 사고로 사지마비가 되는 과정은 뇌의 운동중추와 팔다리를 잇는 전기회로가 끊어지는 것과 같습니다. 우리의 움직임은 뇌의 특정 부위에서 시작된 전기신호가 척수를 타고 전달되는 정교한 과정입니다. 만약 뇌졸중으로 인해 뇌세포가 손상되거나 사고로 신경통로가 차단되면, 아무리 튼튼한 근육을 가졌더라도 몸을 움직일 수 없게 됩니다. 뇌는 우리 몸의 모든 관절과 근육을 조절하는 보이지 않는 지휘자와도 같은 존재입니다. 뇌 질환 중에서도 특히 무서운 것은 퇴행성 질환입니다. 알츠하이머병이 대뇌의 손상으로 기억을 앗아간다면, 루게릭병은 정신은 멀쩡한데 몸의 근육만 서서히 마비되는 고통을 안겨줍니다. 야구선수 루게릭의 이름을 딴 이 병은 뇌에서 근육으로 신호를 전달하는 말초신경세포가 파괴되면서 발생합니다. 영화 '유아 낫 유'에서 묘사되듯 환자는 점차 스스로 숨을 쉬거나 말을 하는 기능조차 잃게 됩니다. 신체는 쇠약해지지만 의식은 또렷하게 남아 있다는 점이 이 병의 가장 잔인한 특징이자, 우리가 뇌과학 연구에 더욱 매진해야 하는 이유이기도 합니다. 대뇌가 우리의 의지를 담당한다면, 뇌간은 생명유지의 핵심인 무의식의 영역을 관장합니다. 단 2~3cm에 불과한 이 작은 부위는 우리가 의식하지 않아도 숨을 쉬게 하고 심장을 뛰게 만들며 온몸의 기능을 조절합니다. 최근 인공지능 기술이 비약적으로 발전하며 인간을 위협한다는 우려도 있지만, 생명의 신비를 간직한 뇌간의 정교한 메커니즘을 완벽히 구현하기란 불가능에 가깝습니다. 뇌는 단순히 지능의 집합체가 아니라, 수억 년의 진화 과정이 응축된 생존의 결정체입니다. 뇌를 이해하는 것은 결국 인간 생명의 근원을 탐구하는 여정과 같습니다.

김종성

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[강연] 자아의 탄생 : 나를 의식하는 나 (3) _ 강웅구 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 5강 | 5강 ③

의식은 우리 뇌에서 정보가 충분히 처리된 후에야 비로소 떠오르는 현상으로, 생존을 위한 필수 요소라기보다는 일종의 선택적 기능에 가깝습니다. 진화의 과정에서 다세포 생명체가 거대해짐에 따라 파편화된 감각 정보를 하나로 통합하여 효율적으로 대응할 필요가 생겼고, 이러한 정보의 중앙 집중화 과정에서 의식이 발생했을 것으로 추측됩니다. 하지만 모든 정보 처리가 의식 없이도 수행될 수 있다는 점을 고려할 때, 왜 굳이 주관적 경험인 '퀄리아'가 동반되는지는 여전히 현대 과학이 풀어야 할 거대한 수수께끼로 남아 있습니다. 자동차의 계기판이 차량 내부의 복잡한 연산 과정을 모두 보여주지 않으면서도 운전자에게 필요한 핵심 정보를 전달하듯, 우리 의식도 뇌의 방대한 활동 중 극히 일부만을 선별하여 보여줍니다. 흥미로운 점은 뇌의 좌우 연결이 끊어진 분리뇌 환자 실험에서 나타나듯, 우리 뇌에는 '해설자(Interpreter)'라고 불리는 기능이 존재한다는 사실입니다. 이 해설자는 자신이 직접 관여하지 않은 행동에 대해서도 사후에 그럴듯한 이유를 만들어내며, 파편화된 경험들을 하나의 일관된 자아의 이야기로 통합하여 외부 세계와 교류할 수 있게 돕습니다. 의식의 본질을 설명하기 위해 과학자들은 다양한 모델을 제시해 왔습니다. 양자역학적 관점에서는 불확정적인 상태가 확정되는 순간 의식이 창발된다고 주장하는가 하면, '글로벌 워크스페이스 이론'은 의식을 무대 조명을 받는 연극이나 단체 카톡방에 비유하기도 합니다. 뇌의 각 모듈이 공통의 프로토콜을 통해 정보를 공유하는 상태가 곧 의식이라는 것입니다. 이러한 관점에서 의식은 고정된 실체라기보다는 뇌 전체에서 실시간으로 일어나는 역동적인 정보의 흐름이자, 여러 모듈이 참여하여 만들어내는 유기적인 소통의 결과물로 이해될 수 있습니다. 언어와 의식은 정보 교환의 프로토콜이라는 측면에서 밀접한 관계를 맺고 있습니다. 의식이 개체 내부의 정보 교환을 담당한다면, 언어는 개체 간의 정보를 교환하며 타인의 의식을 확인하는 메타 의식의 역할을 수행합니다. 중요한 것은 언어나 의식이 어떤 정교한 규칙에 의해 설계된 것이 아니라, 진화와 집단생활의 과정에서 자생적으로 창발된 산물이라는 점입니다. 우리는 사후적으로 그 규칙을 찾아내어 해석하려 노력하지만, 본래 의식은 생명체가 환경에 적응하고 타자와 소통하는 과정에서 자연스럽게 피어난 진화의 결과물이라 할 수 있습니다. 정신의학적 관점에서 의식은 양적인 변화뿐만 아니라 질적인 변화를 통해서도 그 실체를 드러냅니다. 혼수나 뇌사처럼 의식이 소실된 상태부터, 의식은 명료하지만 신체를 움직일 수 없는 폐쇄 증후군, 그리고 자아의 통합성이 깨지는 조현병이나 해리 현상까지 그 양상은 매우 다양합니다. 특히 자신의 행동을 타인이 조종한다고 느끼는 현상은 행위의 소유감과 주체감이 분리될 때 발생하며, 이는 의식이 단순한 부수 현상이 아니라 자아를 유지하는 정교한 메커니즘임을 시사합니다. 이러한 의식의 메커니즘을 이해하고 훈련하는 과정은 현대 정신 치료의 핵심적인 토대가 됩니다.

