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왜 죽는 순간 주마등이 스쳐 지나갈까?

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

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

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

이상아

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뇌인지과학

[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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뇌인지과학

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

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

곽지현

카오스재단서울대자연과학공개강연

뇌인지과학

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

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

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[인생과학영화#2] 영혼 없이 해내지 말입니다, 안드로이드..!?

영화 '블레이드 러너 2049'는 전작의 세계관을 계승하며 인간과 레플리칸트 사이의 깊어진 갈등을 조명합니다. 2019년의 데커드가 정체성의 모호함을 상징했다면, 2049년의 주인공 K는 자신이 레플리칸트임을 명확히 인지하고 있는 존재입니다. 이 세계는 두 종족을 철저히 구분하는 거대한 벽 위에 세워져 있으며, 자본의 욕망은 이러한 차이를 차별로 고착화합니다. 신형 레플리칸트는 수명 제한이 없어지고 인간과 구분이 불가능할 정도로 정교해졌지만, 이름 대신 일련번호로 불리며 도구로서의 삶을 강요받습니다. 이러한 계급 구조는 구형과 신형 사이의 분열로 이어지며 존재론적 고독을 심화시킵니다. 기술의 발전은 사랑의 형태마저 변화시켰습니다. 레플리칸트 K와 인공지능 홀로그램 조이의 관계는 인간과 레플리칸트의 사랑보다 한 단계 더 추상화된 형태를 보여줍니다. 영화 속 미래 도시는 화려한 홀로그램 광고와 위안용 인공지능이 일상을 채우고 있으며, 휴대용 장치를 통해 가상의 연인을 현실로 불러냅니다. 조이는 비록 실체가 없는 데이터의 조합이지만, K를 향해 인간보다 더 인간적인 감정을 표현하며 진짜가 되고 싶어 합니다. 이는 육체적 한계를 넘어선 정신적 교감을 상징하며, 가상과 현실의 경계에서 무엇이 진정한 사랑인지를 깊이 있게 묻게 만듭니다. 작품 전반에는 기독교적 세계관이 짙게 깔려 있습니다. 레플리칸트 사이에서 아이가 태어났다는 사실은 단순한 생물학적 사건을 넘어 구원의 메시지인 '기적'으로 받아들여집니다. 창조된 존재가 아닌 태어난 존재가 됨으로써 레플리칸트들은 스스로를 노예가 아닌 주체적인 생명으로 인식하기 시작합니다. 성경 속 라헬의 이름을 딴 레이첼과 그녀의 자녀를 지키려는 비밀 결사의 움직임은 메시아적 서사를 완성합니다. K 역시 자신이 그 기적의 주인공일지도 모른다는 희망을 품으며 '조'라는 이름을 얻게 되는데, 이는 단순한 레플리칸트 모델을 넘어 고유한 자아를 찾아가는 여정의 시작을 의미합니다. 인간성의 본질을 규정하는 요소로 영화는 기억과 감각에 주목합니다. K는 자신의 기억이 조작된 것임을 깨닫고 절망하지만, 이는 역설적으로 기억 또한 뇌의 작용일 뿐이라는 사실을 시사합니다. 진짜와 가짜를 구분할 수 없는 기억 대신, 영화가 제시하는 새로운 대안은 바로 '촉각'입니다. 빗방울을 느끼고 눈을 맞으며 타인과 신체적으로 교감하는 순간의 감각은 시간의 속박에서 벗어난 생명의 본질을 드러냅니다. 레플리칸트와 원본의 경계를 허무는 것은 정교한 데이터가 아니라, 온몸으로 세상을 느끼는 완결된 네트워크로서의 존재 그 자체임을 영화는 시각적으로 증명해냅니다. 결국 '블레이드 러너 2049'의 철학적 뿌리는 니체의 위버멘쉬 사상과 맞닿아 있습니다. 정신의 진화 단계 중 최종장인 '어린아이'는 과거의 규범에 얽매이지 않고 스스로를 긍정하며 새로운 시작을 창조하는 존재입니다. 레플리칸트가 인간이 되기를 꿈꾸는 것은 타자의 욕망을 복제하는 것에 불과할 수 있습니다. 하지만 자신의 몸과 감각에 충실하며 존재의 전체성을 자각할 때, 레플리칸트는 비로소 완성된 생명으로 거듭납니다. 의식보다 거대한 마음인 '몸'을 긍정하는 이 여정은, 어리석은 경계의 벽을 허물고 닫힌 기억에서 열린 생명의 시대로 나아가는 코페르니쿠스적 전환을 보여줍니다.

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[인생과학영화#1] 안드로이드는 인간이 되기를 꿈꿔야 하는가?

