일상적이지만 절대적인 뇌과학지식 50

▣ 출판사서평

우주에서 가장 복잡한 물질, 뇌
인류는 이제 막 뇌의 본성을 알아가기 시작했다!

우리가 우리 뇌를 바라보다

2016년 3월, 세계의 이목은 바둑판에 쏠렸다. 인간의 뇌와 인공의 뇌가 바둑판에서 어떤 대결을 보일까에 대한 관심이었다. 대국 전 사람들은 대부분 인간의 낙승을 예상했지만 결과는 석패. 하지만 사람들은 이 과정에서 인간이 가진 뇌의 미래에 대한 무한한 가능성을 보았고 이러한 관심은 최근 시작된 ‘세계 뇌주간’을 거치면서 진지한 호기심으로 발전해 나가고 있다.

뇌는 1,000억 개에 달하는 신경세포로 불과 1,000분의 1초 만에 정보를 전달하는, 우리 몸에서 가장 강력하고 신비로운 기관이다. 그 신비를 파헤치기 위해 과학자들은 수십 년 동안 연구와 실험을 거듭했고 최근에 이르러서야 뇌가 생각과 행동, 기억, 심지어는 자의식까지 지배하는 방법이 조금씩 밝혀졌다.

뇌 연구 초기에는 정확하지 않은 정보들도 많았다. 예컨대 골상학은 머리의 형태와 성격을 연결 지은 19세기 연구 분야로 당대에는 큰 영향력을 발휘했지만 결국 사이비 과학으로 밝혀졌다. 지금도 크게 다르진 않다. 왼쪽 뇌가 논리를 담당하고 오른쪽 뇌가 창의성을 담당한다는 등의 근거가 빈약한 이야기들은 여전히 교육이나 기업경영에 상당한 영향을 끼치고 있다.

《일상적이지만 절대적인 뇌과학지식 50》은 낡은 개념을 새로운 증거로 재정립하고 최근에 밝혀낸 정보까지 아울러서 뇌과학을 관통하는 중요한 개념을 일목요연하게 정리한 책이다. 저자가 서문에서 밝힌 것처럼, 인류가 지난 100년 동안 뇌에 관해 밝혀온 것을 압축해 고스란히 담았다고 할 수 있다.

뇌가 나를 지배한다

내가 나인지 어떻게 알 수 있을까? 우리는 자신이 몸 안에 자리 잡고 있다고 느끼며, 몸이 자신의 것이라고 인식한다. 이처럼 신체 인식이 생기는 것은 자아의 일부인 것과 아닌 것을 뇌가 구분해 신체 소유의식을 불러일으키기 때문이다. 소유의식은 뇌가 신체에서 오는 시각·촉각·고유감각 정보를 통합해 신체의 역동적인 표상을 만들어 생겨난다. 이른바 오래된 연장을 자아의 일부로 여기는 것으로 시각장애인이 지팡이로 ‘촉각’을 대신하는 것도 같은 맥락이다.

자유의지도 신체를 인식하는 데 중요한 요인이다. 자유의지란 스스로 자기 신체를 통제하고 자신의 행동에 책임진다는 감각으로 이는 오랫동안 철학자들의 주된 논쟁거리였다. 최근 뇌과학은 자유의지가 착각에 지나지 않을지도 모른다고 말한다. 우리가 행동을 의식적으로 결정하기 전에 뇌가 이미 그 행동을 준비하고 있다는 연구가 이어지고 있다. 우리의 결정은 우리가 의식하지 못하는 뇌의 메커니즘에 따라 이미 정해져 있다는 것이다. 한 실험에서는 참가자들이 여러 단추 중 어떤 단추를 누를지 스스로 의식하기 10초 전에 뇌 운동영역 활동에 따라 60퍼센트 정확도로 예측할 수 있음을 발견했다. 이는 자유의지에 대한 고전적인 개념과 정면으로 배치된다. 하지만 이들 연구는 여러 가지로 해석될 여지를 남겨두며 아직 논란의 중심에 서있다.