강웅구

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뇌인지과학

[강연] 뇌를 읽다, 그리고 마음을 읽다 (1) _권준수 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 4강 | 4강 ①

정신의학 분야에서 과거 '정신분열병'이라 불리던 질환은 현재 '조현병'이라는 명칭으로 새롭게 정의되었습니다. 이는 현악기의 줄을 고른다는 의미의 '조현'에서 따온 것으로, 뇌의 신경망 연결에 문제가 생긴 상태를 은유적으로 표현한 것입니다. 부정적인 인식을 개선하고 질환의 본질을 더 정확히 전달하려는 이러한 노력은 뇌과학이 단순한 학문을 넘어 사회적 편견을 해소하는 데 기여하고 있음을 보여줍니다. 뇌를 하나의 정교한 악기로 바라보는 시각은 환자들이 겪는 어려움을 조절과 조화의 관점에서 이해하게 합니다. 인간의 뇌는 단단한 두개골에 둘러싸여 있어 살아 있는 상태에서 그 내부를 관찰하기가 매우 어렵습니다. 일반적인 X-선 촬영으로는 뼈에 가려진 뇌의 실체를 파악할 수 없기에, 이를 극복하기 위해 컴퓨터 단층 촬영(CT)이 개발되었습니다. 컴퓨터 단층 촬영(CT)은 뇌를 단면으로 잘라 촬영한 뒤 이를 3차원 영상으로 재조합하여 내부 구조를 시각화합니다. 이러한 기술적 진보는 죽은 이의 뇌가 아닌, 살아 움직이는 인간의 뇌가 사고하고 느끼는 과정을 실시간으로 연구할 수 있는 토대를 마련해 주었습니다. 뇌 영상 기술은 크게 구조를 보는 방법과 기능을 보는 방법으로 나뉩니다. 낮에 찍은 인공위성 사진이 지형을 보여준다면, 밤에 찍은 사진은 불빛을 통해 활동량을 보여주는 것과 같습니다. 자기공명영상(MRI)은 뇌의 정밀한 구조를 파악하는 데 탁월하며, 기능적 자기공명영상(fMRI)은 특정 자극에 반응하여 혈류량이 증가하는 부위를 찾아내 뇌의 활동 상태를 측정합니다. 이를 통해 우리는 시각 자극이나 감정 변화가 뇌의 어느 부위를 활성화하는지 구체적으로 알 수 있게 되었으며, 이는 인간의 인지 과정을 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 최근에는 뇌의 대사 상태나 신경망의 연결성을 확인하는 양전자 방출 단층 촬영(PET)과 확산 텐서 영상(DTI) 기술이 뇌과학 연구의 지평을 넓히고 있습니다. 양전자 방출 단층 촬영(PET)은 포도당 대사나 특정 신경전달물질의 분포를 시각화하여 치매나 우울증, 조현병 환자의 뇌 기능 저하를 정밀하게 진단합니다. 또한 확산 텐서 영상(DTI)은 신경세포 사이의 정보 전달 경로인 신경 다발의 연결 상태를 보여주어 뇌 수술 시 위험 부위를 피하거나 질환의 원인을 파악하는 데 활용됩니다. 이러한 다각적인 영상 기법은 뇌의 복잡한 메커니즘을 입체적으로 분석하여 질병의 조기 발견과 치료에 결정적인 역할을 합니다. 뇌과학은 우리가 의식하지 못하는 무의식의 영역까지도 탐구의 대상으로 삼습니다. 아주 짧은 시간 동안 노출된 공포스러운 이미지를 인간의 의식은 인지하지 못하더라도, 뇌의 편도체(Amygdala)는 즉각적으로 반응하며 활성화되는 현상이 관찰됩니다. 이는 우리가 보고 느끼는 주관적인 경험과 실제 뇌가 처리하는 정보 사이에 차이가 존재함을 시사합니다. 뇌 영상 기술을 통해 밝혀지는 이러한 무의식적 반응들은 인간의 행동과 감정 이면에 숨겨진 복잡한 원리를 이해하게 하며, 마음의 지도를 그리는 여정에 중요한 단서를 제공합니다.