20세기 SF 영화들은 단순한 오락을 넘어 인류의 미래와 기술에 대한 거대한 세계관을 구축해 왔습니다. '2001 스페이스 오디세이'부터 '매트릭스'에 이르기까지, 이들 작품은 전 세계적인 팬덤을 형성하며 현대 과학 기술에 대한 상상력을 자극했습니다. 특히 할리우드의 블록버스터와 일본의 로봇 애니메이션은 각기 다른 방식으로 인공지능과 로봇의 시대를 예견하며 대중의 인식을 확장했습니다. 이러한 상상력은 단순한 허구를 넘어 실제 과학 기술 발전의 동력이 되기도 하며, 우리가 꿈꾸는 미래가 곧 실현될 수 있음을 시사합니다. SF 장르의 절대적인 바이블로 꼽히는 스탠리 큐브릭의 '2001 스페이스 오디세이'는 영화를 예술의 경지로 끌어올린 최초의 작품으로 평가받습니다. 아서 C. 클라크의 원작을 바탕으로 한 이 영화는 인류의 기원과 진화를 '모노리스'라는 신비로운 존재를 통해 탐구합니다. 유인원이 도구를 발견하는 순간부터 우주선이 항해하는 먼 미래까지, 영화는 인류가 마주할 거대한 도약의 순간들을 압도적인 영상미로 그려냅니다. 이는 인류의 호기심이 우주라는 미지의 공간을 향해 어떻게 확장되는지를 보여주는 철학적 여정이라 할 수 있습니다. 영화 속 인공지능 HAL 9000은 인간과 기술의 갈등을 상징하는 가장 섬뜩하면서도 매혹적인 은유로 남았습니다. 목성으로 향하는 디스커버리 호에서 벌어지는 인간과 인공지능의 대결은 지능을 가진 기계가 인간의 통제를 벗어날 때 발생하는 공포를 극명하게 보여줍니다. 특히 HAL의 기억 패널이 하나씩 제거되는 장면은 고지능 인공지능의 탄생과 몰락을 동시에 상징하며 관객에게 깊은 인상을 남깁니다. 원작자 아서 C. 클라크의 말처럼, 이 영화는 완벽한 이해보다는 인류와 기술의 관계에 대해 끊임없는 질문을 던지게 만드는 힘을 지니고 있습니다. 리들리 스콧 감독의 '블레이드 러너'는 개봉 당시에는 외면받았으나 오늘날 디스토피아적 사이버펑크의 효시로 추앙받는 저주받은 걸작입니다. 필립 K. 딕의 소설을 원작으로 한 이 작품은 핵전쟁 이후 몰락한 지구를 배경으로 인간과 거의 동일한 존재인 '리플리컨트'를 다룹니다. 인간보다 우월한 신체 능력을 지녔음에도 노예로 살아가는 이들의 모습은 기술 발전의 이면에 숨겨진 비인간성을 날카롭게 비판합니다. 영화는 화려한 도시의 불빛과 음습한 뒷골목을 대비시키며 자본주의적 욕망이 지배하는 미래의 암울한 초상을 그려냅니다. ‘블레이드 러너’가 던지는 핵심적인 질문은 결국 ‘인간이란 무엇인가’라는 본질적인 탐구로 귀결됩니다. 영화는 기억과 감정이라는 요소를 통해 인간과 리플리컨트의 경계를 모호하게 설정하며, 관객으로 하여금 인간다움의 정의를 다시 생각하게 만듭니다. 주인공 데커드의 정체를 둘러싼 논란이나 리플리컨트 로이가 보여주는 초인적인 모습은 기계와 인간의 구분이 더 이상 무의미해지는 지점을 시사합니다. 이러한 모호함은 현대 사회가 마주한 윤리적 과제들을 투영하며, 우리가 기술과 공존해야 할 미래에 대한 묵시록적인 예언을 전하고 있습니다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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[카오스 술술과학] 뇌 시리즈 '카오스 브레인 오디세이' 시작

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

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뇌인지과학

[강연] 도대체 시간이란 무엇인가? _ by김상욱｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 8강

