뇌과학 Brain '자신의 뇌를 탐구하는 인간의 뇌'

01. 모든 길은 뇌로 통한다.

뇌의 작용에 대해 궁금했습니다. 특히 언어, 예술 분야가 흥미롭고 더 자세히 알고 싶었어요. 인간만이 누리는 이 영역에 대해 막연한 호기심뿐입니다. 실체하지만 만져볼수도 들여다볼수도 없는 그것은. 진짜 그러한 작용이 일어나는지 말할 수 없지만, 많은 과학자들이 연구했으니 그 말을 믿을 수 밖에요. 신경세포의 뉴런 구조는 식물의 뿌리같습니다. 뉴런의 생김새는 일반 세포와는 다르며, 마치 외계인처럼 생겼습니다. 머리와 촉수가 달린 것처럼 이루어져 있더라고요.^^; 그물처럼 엉킨 뉴런은 전달 기능을 합니다. 감각와 운동을 전달합니다. 그런 부위를 또 시냅스라고 합니다. 인간의 뇌는 이런 1000억 개의 뉴런과 1000조 개의 시냅스로 이루어졌습니다. 

시냅스 구조가 크게 만들어지는 것이 굉장히 중요합니다. 기억이 저장되는 원리는 시냅스의 전달 능력이 변화하는 시냅스 가소성(인간의 두뇌가 경험에 의해 변화되는 능력을 말함)으로 말 할 수 있기 때문인데요. 시냅스의 기능이 오래가기 위해서는 단백질이 보강되면서 시냅스 구조가 크게 만들어진다고 합니다. 단백질 합성을 못하게 되면, 시냅스가 커지지 못해서 시냅스에 기억이 저장되지 못하고 장기기억이 이어지지 않는다고 합니다. 간단한 기억이라고 해도 모든 것이 우리 뇌에 여기저기 분산되어 있는 시냅스에 다 저장됩니다. 나중에 그 기억을 회상할 때(인출할 때) 이 분산된 시냅스를 다시 불러모으는 지각 과정을 거쳐 정보의 분해 작용을 일으켜 조립하게 됩니다. 이것이 기억의 송수신 원리라 합니다. 

'당신은 당신의 시냅스다.' 조셉 르두

당신은 당신의 유전자보다 위대하다. 당신은 당신의 커넥톰이다.

- 한국계 뇌과학자 세바스찬 승 - 

케넥톰이란? 케넥션의 지도라는 뜻입니다. 인간 유전체의 정보를 지도화mapping하는 인간 유전체 계획이 있었습니다. 그것과 마찬가지로 100억 개의 신경세포가 가지고 있는 커넥션, 즉 회로를 전체적으로 다 파악하는 것을 커넥톰이라고 합니다. 회로를 안다는 것은 지도를 안다는 것처럼 어떤 부분에서 문제가 생겼을 때 하나씩 꺼내서 고칠 수 있다는 의미기도하고, 어디든지 갈 수 있다는 의미기도 합니다.

최근 뇌과학의 핫이슈는 커넥톰입니다. 커넥톰 연구는 인간에 대한 이해를 넓힌다는 점에서 시사하는 바가 큽니다. 커넥톰과 인간이란 무엇이냐는 존재론적 질문이 어떤 관계인지 의심할 수도 있지만, 궁극적으로 인간의 마음을 이해하고자 하는 생각에 다다른다면, 마음은 뇌의 복잡한 커넥톰이라고 답할 수도 있습니다. -한국 뇌연구 원장 김경진-

시냅스 하나하나에 대한 정보를 다 얻는 것에 대해 의문이 들 수도 있습니다. 뇌는 무언가 하나를 배우면 그 구조가 변하기 때문입니다. 그래도 그 연관성을 계속해서 알아나가는 것은 중요하다는 생각이 들었어요. 구조가 왜 변화해 나가는지, 어떤 계기로, 얼마만큼 변화하고 변화 가능한지 계속해서 그 길을 알아나가는 것은 중요한 일처럼 느껴집니다. 인간의 진화과정을 그려보는 것이 인류의 의무인것처럼 느껴지기도 합니다. 