권준수

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뇌인지과학

[강연] 기억 찾기 (4) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강 | 3강 ④

유아기 뇌 발달과 교육의 관계는 많은 부모의 관심사입니다. 뇌과학에서는 특정 기능을 습득하기에 가장 적합한 '결정적 시기'가 존재한다고 설명합니다. 예를 들어 시각이나 언어 회로는 특정 시기에 적절한 자극을 받아야 정상적으로 발달하며, 이 시기를 놓치면 나중에 회복하기가 매우 어려울 수 있습니다. 하지만 동물을 대상으로 한 연구 결과를 인간의 조기 교육에 그대로 대입하는 것은 주의가 필요합니다. 인간의 학습은 훨씬 복잡하며, 정교하게 통제된 연구를 통해 각 기능에 맞는 적기 교육의 기준을 세우는 것이 중요합니다. 기억력을 높이기 위해 시각과 청각 등 여러 감각을 동시에 활용하는 것은 과학적 근거가 있습니다. 우리 뇌에서 시냅스가 강화되는 현상인 장기 강화(LTP)가 일어날 때, 다른 경로의 정보가 함께 입력되면 기억 형성을 돕는 시너지 효과가 발생합니다. 단순히 눈으로 읽는 것보다 손으로 쓰면서 외울 때 더 잘 기억되는 이유도 여기에 있습니다. 다양한 감각 정보가 뇌로 들어오면 신경세포 간의 연결이 더욱 단단해지며, 이는 정보를 더 효율적으로 저장하고 나중에 다시 인출하기 좋게 만드는 밑거름이 됩니다. 기억은 카메라처럼 세상을 그대로 기록하는 것이 아니라, 뇌 안에서 나름의 방식으로 재구성되는 과정입니다. 정보를 저장할 때 시각, 청각, 촉각 등 다양한 감각적 '문고리'를 만들어두면 나중에 이를 인출하기가 훨씬 수월해집니다. 특히 영장류인 인간은 뇌의 절반가량을 시각 정보 처리에 할애할 정도로 시각에 민감합니다. 따라서 기억 전문가들이 사용하는 장소법처럼 정보를 시각적 이미지와 결합해 저장하는 방식은 뇌의 특성을 가장 잘 활용하는 효율적인 전략이라 할 수 있으며, 이는 정보의 장기 보존에도 유리합니다. 최근 전자기기 사용 증가로 인한 '디지털 치매'에 대한 우려가 큽니다. 하지만 이는 전자파의 직접적인 영향이라기보다 정보를 대하는 태도와 감각의 단조로움에서 기인할 가능성이 큽니다. 종이책은 특유의 질감과 냄새 등 풍부한 감각 정보를 제공하지만, 디지털 매체는 시각적 자극에 치중되어 기억의 깊이가 얕아질 수 있습니다. 또한 언제든 검색이 가능하다는 심리적 안도감이 뇌의 기억 중요도를 낮추기도 합니다. 매체의 변화에 적응하는 것도 필요하지만, 뇌를 능동적으로 사용하여 정보를 내면화하는 습관이 중요합니다. 나이가 들면서 겪는 자연스러운 기억력 감퇴와 알츠하이머와 같은 치매는 엄연히 다른 현상입니다. 노화에 따라 단순 암기력은 줄어들 수 있지만, 판단력이나 종합적인 인지 능력은 80대 이후까지도 건강하게 유지될 수 있습니다. 유전적 요인이나 생활 습관에 따라 개인차는 존재하지만, 뇌를 지속적으로 자극하고 관리한다면 고령에도 높은 수준의 지적 활동이 가능합니다. 따라서 건망증을 무조건 치매의 전조로 보며 불안해하기보다는, 뇌의 고차원적인 기능을 믿고 꾸준히 독서나 대화 등을 통해 뇌 건강을 관리하는 자세가 필요합니다. 기억의 실체는 특정 단백질이나 물질이 아니라 신경세포 사이의 연결인 '시냅스 가소성'에 있습니다. 우리가 무언가를 기억할 때 뇌는 정보를 여러 조각으로 나누어 각기 다른 회로에 분산 저장합니다. 예를 들어 할머니에 대한 기억은 얼굴 모습, 목소리, 함께했던 추억 등이 뇌 전체에 퍼져 있다가, 회상하는 순간에 다시 하나로 조립됩니다. 이 과정에서 시냅스의 구조를 키우고 연결을 공고히 하기 위해 단백질 합성이 일어나는 것이며, 이러한 역동적인 연결망 자체가 바로 우리 기억의 본질이자 외부 저장 장치와 차별화되는 지점입니다. 건강한 삶을 위해서는 잘 기억하는 것만큼이나 잘 잊어버리는 '망각'의 조화가 필수적입니다. 모든 것을 기억하는 과잉 기억은 오히려 과거에 매몰되게 만들어 미래로 나아가는 발목을 잡을 수 있습니다. 반대로 모든 것을 잊는다면 자아의 정체성을 잃게 됩니다. 결국 기억과 망각 사이의 적절한 균형이 우리의 자아를 지탱하고 변화하는 세상에 적응하게 만드는 힘입니다. 과거를 발판 삼아 현재를 살아가고 미래를 설계하는 인간의 위대한 능력은 바로 이 기억의 메커니즘에서 비롯되며, 이는 우리가 개성을 가진 존재로 우뚝 서게 합니다.

강봉균, 김상정, 최준식

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뇌인지과학

[강연] 인간의 뇌는 과연 특별한가? (3) _ 김경진 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강 | 2강 ③