우리는 매일 시간을 소비하며 살아가지만, 정작 시간이 무엇인지 묻는다면 선뜻 답하기 어렵습니다. 물리학자들에게도 시간은 가장 난해한 주제 중 하나로 꼽힙니다. 고대 아리스토텔레스는 시간을 변화의 척도라 정의했고, 아무것도 변하지 않으면 시간도 흐르지 않는다고 보았습니다. 반면 신학자 아우구스티누스는 과거와 미래가 오직 인간의 정신 속 기억과 기대 속에만 존재한다고 주장하며 시간의 관념적 성격을 강조했습니다. 이처럼 시간은 물리적 실체와 인간의 심리적 인지 사이에서 오랫동안 모호한 상태로 머물러 왔습니다. 근대 과학의 기틀을 마련한 아이작 뉴턴은 시간을 수학적이고 절대적인 대상으로 규정했습니다. 그는 외부의 변화와 상관없이 스스로 일정하게 흐르는 '절대 시간'의 개념을 도입했습니다. 뉴턴에게 시간은 우주라는 무대 위에서 사건이 일어나는 배경과 같았으며, 이를 수직선상의 숫자로 표현하여 운동 법칙을 기술했습니다. 이러한 관점은 우리가 일상적으로 느끼는 시간, 즉 나나 세상의 움직임과 무관하게 시계가 째깍거리며 흐른다는 믿음의 근간이 되었습니다. 시간은 이제 측정 가능한 수학적 변수가 되었습니다. 뉴턴의 방정식에서 시간은 앞뒤 방향의 구분이 없지만, 우리가 경험하는 현실의 시간은 오직 미래로만 흐릅니다. 이 '시간의 화살'을 설명하는 열쇠는 열역학 제2법칙인 엔트로피 증가의 법칙에 있습니다. 루트비히 볼츠만은 우주가 확률적으로 더 무질서한 상태로 나아간다는 점을 통해 시간의 방향성을 제시했습니다. 정돈된 상태에서 흐트러진 상태로 가는 과정이 곧 시간의 흐름이라는 것입니다. 우리가 과거를 기억하고 미래를 예측하는 심리적 과정 역시 뇌 속에서 엔트로피가 증가하는 물리적 과정과 궤를 같이합니다. 알베르트 아인슈타인은 뉴턴의 절대 시간 개념을 무너뜨리고 상대성 이론을 통해 시간과 공간이 하나로 얽힌 '시공간'임을 밝혀냈습니다. 관찰자의 운동 상태나 중력의 크기에 따라 시간은 다르게 흐릅니다. 빠르게 움직이는 물체나 중력이 강한 곳에서는 시간이 느리게 가는데, 이는 시간이 우주 어디서나 동일하게 흐르는 배경이 아니라 물질과 상호작용하는 유연한 실체임을 의미합니다. 아인슈타인에게 시간은 독립적인 존재가 아니라, 사건들 사이의 간격을 측정하는 도구이자 인간 지성이 만들어낸 자유로운 창작물이었습니다. 미시 세계를 다루는 양자역학에 이르면 시간의 개념은 더욱 묘해집니다. 양자역학의 기본 방정식에서도 시간은 여전히 외부 매개변수로 존재하지만, '측정'이라는 행위가 개입하면서 비가역적인 변화가 일어납니다. 어떤 학자들은 우주 전체를 하나의 양자 상태로 볼 때 시간이 사라지지만, 우리가 우주를 관찰자와 대상으로 나누는 순간 비로소 시간의 흐름이 생겨난다고 주장합니다. 즉, 주체와 객체의 분리가 엔트로피의 변화와 시간의 인지를 만들어낸다는 것입니다. 이는 시간이 우주의 본질적 속성인지, 아니면 관계의 산물인지 묻게 합니다. 천문학적 관점에서 시간은 우주의 역사와 진화를 기록하는 캔버스입니다. 인류는 농경 사회를 거치며 천체의 주기적인 운동을 통해 시간의 개념을 정교화해 왔습니다. 오늘날 우리는 지구의 자전이나 공전보다 훨씬 정밀한 원자시계를 통해 1초를 정의하며, 이를 통해 GPS와 같은 첨단 기술을 운용합니다. 하지만 블랙홀의 사건의 지평선처럼 극단적인 환경에서는 우리가 아는 시간의 질서가 멈추거나 왜곡됩니다. 우주의 시작인 빅뱅과 함께 시공간이 탄생했다는 사실은 시간 이전의 상태를 상상하는 것조차 불가능하게 만듭니다. 결국 시간이란 무엇인가에 대한 질문은 여전히 진행 중인 과제입니다. 어떤 물리학자는 시간이 환상에 불과하다고 말하며, 다른 이는 우주를 기술하기 위한 가장 근본적인 언어라고 말합니다. 명확한 정의는 내리기 어렵지만, 물리학은 시간을 수학적 숫자로, 확률적 방향으로, 그리고 휘어지는 시공간의 일부로 이해하며 그 실체에 다가가고 있습니다. 우리가 느끼는 찰나의 순간들은 우주의 거대한 엔트로피 흐름 속에서 만들어진 소중한 기억의 조각들입니다. 시간의 본질을 찾는 여정은 곧 우리가 우주를 어떻게 이해하고 있는지를 비추는 거울과 같습니다.

김상욱

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물리학

[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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뇌인지과학

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

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

심원목

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[카오스 술술과학] 도대체 ‘시간’이란 무엇일까? (1)

영화 속 퀵실버는 시간을 지연시키는 초능력을 발휘하며 우리에게 시간의 상대성을 일깨워줍니다. 파리가 인간의 손을 슬로 모션으로 보듯, 생명체의 신경 전달 속도에 따라 시간은 다르게 흐를 수 있습니다. 이는 단순히 영화적 상상력에 그치지 않고, 인간이 극한의 집중 상태나 임사체험 시 겪는 '주마등' 현상과도 맞닿아 있습니다. 뇌가 정보를 고속으로 처리하면 시간은 천천히 흐르는 것처럼 느껴지며, 이는 우리가 시간을 고정된 물리량이 아닌 주관적 경험으로 인식하고 있음을 보여줍니다. 시간에 대한 철학적 논쟁은 뉴턴과 라이프니츠의 대결로 요약됩니다. 뉴턴은 우주에 절대적인 시계가 존재한다는 '절대 시간'을 주장한 반면, 라이프니츠는 시간이 단지 사물의 변화와 운동을 측정하는 척도일 뿐이라고 반박했습니다. 현대에 이르러 영화 '컨택트'에서 묘사된 '블록 우주론' 개념은 과거, 현재, 미래가 하나의 덩어리로 존재한다는 영원주의적 관점을 제시합니다. 아인슈타인 역시 시제의 구분을 '집요하게 계속되는 착각'이라 불렀는데, 이는 우리가 시간의 본질을 파악하기 위해 넘어야 할 거대한 벽과 같습니다. 19세기 열역학 제2법칙의 등장은 과학사에서 처음으로 시간의 방향성을 정의하는 계기가 되었습니다. 엔트로피, 즉 무질서도가 항상 증가한다는 법칙은 과거와 미래를 구분할 수 있는 유일한 물리적 지표를 제공합니다. 물감이 물에 퍼지는 현상처럼, 에너지가 열로 소실되며 무질서해지는 과정이 곧 시간의 흐름을 의미합니다. 흥미로운 점은 우리가 입자 하나하나의 미시적 상태를 완벽히 알 수 없다는 '무지' 때문에 시간이 흐른다고 해석할 수 있다는 것입니다. 결국 엔트로피는 거시적 세계에서 시간이 나아가는 화살표 역할을 합니다. 과학자들은 엔트로피 외에도 빛이나 블랙홀을 통해 시간의 화살을 찾으려 노력했습니다. 그러나 파인만은 빛이 시간에 대해 대칭임을 증명했고, 블랙홀을 기술하는 방정식 역시 시간의 전후를 구분하지 않는다는 사실이 밝혀졌습니다. 이에 따라 인간의 기억 메커니즘에 기반한 '심리적 화살'과 우주의 팽창에 근거한 '우주론적 화살'이 주목받게 되었습니다. 스티븐 호킹은 정보를 기억할 때 발생하는 열과 엔트로피의 증가를 연결하며, 심리적 화살과 엔트로피 화살이 본질적으로 같은 방향을 향하고 있음을 논증했습니다. 시간은 단순히 조용히 흐르는 강물이 아니라, 여전히 인류가 정복하지 못한 거대하고 깊은 심연과 같습니다. 상대성 이론과 양자역학이 등장하며 시간은 본격적인 과학적 탐구의 대상이 되었지만, 본질적인 합의에는 도달하지 못했습니다. 리처드 뮬러와 같은 현대 물리학자들은 엔트로피가 시간을 만드는 것이 아니라, 시간이 흐르기 때문에 엔트로피가 증가한다고 주장하며 기존의 관념에 도전하기도 합니다. 우리가 실존적으로 느끼는 시간의 흐름이 우주의 근본 원리인지, 아니면 의식의 산물인지에 대한 질문은 여전히 현재진행형입니다.