만들어지는 뇌

가난이 뇌 발달과 장래의 행동 패턴에 강력한 영향을 미칠 수 있다는 사실은 알려진 지 몇 년 되지 않는다. 빈궁한 환경에서 자라는 어린이는 정신적 자극을 충분히 받지 못할 수 있고 따라서 어린 시절에 극심한 스트레스를 받을 수 있다. 이러한 영향은 뇌의 발달을 저해해 학업 성적이 떨어지는 등 아이의 미래에 문제가 될 소지가 있다. 2005년 이후 진행된 여러 연구 사례가 이를 뒷받침해준다. 저소득층 어린이는 언어, 기억, 시각·공간 능력 등 모든 인지발달지수가 중산층 어린이보다 일관되게 뒤처졌다.

이 격차는 뇌 구조 및 기능의 변화와 관련이 있었다. 최근 연구에서 드러난 바로는 저소득층 어린이의 경우 집행기능 및 작업기억에 관여하는 전전두피질의 활동이 특이한 양상을 보이는데 이는 주의력 결핍과 밀접한 연관이 있다. 또 다른 연구에서는 저소득층 어린이가 상대적으로 회백질 밀도가 낮다는 것이 밝혀졌다. 이러한 뇌의 변화는 훗날 우울증, 충동조절 장애 및 성격장애, 알코올 남용을 겪을 가능성을 높일 수 있다.

되돌릴 기회는 있다. 외롭고 궁핍한 환경에서 자란 설치류의 환경을 개선하면 뇌 발달 수준이 나아질 수 있음이 밝혀졌다. 이처럼 어린이에게도 충분한 영양과 다양한 정신적 자극을 제공하면 신경세포의 후성유전적 변화를 통해 빈곤의 부정적 효과를 적어도 얼마간은 되돌리거나 늦출 수 있다. 1,200명 이상을 대상으로 한 최근 연구에서는 빈곤이 건강에 미치는 부정적인 영향을 어머니의 따뜻한 보살핌으로 얼마간 상쇄할 수 있음이 드러났다.

뇌과학이 가져올 미래

뇌에 있는 신경줄기세포는 알츠하이머병, 파킨슨병, 척수손상, 뇌졸중 등 다양한 신경질환 치료를 위해 이용할 수 있다. 지금 연구자들은 신경줄기세포를 연구실에서 배양해 특정한 종류의 신경세포로 성숙시킨 뒤 뇌에 이식하는 방법을 연구하고 있다. 전기 및 자기 자극을 뇌 치료에 적극적으로 활용하는 움직임도 일고 있다. 뇌 특정 부분에 가느다란 전극을 심거나 전극이 들어 있는 모자를 써서, 특정 영역의 신경세포 활동을 조정하는 것이다. 뇌의 힘으로 외부 장치를 제어하는 뇌-컴퓨터 인터페이스도 중증 마비 환자들에게 큰 도움이 될 전망이다. 전극을 뇌에 삽입한 한 환자가 로봇 팔에 지령을 내려 물병을 잡고 입 쪽으로 당겨서, 빨대로 물을 마셨다는 사례도 보고되었다. 물론 이런 뇌활용 기술에는 아직 걸림돌이 많지만 그 가능성은 무궁무진하다.

반면 뇌 기술이 발달함에 따라 비판도 불거지고 있다. 이른바 ‘머리 좋아지는 약’이라 불리는 지능향상제는 안전성에 대한 우려와 함께 불공정한 지적 불평등을 초래할 수 있다는 목소리도 나온다. 주로 도파민 전달 체계에 효과를 발휘하는 이 약들은 현재 인터넷으로 쉽게 살 수 있고 학자와 전문가들 사이에선 복용이 빠르게 늘고 있다고 한다. 뇌를 촬영해 사람이 보고 있는 장면을 영상으로 재구성할 수 있는 뇌 촬영기술도 정신적 사생활을 침해에 할 수 있다는 비판에서 벗어나기 힘들다.
그래서 뇌과학에는 윤리적 고민이 반드시 따라야만 한다. 신경윤리학은 뇌과학의 발전으로 말미암은 윤리적인 문제를 광범위하게 다루려 한다. 예컨대 앞서 말한 지능향상제의 허용이나 뇌 촬영의 사생활 침해 문제, 뇌 검사를 기반으로 한 강제 예방 조치, 뇌 손상이 있는 범죄자의 경감 문제 등 수많은 윤리적 난제들을 풀어가야 할 것이다.