인간의 뇌는 오랫동안 접근 불가능한 신비의 영역으로 여겨져 왔으나, 현대 과학은 이를 하나씩 규명해야 할 탐구의 대상으로 바라보고 있습니다. 뇌를 구성하는 단백질이나 세포 자체는 동물과 큰 차이가 없지만, 인간의 뇌가 보여주는 고유한 특성은 그 구성 요소들의 복잡한 결합에서 기인합니다. 과학적 방법론을 통해 뇌의 진실을 알아가는 과정은 단순한 지식의 습득을 넘어, 인간 본연의 정체성을 이해하는 중요한 열쇠가 됩니다. 이제 뇌는 미스터리가 아닌, 체계적인 연구를 통해 그 메커니즘을 규명할 수 있는 실체로 자리 잡고 있습니다. 뇌의 기능은 개별 뉴런의 역할보다 그들이 어떻게 연결되어 있는가 하는 네트워크의 관점에서 이해해야 합니다. 과거에는 뇌를 중앙처리장치(CPU)에 비유하기도 했으나, 최근에는 수많은 정보가 유기적으로 얽혀 있는 인터넷망과 유사한 구조로 파악하는 추세입니다. 이러한 연결망, 즉 커넥톰의 복잡성이 임계점을 넘으면서 인간 특유의 마음이나 창발적인 지능이 형성되는 것으로 보입니다. 따라서 뇌 지도를 정밀하게 그려내는 연구는 인간의 고등 인지 능력이 어디에서 비롯되는지 밝히는 결정적인 단서가 될 것입니다. 인공지능의 딥러닝 기술은 뇌의 신경망을 모사하여 발전했지만, 효율성 측면에서 인간의 뇌와는 여전히 큰 차이를 보입니다. 인공지능이 사물을 인식하기 위해 수만 장의 데이터를 학습해야 하는 반면, 인간은 단 몇 번의 경험만으로도 핵심을 파악하는 놀라운 직관력을 발휘합니다. 또한 거대한 서버와 냉각 장치가 필요한 인공지능과 달리, 인간의 뇌는 커피 한 잔 정도의 적은 에너지로도 고도의 사고를 수행합니다. 이러한 압도적인 에너지 효율과 사회적 교감 능력은 기계 뇌가 쉽게 따라올 수 없는 인간 뇌만의 고유한 강점입니다. 최근 줄기세포 기술의 발전으로 실험실에서 1~2mm 크기의 작은 뇌 조직인 뇌 오가노이드를 만드는 것이 가능해졌습니다. 비록 크기는 작지만, 이 조직 내부에서는 실제 뇌처럼 신경 신호가 발화하며 역동적인 활동이 일어납니다. 이는 질병 치료를 위한 획기적인 연구 수단이 되기도 하지만, 동시에 생각하는 조직에 대한 윤리적 논쟁을 불러일으킵니다. 배아를 생명으로 볼 것인지에 대한 과거의 논의처럼, 인공적으로 배양된 뇌 조직을 어디까지 생명체로 존중해야 할지에 대한 사회적 기준 마련이 시급한 시점입니다. 뇌 과학의 진보는 인류에게 새로운 가능성을 열어주지만, 그에 따른 책임과 윤리적 문제도 함께 던져줍니다. 뇌 정보의 프라이버시 보호나 인공지능과의 공존 등은 과학자들만의 고민이 아닌, 철학, 법학, 사회학 등 다양한 분야가 머리를 맞대야 할 공통의 과제입니다. 기술의 발전 속도를 늦추기보다, 다가올 미래의 변화를 미리 예측하고 사회적 합의를 이끌어내는 과정이 필요합니다. 다양한 전문가와 대중이 참여하는 심도 있는 담론을 통해, 우리는 기술의 진보를 인간의 존엄성을 지키는 방향으로 제어할 수 있을 것입니다.

김경진, 김재상, 선웅

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 인간의 뇌는 과연 특별한가? (2) _ 김경진 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강 | 2강 ②

생명체의 발생 과정은 경이로운 신비로 가득 차 있습니다. 초기 배아 시기의 물고기, 닭, 사람을 비교해 보면 전문가조차 구별하기 어려울 정도로 흡사한데, 이는 모든 생명체가 공통 조상에서 기원했음을 시사하는 강력한 형태학적 증거입니다. 특히 영장류의 진화 과정을 살펴보면 침팬지와 인간은 약 600만 년 전 공통 조상을 공유하며 갈라져 나왔습니다. 이러한 생물학적 역사는 인간이 만물의 영장으로 거듭나기까지 거쳐온 일련의 진화적 고리들을 보여주며, 뇌의 구조적 발달 또한 이러한 진화의 흐름 속에서 기존의 구조 위에 새로운 층이 덧씌워지는 방식으로 정교해졌음을 알 수 있습니다. 인간의 발생은 수정란에서 시작하여 정교하게 계획된 세포 분열 과정을 거칩니다. 난할을 통해 세포 수가 늘어나고 낭배 시기에 접어들면 외배엽, 중배엽, 내배엽이라는 세 개의 층이 형성됩니다. 이 중 가장 바깥쪽의 외배엽은 장차 표피와 신경계로 분화하며, 신경판이 말려 들어가 신경관을 형성함으로써 뇌와 척수의 기틀을 마련합니다. 임신 기간 동안 뇌는 크기가 커질 뿐만 아니라 전후 관계가 분명해지며 복잡한 모양을 갖추어 갑니다. 이러한 발생 과정은 유전적 프로그램에 의해 통제되지만, 여전히 현대 과학이 풀어야 할 수많은 수수께끼를 간직하고 있습니다. 인간의 뇌는 태어난 이후에도 멈추지 않고 끊임없이 변화하고 성장합니다. 출생 시 머리 크기가 제한적인 것은 산도를 통과하기 위한 진화적 타협의 결과이며, 본격적인 발달은 영유아기와 청소년기에 걸쳐 일어납니다. 특히 신경 세포의 신호 전달 속도를 높여주는 수초화 작업은 청소년기까지 지속되며, 시냅스의 형성과 불필요한 회로를 정리하는 가지치기 과정이 활발하게 진행됩니다. 이러한 뇌의 재축조 과정은 추론이나 이성적 판단과 같은 고차원적인 기능을 완성하는 데 필수적입니다. 따라서 성인이 되기까지의 뇌는 환경과 상호작용하며 역동적으로 변모하는 가소성의 결정체라 할 수 있습니다. 모든 신체 세포는 동일한 유전 정보를 가지고 있다는 유전체 등가성 원리를 따릅니다. 하지만 특정 부위에서 어떤 유전자가 발현되느냐에 따라 신경세포나 근육세포로 분화하는 운명이 결정됩니다. 언어 능력 또한 유전적 기초 위에 세워지는데, FOXP2와 같은 전사 조절 인자가 인간 특유의 언어 발달에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 현대 과학은 MRI나 PET와 같은 첨단 영상 장비를 통해 살아있는 뇌의 활동을 실시간으로 관찰하며 언어, 감정, 사고가 뇌의 어느 부위에서 일어나는지 정밀하게 추적하고 있습니다. 이는 유전자와 뇌 기능 사이의 간극을 메우는 결정적인 열쇠가 됩니다. 뇌과학의 궁극적인 목표는 뇌를 통해 인간의 마음을 이해하는 것입니다. 최근에는 뇌의 신경망 지도를 그리는 커넥토믹스 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이는 나노 스케일의 해상도로 신경 회로를 재구성하는 도전적인 과제입니다. '나는 누구인가'라는 존재론적 질문에 대해 뇌과학은 '나는 나의 커넥톰이다'라는 답변을 제시합니다. 즉, 우리의 기억, 성격, 마음은 뇌 속에 얽혀 있는 복잡한 신경 연결망에 저장되어 있다는 것입니다. 뇌 지도를 완성해 나가는 과정은 인간에 대한 이해를 넓히는 동시에, 미래 사회의 새로운 가치를 창출하는 고부가가치 기술 집약적 연구로서 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