카오스재단'도대체'시리즈

물리학

[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

[강연] 기억 찾기 (2) _ 강봉균 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강 | 3강 ②

기억은 유지되는 시간에 따라 작동 기억, 단기 기억, 장기 기억으로 나뉩니다. 작동 기억은 전화번호를 잠시 외우는 것처럼 몇 초간만 유지되며, 단기 기억은 수 분에서 수 시간 동안 지속됩니다. 반면 장기 기억은 생존과 직결된 중요한 정보나 강렬한 감정적 사건처럼 특별한 경우에만 형성되어 하루 이상 유지됩니다. 우리 뇌는 여전히 원시적인 특성을 지니고 있어, 단순한 학습 내용보다는 먹이나 번식, 위험 상황과 관련된 정보를 우선적으로 장기 기억으로 저장하려는 경향이 있습니다. 새로운 정보가 감각기관을 통해 들어오면 주의 집중을 거쳐 단기 기억이 됩니다. 하지만 단기 기억은 쉽게 잊히기 때문에, 이를 오래 보관하기 위해서는 기억이 단단하게 굳어지는 '공고화' 과정이 필수적입니다. 공고화된 기억은 장기 기억으로 저장되었다가 특정 단서가 주어질 때 다시 떠오르게 됩니다. 흥미로운 점은 기억을 회상한 후에도 '재공고화'라는 뒷정리 과정이 필요하다는 것입니다. 꺼내 쓴 물건을 제자리에 두지 않으면 잃어버리듯, 재공고화가 제대로 이뤄지지 않으면 기억은 사라질 수 있습니다. 단기 기억이 장기 기억으로 전환되는 과정에서 해마와 신피질은 부단히 소통합니다. 초기 기억은 해마에 잠시 머물지만, 영구적인 저장을 위해서는 신피질로 이동해야 하기 때문입니다. 이러한 '크로스토크' 현상은 주로 우리가 잠을 자는 동안 활발하게 일어납니다. 마치 은행이 영업을 마친 후 셔터를 내리고 내부에서 그날의 장부를 정리하며 돈을 금고에 보관하듯이, 우리 뇌도 수면 중에 낮 동안 습득한 수많은 정보를 체계적으로 정리하고 장기 기억의 형태로 안전하게 저장하는 작업을 수행합니다. 기억의 저장 원리를 분자 수준에서 들여다보면 '장기 강화(LTP)'라는 현상을 발견할 수 있습니다. 시냅스에 강하고 중요한 정보가 전달되면 글루탐산 수용체와 칼슘 이온의 작용으로 인해 신경전달 효율이 비약적으로 높아집니다. 이 과정에서 시냅스의 구조가 두툼해지고 단백질 합성이 일어나며 회로가 강화됩니다. 이는 운동을 통해 근육을 단련하는 것과 유사합니다. 특정 뇌 부위를 자주 사용하고 정보를 반복해서 처리할수록 해당 시냅스는 더욱 발달하며, 결과적으로 더 빠르고 정확한 정보 전달이 가능해집니다. 인간의 뇌에는 수조 개의 시냅스가 존재하며, 이들의 연결 패턴은 사람마다 조금씩 다릅니다. 유전적 차이뿐만 아니라 개인이 겪은 경험과 학습에 따라 시냅스의 강도와 분포가 달라지기 때문입니다. 이러한 시냅스 패턴의 차이는 각자의 정보 처리 방식과 성격, 행동 양식을 결정짓는 핵심 요소가 됩니다. 조셉 르두 박사가 "당신은 당신의 시냅스다"라고 말했듯이, 시냅스의 변화는 단순한 정보 저장을 넘어 한 개인의 자아와 정체성을 형성하는 근간이 된다고 볼 수 있습니다. 아무리 좋은 기억이라도 적절한 단서가 없으면 회상하기 어렵습니다. 마르셀 프루스트의 소설에서 마들렌의 향기가 유년 시절의 기억을 생생하게 불러일으켰듯, 후각이나 시각 자극은 강력한 회상 단서가 됩니다. 하지만 기억은 인출될 때마다 재구성되는 특성이 있어 왜곡되기도 쉽습니다. 뇌의 여러 부위에 분산 저장된 정보를 다시 조립하는 과정에서 요소가 빠지거나 엉뚱한 정보가 끼어들 수 있기 때문입니다. 이는 기억의 불완전함을 보여주기도 하지만, 한편으로는 뇌가 정보를 처리하는 유연한 방식임을 시사합니다. 기억 연구는 치매나 외상 후 스트레스 증후군(PTSD) 같은 난치성 질환 치료에 중요한 실마리를 제공합니다. 나쁜 기억의 재공고화를 차단하여 고통을 줄이거나, 손상된 시냅스 가소성을 회복시켜 인지 기능을 개선하려는 시도가 계속되고 있습니다. 결국 기억은 과거와 미래를 잇는 다리이며, 우리가 누구인지 알려주는 자아의 본질입니다. 기억이 있기에 우리는 어제의 나와 오늘의 내가 같은 존재임을 자각하며 일관된 삶을 살아갈 수 있습니다. 우리가 우리인 이유는 바로 우리가 배우고 기억하기 때문입니다.