뇌과학은 이처럼 우리 일상에 빠르게 스며들고 있으며 그것이 일으킬 파고는 예측하기 어려울 정도다. 그래서 지금 뇌과학을 둘러싼 오해와 잘못된 평가도 적지 않다. 뇌과학의 필요와 관심이 커지는 지금, 《일상적이지만 절대적인 뇌과학지식 50》은 뇌과학의 본질은 물론 사회적 의미와 한계를 환기할 것이다.

▣ 작가 소개

저 : 모헤브 코스탄디
Moheb Costandi
분자 및 발달신경생물학을 공부했으며, 현재 신경과학에 관한 프리랜서 과학필자로 활동 중이다. 그의 저술은 『BBC 포커스BBC Focus』지와 』테크놀로지 리뷰Technology Review』, 『더 사이언티스트The Scientist』 등에 실린 바 있다. 또한 『더 가디언The Guardian》에도 정기적으로 기고하고 있으며, 평판 있는 블로그 ‘뉴로필로소피Neurophilosophy’의 필자이기도 하다.

역 : 박인용
서울대학교 국문학과를 졸업한 후, 시각문화사 편집장 업무를 시작으로 건축 잡지와 과학 잡지, 출판사의 전집물 기획 편집 등에 관여하였다. 지금은 전문 번역가로 활동 중이며, 옮긴 책으로는 『마오쩌둥』,『세상을 보는 지혜』,『에코 에고이스트』,『파일로 밴스의 고뇌』,『미쏠로지카』,『평양의 이방인』,『미쏠로지카』,『비발디의 처녀들』,『이상한 나라의 언어씨 이야기』,『보통의 독자』,『전세계 1% Girl들의 비법 노트』,『과학의 발견』,『우주여행』,『우리의 지구』 등이 있다.

감수 : 정용
연세대학교 의과대학을 졸업하고 동 대학원에서 박사학위를 받은 후, 세브란스 병원에서 신경과 전문의 과정을 마쳤다. 삼성서울병원과 미국 플로리다 대학교에서 전임의 과정을 거쳐 현재 KAIST 바이오및뇌공학과 교수, KAIST 헬스사이언스연구소 소장 및 삼성서울병원 신경과 외래 교수를 겸직하고 있다. 네트워크적 관점에서 뇌 기능을 이해하고, 이를 통해 뇌 질환을 진단하고 치료하는 방법을 찾고 있다. 신경과학회, 뇌기능매핑학회, 임상신경생리학회가 수여하는 우수연구상을 받았다. 저서로는 《1.4킬로그램의 우주, 뇌》(공저), 《생물학 명강 3》(공저) 등이 있다.

▣ 주요 목차

들어가는 말

뇌와 자아
01신체 인식
02자유의지
03남녀의 뇌
04성격
05뇌손상 환자
06거울신경세포
07커넥톰
08체화된 인지
09의식의 극장
10의식장애

사고 과정
11주의
12작업기억
13학습과 기억
14정신적 시간여행
15기억 (재)응고
16의사 결정
17보상과 동기부여
18언어 처리
19집행기능

역동적인 뇌
20세포 이주와 신경섬유 성장
21세포사
22시냅스 가지치기
23신경가소성
24사춘기
25스트레스와 뇌
26뇌의 노화
27신경퇴행

신경계의 구조와 기능
28신경계
29신경세포
30신경교세포
31신경 임펄스
32시냅스전달
33감각지각
34운동
35뇌 지형도
36뇌의 전문 영역
37뇌의 비대칭

도그마를 벗어나
38성체 신경형성
39후성유전
40디폴트 모드
41뇌파 진동
42예측오차

새로운 기술과 도전
43신경줄기세포
44뇌 자극
45인지 강화
46뇌 촬영
47해독
48뇌-컴퓨터 인터페이스
49신경과학과 법
50신경윤리학