▲ 좌뇌 / 우뇌의 기능

02. 뇌를 진화하게 만든 요소는 무엇이었을까?

뇌의 진화는 결국 유전자의 자연적인 돌연변이 중에서 하나가 선택을 받아 가장 적절하게 살아남고, 그 자손이 늘려나면서 일어나는 것이라 합니다. 사람 뇌의 진화에서 무엇이 선택되고 입력 작동했을까? 생각해보는 것은 중요한 점입니다. 여러 가지 의견이 있지만 다음 2가지로 정리할 수 있습니다.

1) 사람은 사회적 동물 : 속지 않고 속이려면 머리가 그만큼 좋아야 한다? 결국 주변에 있는 인간 집단에서 더 머리가 좋은 사람이 선택될 수 있다는 사실이 선택 입력으로 작동했을 것이다.

2) 다윈의 진화론 (생존 선택 and 성선택) : 머리가 좋은 사람이 아마도 진화적으로 짝찟기에 유리했기 때문에 머리가 좋아지는 방향으로 진화할 수 있지 않았을까?

▲ 뇌의 구조의 기능

번연계(구피질)는 모성을 가능하게 하는 중요한 역할을 합니다. 여성은 양쪽 뇌를 같이 많이 쓰고, 남성은 한쪽만 쓰는 경향이 있습니다. 양쪽 뇌를 연결시켜주는 뇌량이라는 다리가 여성이 좀 더 두껍다고 합니다. 이유는 여성이 오랫동안 아이를 보살폈고, 예민했기 때문입니다. 남성도 물론 변연계에서 사랑이 나오는데 활성화 차이에서 여성이 더 강합니다. 아이의 울음소리에 여성이 더 반응하는 차이라고 합니다.

구피질을 덮고 있는 신피질의 역할은 언어, 계산, 사고 등에 있습니다. 현대사회에서 여성은 일과 육아를 병행하며 구피질과 신피질의 대결을 합니다. 어느쪽이 더 강렬히 반응을 할까요? 여성이 일을 병행하면서 육아에 소홀한 점 때문에 무척 죄책감을 많이 갖는 이유이기도 할까요? 모성본능은 여성에게 쉽사리 사라지지 않는 '그 무엇'인 것도 같아요. 인류의 구심점이 아닐까요?

<신경전달물질>

• 아세틸콜린acetylcholine(ACH) : 주의, 기억, 각성, 알츠하이머병과 관련 있음.

• 도파민dopamine : 행동, 인식, 동기부여, 보상, 중독, 수면, 기분, 학습과 관련 있음.

• 노르에피네프린norepinephrine : 교감신경과 관련되어 경계 및 각성, 우울, 공포 및 불안과 관련 있음.
  

• 세로토닌serotonin : 우울 및 불안과 관련있음.

• 엔케팔인enkephaline과 엔도로핀endorphin : 내인성 아편 물질

• 글루타메이트glutamate : 대표적인 흥분성 신경전달물질

• 가바gamma-amino butyric acid (GABA) : 대표적인 억제성 신경전달물질, 부족시 경련, 떨림, 불면증 발현

03. 인공지능의 미래를 어떻게 볼 것인가

뇌를 정복하는 국가가 세계를 정복할 거라고들 합니다.(3강 기억찾기 서울대학교 생명과학부 강봉균 교수) 기억이 없다면 우리에게 과거와 미래는 없다고 하는데요. 우리가 해야할 기억을 인공지능이 대신 해주는 건 아닌지 모르겠습니다. 우리가 기억하는 아주 단편적인 기억, 사고만으로는 왠지 자아를 지켜주지 못할 것만 같아요. 뇌를 통해서 알아내는 것들은 인간이 왜 그럴 수밖에 없었는지 그 근거를 찾아가는 여행과도 같았습니다. '이럴만한데는 이럴만한 이유가 있었어.' 뭐 그런식으로 이야기가 구성되어 있었어요. ^^; 많은 연구가 있었고, 진행중이지만, 이 '뇌'라는 녀석은 아직 제대로 파악되지 못한 상태라고 합니다.