강봉균

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 시냅스 생쥐 그리고 정신질환 (5) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강 | 8강 ⑤

자폐 스펙트럼 장애의 원인을 둘러싼 수많은 오해 중 하나는 영유아기에 접종하는 백신이 자폐를 유발한다는 주장입니다. 하지만 현대 과학의 엄밀한 검증 결과, 백신의 성분과 자폐 발생 사이에는 어떠한 명확한 연관성도 발견되지 않았다는 것이 학계의 정설입니다. 미국 질병통제예방센터(CDC)를 비롯한 전 세계 주요 보건 기구들은 이러한 주장에 근거가 없음을 공식적으로 발표하며 대중의 불안을 해소하기 위해 노력해 왔습니다. 오히려 잘못된 정보로 인해 적절한 백신 접종 시기를 놓치는 것이 아이들의 건강에 훨씬 더 심각하고 실질적인 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 근거 없는 소문에 휘둘리기보다 과학적 사실에 기반한 정확한 정보를 수용하는 태도가 무엇보다 중요합니다. 어린 시절의 경험은 뇌 구조 형성에 결정적인 영향을 미칩니다. 신경 가소성이 매우 뛰어난 시기에 겪는 학대나 극심한 스트레스는 신경세포 간의 정상적인 연결을 방해할 수 있습니다. 이러한 트라우마는 신경 회로를 취약한 상태로 만들어, 이후의 자극에 대한 저항력을 떨어뜨리는 요인이 됩니다. 비록 학대가 반드시 자폐로 이어진다고 단정할 수는 없지만, 뇌 발달 과정에서 환경적 요인이 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다. 건강한 발달을 위해서는 안정적인 환경에서 뇌가 올바른 패턴으로 신경 회로를 형성할 수 있도록 돕는 것이 필수적입니다. 이는 초기 환경이 뇌의 물리적 구조를 결정짓는 중요한 변수임을 시사합니다. 환경과 유전자는 끊임없이 소통하며 서로에게 영향을 미칩니다. 이를 설명하는 대표적인 분야가 후성유전학입니다. 예를 들어, 어미의 돌봄을 충분히 받지 못한 새끼 쥐는 스트레스 호르몬 수용체의 발현을 조절하는 유전자에 변화가 생겨 스트레스 대응 능력이 현저히 떨어지게 됩니다. 이는 외부 환경이 유전자의 발현 방식을 바꾸고, 그 결과가 다시 환경에 대한 반응성을 결정하는 순환 구조를 보여줍니다. 즉, 우리가 물려받은 유전 정보는 고정된 것이 아니라 환경과의 상호작용을 통해 그 기능이 조절될 수 있는 유연한 시스템인 셈입니다. 이러한 메커니즘은 자폐를 포함한 다양한 뇌 질환의 발생 기전을 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 인간 게놈 프로젝트가 완료되었을 때 인류는 질병 정복에 대한 큰 기대를 품었습니다. 하지만 기대만큼의 성과가 즉각적으로 나타나지 않은 이유는 우리가 아직 유전자의 기능적 지도를 완성하지 못했기 때문입니다. 현재의 기술 수준은 서울 시내의 도로망을 파악한 정도에 불과하며, 특정 시간에 교통량이 어떻게 변하는지 예측하는 수준에는 도달하지 못했습니다. 유전체 정보를 분석하는 것은 필수적인 첫 단계이지만, 그 복잡한 상호작용을 완벽히 이해하기까지는 더 많은 데이터와 시간이 필요합니다. 이는 과학이 직면한 거대한 도전 과제 중 하나이며, 물리적 지도를 넘어 기능적 지도를 완성해 나가는 과정이 앞으로의 핵심 과제가 될 것입니다. 신경 회로가 정상적으로 기능하기 위해서는 신경 가소성이 적절하게 작동해야 합니다. 필요한 신경 회로는 강화되고 불필요한 신경 회로는 약화되는 과정을 통해 효율적인 신경망이 구축됩니다. 그러나 영유아기에 스마트폰이나 영상 매체와 같은 과도한 외부 자극에 노출되면 뇌가 지나치게 흥분된 상태로 신경 회로가 고착될 위험이 있습니다. 이러한 비정상적인 발달은 자폐나 ADHD와 같은 증상을 심화시키는 환경적 요인이 될 수 있습니다. 뇌가 가장 유연한 시기에 주어지는 자극의 질이 아이의 평생 뇌 건강을 좌우할 수 있다는 점을 기억해야 합니다. 따라서 적절한 자극과 휴식의 균형을 맞추는 것이 건강한 뇌 발달을 위해 반드시 필요합니다. 전 세계적으로 자폐 유병률이 증가하는 추세에 대해서는 다각적인 분석이 필요합니다. 진단 기술의 정교화로 과거에는 발견하지 못했던 사례들이 포착되는 측면도 있고, 환경 오염이나 생활 습관의 변화가 영향을 미쳤을 가능성도 배제할 수 없습니다. 한국의 경우 한때 유병률이 매우 높게 보고되어 주목받았으나, 이는 정밀한 조사 방법의 차이에서 기인한 것으로 밝혀졌습니다. 중요한 것은 유병률의 수치 자체보다, 증가하는 환자들을 위해 사회가 어떤 준비를 해야 하는지 고민하는 것입니다. 성별에 따른 발생 차이 등 여전히 풀리지 않은 숙제들이 연구의 동력이 되고 있으며, 이는 더 나은 진단과 지원 체계를 구축하는 밑거름이 됩니다. 미래의 정신 질환 치료는 개인별 맞춤형 접근으로 나아갈 것입니다. 약물 치료의 부작용을 최소화하기 위해 신경 회로의 작동 원리를 규명하고, 식이요법이나 행동 치료 등 다양한 방법을 병행하는 종합적인 치료 모델이 필요합니다. 무엇보다 정신 질환을 생물학적 원인에 의한 현상으로 이해하려는 노력이 중요합니다. 질환의 원인을 유전적, 환경적 맥락에서 파악하게 되면 환자에 대한 막연한 두려움이나 편견을 거두고 공감의 토대를 마련할 수 있습니다. 과학적 이해는 결국 우리 사회가 환자들을 더 따뜻하게 포용하는 길로 인도할 것이며, 이는 질병의 치료를 넘어 사회적 치유로 나아가는 중요한 발걸음이 될 것입니다.

