라마찬드란 박사의 두뇌 실험실

 

---

두뇌 실험실

저자

빌라야누르 라마찬드란, 샌드라 블레이크스리 지음

출판사

바다출판사 | 2007-01-18 출간

카테고리

과학

책소개

“두뇌의 입장에서 보면 다 이해됩니다” 겉으로는 멀쩡해 보이는 ...

---

 

 

- 거짓된 사실은 과학의 진보에 매우 유해하다. 왜냐하면 이들은 매우 오래 지속되기 때문이다. 그러나 거짓된 가설은 전혀 무해하다. 모든 사람들이 그것의 거짓을 증명하는 유익한 즐거움을 누릴 수 있기 때문이다. 그리고 그 목적이 달성되고 나면, 오류로 향하는 길이 봉쇄되는 동시에 보통은 진리로 향하는 길이 열린다. (다윈)
1. 두뇌속의 유령들
- 뉴런들이 시냅스라 부르는 곳에서 다른 뉴런들과 접촉하고 있음. 각 뉴런은 수천에서 수만에 이르는 시냅스를 통해 다른 뉴런들과 접촉함. 시냅스는 액을 분비해 자극하고, 다른 시냅스는 액을 분비해 흥분을 가라앉히는 엄청나게 복잡한 과정이 진행됨. 모래 한알 크기의 두뇌조각에는 10만개 정도의 시냅스가 들어 있으며, 이들 모두는 서로에게 말을 하고 있음. 이 숫자를 기초로 두뇌의 가능한 상태의 수(이론적으로 가능한 활동들을 서로 결합하거나 변환시킬 수 있는 숫자)는 우주를 구성하는 미립자의 총 개수를 넘어섬. 이런 복잡성을 가정할 때 두뇌의 기능을 이해하려면 어디서 시작해야 할까? 물론 그 기능을 이해하려면 신경계의 구조를 이해하는 것이 핵심임.
2. 갑작스러운 신체의 상실을 두뇌는 어떻게 극복하는가?
3. 최초의 성공적인 환상사지 절단 수술
- 존이 그의 환상팔을 움직이려고 하면 두뇌의 앞쪽 영역은 명령을 내려보냄. 두뇌는 이 부위는 팔이 없다는 것을 모르기 때문. 물론 존이라는 사람은 의문의 여지 없이 그 사실을 알고 있음. 그런데 두정엽이 이 명령을 계속 감시하고 있으므로, 이 명령을 동작으로 느끼게 됨. 이것이 환상팔에 의해 수행되는 환상동작임. 따라서 환상사지 경험은 최소한 두개의 출처에서 나오는 신호에 의존하는 것처럼 보임. 첫째가 리매핑임. 얼굴과 팔쭉지에서 오는 감각입력이 손에 대응하는 두뇌 영역을 활성화시킨다는 것을 기억할 것. 둘째, 운동중추가 매번 없어진 팔에 신호를 보낼 때마다, 명령에 대한 정보는 동시에 우리의 신체상을 갖고 있는 두정엽으로 보내짐. 이 두곳에서 오는 정보가 하나로 수렴되는 바로 그 시점에 역동적이고 생동적인 환상팔에 대한 상이 생겨남. 그리고 이 상은 팔의 움직임에 따라 게속적으로 갱신됨. 실제 팔의 경우에는 세번째 정보출처가 있음. 관절, 인대, 근육방추에서 오는 신경자극이 그것임. 물론 환상팔에는 이들 조직과 거기서 나오는 신호가 없음. 이상하기 하지만, 이런 사실이 팔이 움직인다고 두뇌가 잘못 생각하는 것을 막아주지는 않음. 최소한 절단후 처음 몇달 혹은 몇년간은 그러함.
- 학습된 마비는 더욱 광범위한 현상일 수 있음. 가령, 이는 뇌졸중에 의해 실제 팔다리가 마비된 사람에게도 일어날 수 있음. 사람들은 뇌졸중 후에 왜 팔을 사용하지 못하게 되는가? 두뇌에 혈액을 공급하는 혈관이 막히면, 두뇌 앞쪽에서 척수로 뻗어 있는 신경섬유에 산소공급이 끊기고 손상이 일어남. 그 결과 팔이 마비됨. 그런데 뇌졸중의 초기단계에 두뇌가 부풀어 오르면서 일부 신경이 죽음. 또 다른 일부 신경들은 말하자면 일시적 실신상태에 빠져 연락이 단절된 상태에 놓이게 됨. 이 기간 동안에 팔은 움직이지 않으며, 두뇌는 팔이 움직이지 않는다는 시각적 피드백을 받게 됨. 환자의 두뇌는 부기가 가라앉은 다음에도 일종의 학습된 마비에 빠질 가능성이 있음.
- 거울 실험은 필립의 오른편 두정엽에 서로 상반된 신호가 주어졌을 때, 그의 마음이 일종의 부정에 호소했음을 암시함. 시각적 피드백은 그의 팔이 다시 움직이고 있다고 말하고, 그의 근육은 거기에 팔이 없다고 말함. 곤경에 빠진 두뇌가 이 기이한 감각적 갈등을 해소하는 유일한 길은 다음과 같이 말하는 것임. '아예 팔을 없애버려라. 팔은 존재하지 않는다.' 그리고 이와 함께 그의 팔꿈치에 있던 통증도 사라지는 엄청난 보너스를 받게 됨.