우리가 우리인 이유는 우리가 배우고 기억하기 때문이다.

- 2000년 노벨 생리의학상 수상자 에릭 켄들 -

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뇌에 대해서 알고 싶었는데 저는 뇌의 어떤 부분이 궁금했는지... 그 범위조차도 좁히지 못하고 책을 급마무리 지었습니다. 다 궁금한 이야기였지만, 다 궁금한 것도 아니었어요. 이상하죠. 뇌를 이고지고 다니지만, 뇌를 한번도 기능적으로 생각한적이 없고, 어떻게 관리한다는 차원이 아니잖아요. 한 몸이었고, 영혼이 있다면 그 영혼마저도 한 몸이라고 생각했어요. 따로 떼어놓고 생각해본적이 없는 것이라서 뇌를 이해하면서도 이해할 수가 없었어요. 우리가 뇌를 얼만큼 사용하고 뇌신경의 영향으로 우리는 사고하고 판단내리고 행동할 수 있는 것이라고 하는데... (생각의 끝은 안드로매다...) 질문하게 되었어요. '그래서요?' 그 사실은 알아서 우리는 어떤 액션을 취해야 할 것만 같은데 그럴 수 없음을 느끼기도 했어요. 당장 진화할 수 없음이고 진화란 많이 낳아서 낳은 자손이 다시 많이 낳아서... 끝없이 이뤄짐을 알 뿐이었습니다. ^^;

뇌가 정보를 처리하는 방식은 개인마다 다르다고 합니다. 그래서 자기에게 맞는 방식으로 기억을 촉진하는 방법을 개발하는 것이 좋다고 해요. 저는 어릴때 시각적인 영향에 더 반응했던 것 같아요. 지금 세대는 어쩌면 더 시각적인 영향을 받았겠다 싶네요 ^^; 저는 텍스트로 이해하는데 무척 어려움이 있어요. 아직도 그렇습니다. 텍스트를 바로 이해하기 어려워요. 가소성을 생각한다면 더욱 많이 읽어야겠다 싶네요.

단순기억에 관여하는 부분들에서는 노화가 상대적으로 빨리 일어나고, 일상에서의 일들이나 언어 사용 능력같은 것은 거의 인생의 마지막까지 별로 떨어지지 않는다고 합니다. 신속한 반응은 느려지지만 리더쉽을 발휘할만한 능력이나 언어력은 나이가 들수록 더 안정적이고 깊어진다고 합니다. 그래서 노화가 되어도 걱정없이 책을 많이 읽고 써야겠구나 생각했어요. 조금은 집중해서 읽지 못했어요. 너무 갑작스레 많은 정보가 부담스러웠어요. ^^;

1강 '뇌, 신비한 세계로의 초대'에서는 뇌는 무엇이며, 어떻게 구성되고 어떤 역할을 하는지 / 2강 '인간의 뇌는 과연 특별한가'에서는 인간의 뇌를 다른 동물과 비교 / 3강 '기억 찾기'에서는 기억은 우리 삶에 어떤 의미가 있는지 / 4강 '뇌를 읽다. 그리고 마음을 읽다' 에서는 딱딱한 두개골로 둘러싸여 그 구조와 기능을 쉽게 볼 수 없는 뇌를 촬영하는 뇌영상술을 / 5강 '자아의 탄생'은 의식에 대한 것 / 6강 '영화속에서 뇌과학을 보다' 에서는 우리가 쉽게 찾아볼 수 있는 영화 속에 등장하는 뇌질환을 통해 뇌의 기능에 대해/ 7강 '착각하는 뇌(라야한다)' / 8강 '시냅스, 생쥐 그리고 정신질환'에서는 뇌의 단순한 기능과 복잡한 기능에 대해 살펴보고, 뇌발달 장애인 자폐에 대해 / 9강 '진화, 뇌를 여는 열쇠'에서는 신경 과학이 그동안 갖지 못했던 이론적 틀을 제공하는 진화적 관점을 살펴보았습니다.