고재원, 김은준, 한기훈

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[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 (4) _ 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 6강 | 6강 ④

영화는 허구의 이야기이지만, 제작자들은 이를 현실감 있게 전달하기 위해 과학적 사실을 적극적으로 활용합니다. 최근에는 물리학자가 제작에 참여하거나 과학 잡지에 글을 기고하는 등 과학과 영화의 교류가 활발해지고 있습니다. 특히 뇌과학은 인간의 의식과 기억을 다룬다는 점에서 영화적 상상력을 자극하는 훌륭한 소재가 됩니다. 감독들은 뇌의 복잡한 메커니즘을 스크린에 옮겨 관객들에게 경이로운 경험을 선사하며, 때로는 과학적 사실을 변주하여 극적인 긴장감을 극대화하기도 합니다. 페드로 알모도바르 감독의 영화 '그녀에게'는 식물인간 상태의 여성을 사랑하는 두 남자의 이야기를 통해 의식의 경계를 탐구합니다. 의학적으로 식물인간은 뇌간의 기본 기능만 남은 상태로 회복이 매우 어렵지만, 영화는 주인공이 깨어나는 설정을 통해 비극성을 심화시킵니다. 이는 과학적 사실과는 거리가 멀 수 있으나, 희망과 절망 사이에서 고뇌하는 인간의 감정을 표현하기 위한 필수적인 장치로 작용합니다. 영화는 식물인간을 단순히 멈춰있는 존재가 아니라, 고유한 삶의 방식을 가진 인격체로 묘사하며 관객에게 깊은 울림을 줍니다. 전문적인 시각에서 볼 때 영화 속 의학적 고증 오류는 몰입을 방해하는 요소가 되기도 합니다. 예를 들어 극심한 통증을 동반하는 지주막하 출혈 환자가 비명을 지르는 묘사는 실제 임상 현장과는 차이가 있습니다. 하지만 많은 과학자는 영화가 가진 환상성을 인정하며, 완벽한 고증보다는 이야기의 흐름과 감동을 중시합니다. 뇌과학적 기둥이 단단하게 세워진 영화는 관객에게 지적 즐거움을 주지만, 때로는 의도적인 허구가 인간의 내면을 더 진실하게 비추기도 합니다. 과학과 예술의 적절한 조화는 영화를 더욱 풍성하게 만드는 핵심입니다. 크리스토퍼 놀란 감독의 '메멘토'는 단기 기억상실증을 소재로 인간 인지의 한계를 실험적으로 보여줍니다. 해마 손상으로 10분밖에 기억하지 못하는 주인공의 상황을 표현하기 위해 영화는 흑백과 컬러 영상을 교차 편집하며 시간을 재구성합니다. 관객은 주인공처럼 파편화된 정보를 조합하며 극도의 불안과 혼란을 직접 체험하게 됩니다. 이는 단순한 정보 전달을 넘어 영화적 형식을 통해 질환의 본질을 이해하게 만드는 고도의 연출 기법입니다. 기억의 부재 속에서 정체성을 찾으려는 투쟁은 뇌과학과 영화가 만나는 지점을 상징적으로 보여줍니다. 인간의 기억은 녹화된 영상처럼 온전하지 않으며, 감정과 상황에 따라 끊임없이 재구성됩니다. 심리학적 실험에 따르면 가짜 기억이 실제 경험처럼 뇌에 자리 잡기도 하는데, 이는 우리가 믿는 기억이 얼마나 취약한지를 시사합니다. 영화는 이러한 기억의 불완전성을 파고들어 인간 존재의 근원을 묻습니다. 뇌과학 영화들은 우리가 세상을 어떻게 인식하고 기억하는지를 성찰하게 하며, 치매나 기억 장애와 같은 사회적 이슈에 대해서도 관심을 갖게 합니다. 결국 뇌를 탐구하는 영화는 곧 인간 자신을 이해하려는 노력의 일환이라 할 수 있습니다.