김경진

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뇌인지과학

[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (4) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ④

현미경의 발명은 인류가 생명의 근원을 바라보는 방식을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 17세기 로버트 훅은 코르크 조각을 관찰하며 작은 방 모양의 구조에 '세포'라는 이름을 붙였고, 레벤후크는 직접 깎은 렌즈로 미생물의 존재를 처음으로 세상에 알렸습니다. 이러한 발견은 질병이 신의 저주가 아닌 미세한 생명체에 의한 것임을 깨닫게 하는 전환점이 되었습니다. 보이지 않는 미시 세계를 시각화하려는 인간의 끊임없는 열망은 현대 생명 과학의 기초를 다지는 가장 중요한 동력이 되었습니다. 새로운 관측 기술의 등장은 항상 새로운 과학적 발견을 예고합니다. 과학자들에게 혁신적인 기기는 단순히 도구를 넘어 인류의 지식 지평을 넓히는 열쇠와 같습니다. 과거에는 상상조차 할 수 없었던 미시 세계의 역동적인 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있게 되면서, 우리는 생명 현상의 본질에 한 걸음 더 다가서게 되었습니다. 첨단 현미경 기술은 보이지 않는 진실을 드러냄으로써 과학의 진보를 이끄는 가장 강력한 무기가 되고 있으며, 이는 미래 과학의 방향을 결정짓는 중요한 요소가 됩니다. 우리가 일상에서 보는 금의 황금색은 원자 하나가 가진 고유한 색이 아닙니다. 개별 원자는 가시광선을 흡수하는 방식이 달라 색이 없다고 볼 수 있지만, 수많은 원자가 모여 상호작용을 시작하면 비로소 특정한 색을 띠게 됩니다. 금 원자가 약 1억 개 정도 모여 일정한 크기를 형성할 때 우리가 아는 찬란한 노란색이 나타나는 것입니다. 이는 물질의 성질이 개별 단위가 아닌 집합체로서의 상호작용을 통해 결정된다는 오묘한 과학적 원리를 잘 보여주는 대표적인 사례라고 할 수 있습니다. 흥미롭게도 물질의 크기를 나노 단위로 쪼개면 우리가 알던 색과는 전혀 다른 모습이 나타납니다. 예를 들어 순금을 나노 입자로 만들면 붉은색 용액으로 변하는데, 이는 표면에서 일어나는 나노 효과인 플라스몬 현상 때문입니다. 귀금속의 가치는 그 영롱한 색에 있지만, 과학적 관점에서 보면 그 색조차 입자의 크기와 배열에 따라 변하는 가변적인 현상일 뿐입니다. 이러한 나노 세계의 특성은 물질을 바라보는 우리의 고정관념을 깨뜨려 주며 새로운 기술적 가능성을 제시합니다. 원자의 내부를 들여다보면 거시 세계의 상식과는 동떨어진 놀라운 광경이 펼쳐집니다. 원자는 대부분 텅 빈 공간으로 이루어져 있으며, 그 질량의 대부분은 아주 작은 원자핵에 집중되어 있습니다. 운동장 한가운데 놓인 모래알 하나가 원자핵이라면 나머지 공간은 전자가 헤엄치는 광활한 빈터와 같습니다. 하지만 이 텅 빈 공간은 전자의 상호작용으로 인해 다른 물질이 쉽게 침범할 수 없는 견고한 경계를 형성합니다. 미시 세계는 이처럼 비어 있음과 가득 참이 공존하는 신비로운 곳입니다. 현대 과학은 이제 인간의 의식과 정신 작용이라는 미지의 영역에 도전하고 있습니다. 과거에는 영혼의 영역이라 여겨졌던 생각과 감정조차 뇌 속 신경세포들의 복잡한 신호 전달 과정으로 이해하려는 시도가 이어지고 있습니다. 뇌 회로를 정밀하게 매핑하는 프로젝트는 인간의 사고 체계가 어떻게 작동하는지 과학적 기반 위에서 규명하고자 합니다. 비록 정신의 모든 비밀을 풀기에는 아직 갈 길이 멀지만, 인지 과학의 발전은 인간에 대한 이해를 새로운 차원으로 끌어올리고 있습니다. 영화 속 아이언맨처럼 새로운 원소를 창조하는 것은 물리 법칙상 매우 어려운 일이지만, 분자의 세계는 여전히 무궁무진한 가능성을 품고 있습니다. 인류는 지난 수십 년간 수천만 개의 새로운 분자를 합성하며 물질의 진화를 이끌어 왔습니다. 과거에 절대 불가능하다고 믿었던 광학적 한계들이 기술의 발전으로 깨졌듯이, 오늘의 과학적 상식 또한 내일의 새로운 발견에 의해 뒤바뀔 수 있습니다. 과학은 고정된 정답을 찾는 과정이 아니라, 끊임없이 질문하며 한계를 극복해 나가는 여정입니다.