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

트라우마는 뇌과학적 관점에서 우리가 피하고 싶은 불쾌한 경험이 기억으로 남은 상태를 의미합니다. 영화 '이터널 선샤인'처럼 특정 기억만을 선택적으로 지우는 것이 가능할지에 대한 연구는 이미 동물 실험 단계에서 유의미한 결과를 보여주고 있습니다. 특정 기억을 담당하는 신경세포(엔그램)만을 골라내어 억제함으로써 원하지 않는 공포 기억을 제거하는 방식입니다. 이러한 기술은 심각한 사고 후유증을 겪는 환자들에게 새로운 치료의 가능성을 제시하며, 이는 단순히 기억을 망각하는 것을 넘어 고통스러운 과거로부터 개인을 자유롭게 하는 의학적 진보의 시작이라 할 수 있습니다. 기억을 단순히 지우는 것을 넘어, 그 내용을 긍정적인 방향으로 변형시키는 연구도 진행되고 있습니다. 과거의 고통스러웠던 기억을 보상과 연결하여 간직하고 싶은 기억으로 전환하는 방식인데, 이는 일종의 '허구 기억'을 생성하는 과정이기도 합니다. 하지만 이러한 기술은 인간에게 적용될 때 심각한 윤리적 문제를 야기할 수 있습니다. 기억은 개인의 정체성을 형성하는 핵심 요소이기 때문입니다. 따라서 기술적 가능성과는 별개로, 기억의 수정과 삭제에 대한 사회적 합의와 엄격한 윤리적 기준 마련이 반드시 선행되어야 하며, 그 적용 범위에 대한 철저한 검증이 우리 사회의 중요한 과제로 남을 것입니다. 모든 것을 기억하는 '과잉기억증후군(Hyperthymesia)'은 부러움의 대상이 되기도 하지만, 당사자에게는 일종의 뇌 기능 이상으로 인한 고통이 될 수 있습니다. 이들의 뇌를 조사해 보면 기억을 담당하는 측두엽과 습관, 강박에 관여하는 미상핵이 일반인보다 비대해진 경우가 많습니다. 이로 인해 과거의 기억을 끊임없이 반추하는 강박적인 사고에 시달리거나, 세부 사항에 너무 집착한 나머지 전체적인 맥락을 파악하고 추상적인 판단을 내리는 고차원적 인지 능력이 오히려 떨어지는 부작용을 겪기도 합니다. 결국 모든 것을 기억한다는 것은 축복이라기보다 뇌가 정보를 처리하는 과정에서 발생하는 일종의 과부하 상태에 가깝다고 볼 수 있습니다. 기억력이 남다른 이들 중에는 감각 처리가 독특한 '공감각'을 가진 사례도 보고됩니다. 소리를 들을 때 동시에 특정 맛을 느끼거나 시각적 섬광을 경험하는 식인데, 이러한 강렬하고 복합적인 감각 경험이 기억을 더욱 생생하게 저장하는 데 기여합니다. 비록 현대 과학으로 그 정확한 기전을 완벽히 규명하기는 어렵지만, 여러 감각 경로가 섞이면서 발생하는 이러한 현상은 인간의 기억이 단순한 정보 저장을 넘어 얼마나 복잡한 신경망의 상호작용을 통해 이루어지는지를 잘 보여줍니다. 이러한 독특한 감각의 결합은 인간의 인지 세계가 얼마나 다채롭고 신비로운 방식으로 구성되어 있는지를 다시 한번 일깨워 줍니다. 일상에서 기억력을 높이는 가장 효과적인 방법 중 하나는 정서적인 자극을 활용하는 것입니다. 우리가 강렬한 감정을 느낄 때 분비되는 아드레날린과 같은 신경전달물질은 시냅스의 변화를 촉진하여 기억이 더 오랫동안 유지되도록 돕습니다. 이를 '시냅스 태깅' 현상이라고 하는데, 중요하지 않은 정보라도 정서적 고양 상태에서 입력되면 뇌가 이를 중요한 정보로 인식하여 장기 기억으로 전환할 가능성이 커집니다. 따라서 새로운 것을 배울 때 즐거움이나 호기심 같은 감정을 개입시키는 것은 과학적으로도 매우 타당한 전략이며, 감정은 우리가 세상을 배우고 기억하는 방식에 결정적인 영향을 미치는 생물학적 촉매제와 같습니다. 나이가 들면서 기억력이 감퇴하는 것은 시냅스 가소성이 점차 탄력을 잃기 때문입니다. 어린 시절에는 신경망이 매우 유연하여 새로운 정보를 빠르게 흡수하지만, 성인이 되면 단백질 합성 효율이 떨어지고 신호 전달 체계에 변화가 생기면서 기억의 효율이 낮아집니다. 그러나 모든 인지 기능이 동시에 퇴화하는 것은 아닙니다. 단순 암기 능력은 줄어들 수 있어도 언어 사용 능력이나 암묵적 기억은 노년기까지 비교적 잘 유지됩니다. 또한 반복 학습이나 정보 간의 연결 고리를 만드는 요령을 통해 이러한 생리적 퇴화를 보충할 수 있는 길이 충분히 열려 있으며, 끊임없는 학습은 뇌의 활력을 유지하는 가장 좋은 방법입니다. 기억이 단기 기억에서 장기 기억으로 넘어가기 위해서는 '공고화'라는 과정이 필수적입니다. 이 과정에는 반드시 새로운 단백질 합성이 수반되어야 하며, 해마에 잠시 머물던 정보가 신피질이라는 안전한 저장소로 이동해야 비로소 오래 지속되는 기억이 됩니다. 벼락치기 공부가 금방 잊히는 이유는 정보가 신피질로 넘어가지 못하고 해마에만 머물다 사라지기 때문입니다. 따라서 정보를 오랫동안 간직하기 위해서는 충분한 시간과 반복을 통해 뇌가 정보를 단단하게 굳힐 수 있는 여유를 주어야 합니다. 진정한 학습의 완성은 단순히 정보를 받아들이는 속도가 아니라, 그것을 얼마나 깊이 있게 내면화하고 공고히 하느냐에 달려 있습니다.

강봉균, 김상정, 최준식

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[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

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

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

생명체의 기본 단위가 세포이듯, 우리 뇌와 신경계를 구성하는 핵심 단위는 신경 세포인 뉴런입니다. 뉴런은 일반적인 세포와 달리 수상 돌기와 축삭 돌기라는 독특한 구조를 통해 전기 신호를 주고받으며 복잡한 그물망을 형성합니다. 인간의 뇌에는 약 1,000억 개의 뉴런이 존재하며, 이들이 만나는 지점인 시냅스는 무려 100조 개에 달합니다. 이러한 방대한 연결망을 '커넥톰'이라 부르는데, 이는 단순한 생물학적 구조를 넘어 우리의 자아와 정체성을 규정하는 중요한 지도가 됩니다. 식물과 달리 동물이 뇌를 갖게 된 결정적인 이유는 바로 '움직임'에 있습니다. 진화의 과정에서 동물은 생존을 위해 더 효율적이고 복잡하게 움직여야 했고, 이를 통제하기 위해 신경계가 발달했습니다. 감각 기관이 머리 쪽으로 집중되면서 신경절이 진화하여 오늘날의 뇌가 형성된 것입니다. 결국 뇌는 외부 환경에서 오는 다양한 감각 신호를 통합하고, 그에 맞는 적절한 운동 명령을 내리기 위해 탄생한 고도의 통제 센터라고 할 수 있습니다. 인간의 뇌는 크게 뇌간, 간뇌, 소뇌, 대뇌로 구분되며 각자 고유한 역할을 수행합니다. 가장 아래쪽의 뇌간은 호흡과 순환 등 생명 유지의 기본을 담당하며, 소뇌는 운동 조절과 자전거 타기 같은 절차적 기억을 관리합니다. 간뇌는 마치 컴퓨터의 라우터처럼 감각과 운동 정보를 분류하여 전달하고 우리 몸의 항상성을 유지합니다. 이들은 마치 하나의 축구 팀처럼 유기적으로 협력하며 우리가 의식하지 못하는 순간에도 생존을 위한 최적의 상태를 만들어냅니다. 뇌의 80%를 차지하는 대뇌는 감정의 뇌인 변연계와 사고의 뇌인 대뇌 피질로 나뉩니다. 해마와 편도체가 포함된 변연계는 과거의 기억에 감정을 입혀 저장함으로써 위험으로부터 우리를 보호합니다. 반면 대뇌 피질은 이러한 정보를 바탕으로 미래의 전략을 세우고 행동을 결정합니다. 뇌간이 현재의 생존을 조율한다면, 대뇌는 과거와 미래를 연결하여 생존 전략을 확장합니다. 이러한 확장의 과정에서 비로소 인간 특유의 의식과 자아가 탄생하게 됩니다. 진화론적 관점에서 뇌의 존재 이유는 더욱 명확해집니다. 단세포 생물인 박테리아는 뇌 없이도 화학 주성을 통해 먹이를 찾지만, 다세포 생물인 해파리는 전신을 동시에 수축시키기 위해 최초의 신경 그물을 만들었습니다. 더 나아가 좌우 대칭 구조를 가진 편형동물은 3차원적인 이동을 위해 신경 세포가 모인 신경절을 발달시켰습니다. 움직임이 필요 없는 성체 멍게가 뇌를 퇴화시키는 사례는, 뇌가 환경 정보를 분석하여 목적 있는 이동을 수행하기 위해 존재한다는 사실을 강력하게 뒷받침합니다.

신희섭

카오스재단카오스강연

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