김성근, 심상희

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물리학
화학

[강연] 기억 찾기 (1) _ 강봉균 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강 | 3강 ①

우리 뇌는 무수히 많은 별이 반짝이는 밤하늘처럼 신비로운 우주와 같습니다. 인간의 삶에서 기억은 단순히 과거를 회상하는 도구를 넘어, 걷고 말하며 타인과 소통하는 모든 일상적 행위의 근간이 됩니다. 만약 우리에게 기억이 없다면 가족의 얼굴을 알아보지 못하는 것은 물론, 태어날 때부터 학습한 걸음마조차 잊어버려 정상적인 생활이 불가능해질 것입니다. 이처럼 뇌는 우리가 살아가는 매 순간 기억에 의존하며 작동하는 정교한 기관이며, 기억이 없다면 우리의 존재 자체도 정의하기 어려울 것입니다. 뇌는 기본적으로 전기 신호와 화학 신호의 원리로 작동하는 기관입니다. 측두엽, 두정엽, 전두엽 등 각 부위는 시각 및 청각 정보 처리부터 고차원적인 의사 결정까지 서로 다른 인지 기능을 담당합니다. 우리가 특정한 영상을 보거나 깊은 생각을 할 때마다 뇌의 특정 부위에서는 미세한 전기 신호가 발생하고 화학 물질이 분비됩니다. 이러한 전기 신호와 화학 신호의 상호작용을 통해 뇌는 외부 환경의 정보를 받아들이고 이를 처리하여 우리 몸의 반응을 이끌어냅니다. 특정 부위를 인위적으로 자극하면 인지 기능을 조절할 수 있다는 점은 뇌가 물리적 실체임을 보여줍니다. 뇌 속에는 약 1,000억 개의 뉴런이 존재하며, 이들은 각자 고유한 전기 신호인 활동 전위를 만들어냅니다. 심장 세포들이 일제히 박동하며 합창을 하는 것과 달리, 뇌세포들은 각기 다른 리듬으로 신호를 내보내며 마치 오케스트라의 교향곡과 같은 복잡한 조화를 이룹니다. 이러한 뉴런들은 서로 촘촘하게 연결되어 거대한 신경 회로망을 형성합니다. 우리가 누군가의 이름을 떠올리려 할 때 이 회로가 원활하게 작동해야 비로소 온전한 정보를 끄집어낼 수 있게 됩니다. 만약 이 회로가 일시적으로 막히면 잘 아는 이름도 기억나지 않는 현상이 발생하기도 합니다. 뉴런과 뉴런이 만나는 지점인 시냅스는 기억이 저장되는 핵심적인 장소입니다. 이곳에서는 글루탐산과 같은 신경 전달 물질이 분비되어 정보를 전달하며, 흥분성과 억제성 시냅스가 균형을 이루어 뇌의 정상적인 운영을 돕습니다. 특히 시냅스 가시의 크기와 형태는 학습에 의해 역동적으로 변화하는데, 이를 '시냅스 가소성'이라고 부릅니다. 학습을 통해 시냅스 연결이 강화되거나 변형되는 과정 자체가 바로 우리 뇌에 기억이 새겨지는 물리적인 실체라고 할 수 있습니다. 1,000조 개에 달하는 시냅스의 변화가 곧 우리의 학습과 기억의 역사가 되는 셈입니다. 기억은 크게 말로 표현할 수 있는 서술 기억과 몸으로 익히는 비서술 기억으로 나뉩니다. 서술 기억은 뇌의 해마를 중심으로 처리되며, 우리가 경험한 사건이나 지식을 저장하는 역할을 합니다. 해마가 손상되면 새로운 사실을 기억하지 못하는 장애가 발생하기도 하는데, 이는 해마가 새로운 기억을 형성하는 관문임을 시사합니다. 반면 운동 기술과 같은 비서술 기억은 소뇌나 기저핵 등 다른 부위에서 담당하며 반복적인 훈련을 통해 습득됩니다. 이처럼 뇌는 기억의 성격에 따라 저장 위치를 달리하고 효율적으로 관리하며 인간의 다채로운 지적 활동을 뒷받침합니다.

강봉균

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뇌인지과학

[강연] 뇌 : 신비한 세계로의 초대 (3) _ 신희섭 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강 | 1강 ③

공감은 인간만의 전유물이 아닙니다. 실험을 통해 쥐 또한 타자의 고통에 공감하는 모습을 보여주며, 이는 뇌에서 발생하는 복잡한 상호작용의 결과임을 알 수 있습니다. 뇌과학적 관점에서 공감은 단순한 심리적 현상을 넘어 생존과 사회적 관계 형성을 위한 필수적인 기제입니다. 이러한 발견은 인간의 고유한 특성이라 여겼던 고등 정신 작용들이 사실은 생물학적 진화의 산물임을 시사하며, 뇌의 신비를 푸는 중요한 열쇠가 됩니다. 타자의 감정을 읽고 반응하는 능력은 생명체가 공동체를 유지하며 살아가는 데 있어 핵심적인 역할을 수행합니다. 감정은 흔히 하나로 묶여 불리지만, 뇌과학적으로는 '에모션'과 '필링'으로 구분하여 이해할 수 있습니다. 에모션은 외부 자극에 대해 신체가 즉각적으로 보여주는 생리적 반응이며, 필링은 이러한 신체적 변화를 의식적으로 인지하는 느낌을 의미합니다. 에모션은 이성적인 판단이 내려지기 전 훨씬 빠르게 작동하여 생존을 돕습니다. 우리가 위험한 상황에서 논리적으로 계산하기 전에 몸이 먼저 반응하는 것은 바로 이러한 감정의 원초적 기능 덕분입니다. 이러한 구분은 우리가 자신의 내면 반응을 보다 객관적으로 이해하는 데 도움을 줍니다. 인공지능 알파고는 방대한 데이터를 계산하여 최적의 수를 찾지만, 인간은 감정을 통해 훨씬 효율적인 결정을 내립니다. 모든 가능성을 계산하는 대신 감정적 동기부여를 통해 가장 의미 있는 선택지에 집중하기 때문입니다. 감정은 때로 이성적인 판단을 방해하기도 하지만, 리스크를 감수하고 잠재된 능력을 끌어올리는 원동력이 되기도 합니다. 이처럼 감정과 이성은 뇌 안에서 강력하게 연결되어 상호 보완적인 역할을 수행하며 인간의 행동을 결정합니다. 감정이 배제된 지능은 효율적일 수 있으나, 생명체 특유의 유연한 대처 능력에는 한계가 있습니다. 뇌과학의 핵심 화두 중 하나인 '커넥톰'은 뇌 속 천억 개의 뉴런이 맺고 있는 거대한 연결망 지도를 뜻합니다. 이는 마치 우주의 수많은 별처럼 복잡하게 얽혀 있으며, 인간의 행동과 정체성을 결정짓는 근간이 됩니다. 우리가 누구인지 정의하는 것은 단순한 세포의 집합이 아니라 그들이 어떻게 연결되어 소통하느냐에 달려 있습니다. 커넥톰 지도를 완성하는 것은 인간의 마음과 질병을 이해하는 지름길이 될 것입니다. 이 거대한 지도는 우리가 세상을 인지하고 반응하는 모든 과정이 정교한 회로의 결과물임을 증명하며, 뇌 연구의 새로운 지평을 열어주고 있습니다. 뇌의 기능은 유전자라는 하드웨어와 회로라는 소프트웨어의 조화로 이루어집니다. 특정 유전자가 결손되면 공포를 느끼지 못하거나 학습 능력이 떨어지는 등 하드웨어적인 결함이 발생할 수 있습니다. 하지만 유전자가 모든 것을 결정하는 것은 아닙니다. 뇌 회로는 매우 유연하며, 환경적 요인에 따라 그 연결성이 강화되거나 변화할 수 있기 때문입니다. 따라서 뇌 질환을 이해하기 위해서는 개별 유전자의 역할을 넘어 전체적인 회로의 연결성을 파악하는 것이 필수적입니다. 하드웨어가 갖춰져 있더라도 환경과의 상호작용을 통해 회로가 어떻게 최적화되느냐가 중요합니다. 후성유전학은 환경이 유전자 발현에 어떻게 영향을 미치는지 설명해 줍니다. 우리가 먹는 음식, 겪는 스트레스, 주변 환경 등은 유전자의 작동 방식을 바꾸어 뇌 기능과 성격에까지 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 변화는 당대에 그치지 않고 다음 세대로 전달되기도 하며, 유전자만으로는 설명할 수 없는 생명 현상의 신비를 보여줍니다. 환경이 뇌의 시냅스 단백질 구성을 바꾸고 결과적으로 행동의 변화를 이끌어낸다는 점은 뇌의 놀라운 가소성을 증명합니다. 이는 우리가 처한 환경과 경험이 단순한 기억을 넘어 생물학적 각인으로 남을 수 있음을 시사합니다. 뇌 연구는 이제 뉴런을 넘어 교세포와 같은 다양한 세포들의 역할로 그 지평을 넓히고 있습니다. 뇌는 단순한 세포의 합이 아니라 유전자, 환경, 그리고 복잡한 회로가 층층이 쌓여 만들어진 고차원적인 시스템입니다. 인공지능이 인간의 지능을 모방하려 노력하고 있지만, 감정과 이성이 정교하게 결합된 인간 뇌의 통합적 메커니즘을 완전히 재현하기란 쉽지 않습니다. 끊임없는 학습과 노력을 통해 변화하는 뇌의 무한한 가능성은 여전히 우리에게 많은 탐구 과제를 던져줍니다. 우리는 뇌를 이해함으로써 인간 본연의 가치와 생명의 경이로움을 다시금 확인하게 됩니다.

신희섭, 이창준, 이현숙

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뇌인지과학

[강연] 뇌 : 신비한 세계로의 초대 (2) _ 신희섭 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강 | 1강 ②

뇌의 출현과 진화 과정을 살펴보면 생명체가 환경에 적응하기 위해 얼마나 정교한 구조를 갖추게 되었는지 알 수 있습니다. 가장 단순한 형태인 칠성장어의 뇌에서 시작하여 개구리와 파충류를 거치며 뇌는 점차 복잡해졌습니다. 특히 파충류 단계에 이르러 대뇌 피질이 형성되고 감정을 조절하는 편도체가 등장한 것은 진화사에서 매우 중요한 전환점입니다. 이러한 구조적 변화는 단순한 감각 처리를 넘어 생존을 위한 복합적인 반응을 가능하게 했으며, 인간의 뇌가 가진 고차원적인 기능의 토대가 되었습니다. 우리는 흔히 감정과 기분을 혼용하여 사용하지만, 뇌과학적 관점에서 이 둘은 명확히 구분됩니다. '이모션(Emotion)'은 의식적인 인지 이전에 발생하는 신체의 생리적 반응으로, 위험한 대상을 마주했을 때 심장 박동이 빨라지거나 체온이 오르는 현상을 말합니다. 반면 '필링(Feeling)'은 이러한 신체 변화를 뇌가 의식적으로 인지하고 언어로 표현할 수 있는 상태를 의미합니다. 즉, 감정은 생존을 위해 논리적 계산보다 앞서 작동하는 본능적인 회로이며, 우리가 위험으로부터 즉각적으로 회피할 수 있도록 돕는 필수적인 장치입니다. 뇌가 복잡해짐에 따라 개체 전체를 일관된 방향으로 움직이게 하는 강력한 동기 부여 시스템이 필요해졌는데, 이것이 바로 '쾌락 중추'와 '보상 회로'입니다. 식사나 번식, 호기심 충족과 같은 생존에 유리한 행동을 할 때 뇌는 보상을 제공하여 해당 행동을 반복하게 만듭니다. 하지만 이 시스템이 통제를 벗어나면 중독과 같은 문제가 발생하기도 합니다. 처음에는 생존을 위한 필요에 의해 생겨난 보상 회로가 때로는 뇌 전체를 지배하는 주인이 되기도 한다는 점은 뇌와 몸의 관계를 마스터와 슬레이브의 관점에서 다시 생각하게 만듭니다. 공포는 생존에 필수적인 감정이지만, 적절히 조절되지 못할 때 질환으로 이어지기도 합니다. 정상적인 뇌는 위험이 사라진 환경에서 공포 반응을 점차 줄여나가는 '공포 소거' 과정을 거칩니다. 그러나 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 환자의 경우, 이 소거 기능이 제대로 작동하지 않아 과거의 공포 기억이 현재의 생리적 반응으로 고스란히 재현되는 고통을 겪습니다. 생쥐 실험을 통해 밝혀진 이러한 메커니즘은 공포가 단순한 심리적 위축을 넘어 뇌 회로의 오작동으로 인한 신체적 고통임을 보여주며, 이를 치료하기 위한 다양한 연구의 근거가 됩니다. 사회적 동물에게 공감은 개체 간의 유대를 강화하는 중요한 기제입니다. 타인의 고통을 보며 자신도 유사한 통증을 느끼는 '공감 고통'은 인간뿐만 아니라 생쥐와 같은 동물에게서도 관찰됩니다. 특히 이러한 공감 반응은 상대방과의 친밀도나 유대감에 따라 그 강도가 달라진다는 점이 흥미롭습니다. 오랜 시간 함께 지낸 동료나 가족의 고통에 더 민감하게 반응하는 뇌의 특성은 우리가 왜 사회적 관계를 맺고 서로를 돌보며 살아가는지를 생물학적으로 설명해 줍니다. 결국 뇌는 나라는 개체를 넘어 타인과 연결되도록 설계되어 있는 셈입니다.

신희섭

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[강연] 뇌 : 신비한 세계로의 초대 (4) _ 신희섭 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강 | 1강 ④

우주는 인류에게 언제나 경외심과 탐구의 대상이었습니다. 밤하늘을 수놓은 수많은 별을 보며 우리는 저 너머에 무엇이 존재하는지, 그리고 이 거대한 공간 속에서 우리의 위치는 어디인지 끊임없이 질문해 왔습니다. 이러한 호기심은 단순한 상상을 넘어 과학적 탐구로 이어졌으며, 오늘날 우리는 과거에는 상상조차 할 수 없었던 우주의 깊은 곳까지 들여다볼 수 있는 기술적 토대를 마련하게 되었습니다. 천문학의 역사는 도구의 발전과 궤를 같이합니다. 갈릴레이가 망원경을 통해 목성의 위성을 발견한 순간부터, 현대의 제임스 웹 우주 망원경이 수십억 년 전의 빛을 포착하기까지 인류의 시야는 비약적으로 확장되었습니다. 관측 기술의 진보는 우리가 우주를 바라보는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓았으며, 보이지 않던 영역을 가시화함으로써 우주의 구조와 진화 과정을 더욱 정밀하게 이해할 수 있도록 도와주었습니다. 우리가 관측할 수 있는 우주의 범위는 빛의 속도라는 물리적 한계에 의해 결정됩니다. '관측 가능한 우주'라는 개념은 빛이 우주의 탄생 이후 우리에게 도달할 수 있었던 거리 내의 영역을 의미합니다. 이 경계 너머에는 여전히 우리가 알지 못하는 광활한 공간이 존재하며, 우주의 팽창 속도가 빛보다 빠를 수 있다는 사실은 우리가 영원히 도달하거나 관측할 수 없는 영역이 존재함을 시사하기도 합니다. 현대 우주론의 가장 큰 화두 중 하나는 암흑 물질과 암흑 에너지의 정체입니다. 우리가 눈으로 볼 수 있는 별과 은하, 가스 등은 우주 전체 에너지 밀도의 극히 일부에 불과합니다. 나머지 대부분을 차지하는 암흑 물질은 중력을 통해 은하를 유지시키고, 암흑 에너지는 우주의 가속 팽창을 주도하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 미지의 영역을 규명하는 것은 현대 물리학이 직면한 가장 거대한 도전 중 하나입니다. 우주의 기원을 추적하는 과정은 필연적으로 빅뱅 이론과 연결됩니다. 초고온, 초고밀도의 상태에서 시작된 우주가 어떻게 현재와 같은 복잡한 구조를 갖추게 되었는지를 연구하는 것은 물질의 근원을 찾는 과정이기도 합니다. 초기 우주의 미세한 온도 변화가 오늘날 거대한 은하 구조의 씨앗이 되었다는 사실은, 아주 작은 물리적 법칙이 우주 전체의 운명을 결정지었음을 보여주는 놀라운 증거입니다. 우주 탐사는 이제 한 국가의 역량을 넘어 전 지구적인 협력이 필요한 분야가 되었습니다. 국제 우주 정거장 운영이나 화성 탐사 프로젝트 등은 인류가 공동의 목표를 위해 지혜를 모으는 대표적인 사례입니다. 과학적 발견은 국경을 초월하며, 우주라는 거대한 환경 속에서 인류는 하나의 공동체로서 서로의 기술과 자원을 공유하며 미지의 세계를 향한 발걸음을 멈추지 않고 있습니다. 미래의 우주 탐사는 단순히 관측에 머물지 않고 인류의 생활권을 확장하는 방향으로 나아갈 것입니다. 달 기지 건설이나 화성 이주 계획은 더 이상 공상 과학 소설 속의 이야기가 아닙니다. 우리는 지구라는 요람을 벗어나 우주로 나아가는 전환점에 서 있으며, 이러한 여정은 인류의 생존 가능성을 높이는 동시에 생명과 존재에 대한 근원적인 성찰을 제공할 것입니다.

신희섭, 이창준, 이현숙

카오스재단카오스강연

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