- 평생 당신은 당신의 자아가 안정적이고 영속적인 하나의 신체에 정박해 있다고 가정해 왔음. 최소한 죽기전까지는 그럴 것이라 생각함. 신체에 대한 자아의 충성은 일종의 공리처럼 여겨짐. 따라서 여기에 의문을 품거나 찬찬히 생각해 본적은 없을 것이다. 신체상은 겉으로 영속적인 것으로 보이지만, 실제로는 간단한 속임수에 의해 크게 뒤바뀔 수 있는 일시적인 만든 내적 구성물에 불과함. 당신의 신체상은 후손들에게 당신의 유전자를 성공적으로 물려주기 위해 일시적으로 만들어 놓은 껍질에 불과함.
4. 두뇌는 어떻게 세상을 보는가?
- 두뇌는 우리가 사는 세계가 무질서하거나 혼돈스럽지 않다는 사실을 이용함. 말하자면 세계는 지속적인 물리적 성질을 가짐. 진화의 과정을 거쳐서, 그리고 부분적으로는 어릴 적 학습의 결과로서, 이들 지속적 성질은 세계에 관한 가정이나 숨겨져 있는 지식의 형태로 두뇌의 시각영역에 통합되어 있음. 이들은 지각의 애매성을 제거하기 위해 이용됨. 가령, 표범의 점과 같이 조화를 이루면서 함께 움직이는 일군의 점들은 대개 하나의 대상에 속하는 것임. 그러므로 일군의 점이 함께 움직이는 것을 보면, 시각체계는 이것들이 우연히 함께 움직이는 것이 아니라 아마도 하나의 대상일 것이라는 합리적 추론을 하게 됨. 그리고 바로 이것이 우리가 보는 것임. 시각과학의 아버지라고 할 수 있는 독일의 물리학자 헤르만 폰 헬름홀츠는 지각을 무의식적인 추리라고 했음.
- 1차시각피질에서 표시된 것을 바라보는 조그마한 사람은 존재하지 않음. 대신 이 지도는 잉여적이고 쓸모없는 정보들을 대량으로 폐기하고, 가장자리와 같은 시각 이미지의 특정 속성을 강조하는 일종의 분류/편집 사무실과 같은 역할을 담당함. (이것이 만화가들이 윤곽이나 가장자리를 묘사하는 몇개의 간단한 선을 이용해 생생한 그림을 그릴 수 있는 이유임. 만화가는 우리의 시각체계가 전문화되어 있는 바로 그 일을 모방하고 있음.) 이렇게 편집된 정보는 30개 정도르 추정되는 두뇌속의 여러 시각 영역으로 중계됨. 이들 각 영역은 시각적인 세계의 완전하거나 부분적인 지도를 받게 됨. 분류사무실이나 중계라는 표현이 그렇게 적절한 것은 아님. 이들 전반부의 영역들은 매우 복잡한 이미지 분석을 수행하며, 상위시각 영역에서 대량의 피드백을 투사받음.
5. 스스로를 이해하려는 두뇌의 모험
6. 두뇌는 어떻게 왼쪽과 오른쪽을 구분하는가
- 우리가 어떤 시각적인 장면을 쳐다볼때, 이미지가 망막의 수용체를 자극하고 일련의 복잡한 사건의 연쇄를 일으키면, 이것들이 모여 최종적으로 세계에 대한 지각이 이루어짐. 눈에서 오는 메시지는 먼저 시각피질이라는 두뇌 두편의 영역으로 보내짐. 거기서 두정엽의 어떻게 경로와 측두엽의 무엇 경로라는 두개의 경로를 따라 중계됨. 측두엽은 개별적인 대상을 인식하고 이름을 붙이는 일에 관계하며, 대상들에 대해 적절한 감정으로 반응하게 함. 두정엽은 외부세계의 공간적 배치를 분간하는 일에 관계하며, 공간속을 움직이거나 대상을 향해 손을 뻗게 하고 날아오는 것을 피하거나 내가 어디에 위치하는지를 알게 함. 특히 오른쪽 두정엽이 손상된 무시환자에게서 발견되는 여러 특이한 증세들은, 측두엽과 두정엽의 노동분업을 통해 거의 대부분을 설명할 수 있음. 만일 혼자서 돌아다닌다면, 공간의 왼쪽과 거기서 일어나는 모든 일에 주의를 기울이지 않을 것임. 심지어 그는 왼쪽에 있는 대상에 부딪히거나 울퉁불퉁한 바닥에 걸려 넘어지기도 할 것임.
- 우리는 좌반구가 언어의 다양한 측면에 전문화되어 있음을 알고 있음. 반면에 우반구는 감정이나 전면적이고 전체론적인 감각처리에 전문화되어 있음. 시각의 전체론적인 성격에 대한 우반구의 역할을 감안하면, 우반구는 왼쪽과 오른쪽의 전체 시야를 통괄하는 폭넓은 주목의 탐조등을 가지고 있어야 함. 아마도 좌반구는 언어와 같은 다른 것들을 처리하느라 매우 바쁠 것임. 이런 이색적 배분의 결과, 좌반구가 손상을 입으면, 탐조등을 상실하지만, 우반구가 그것을 상쇄해줌. 우반구의 탐조등은 전체 세계를 비추기 때문. 하지만 우반구가 손상을 입으면 전체적인 탐조등을 상실하고, 좌반구의 탐조등은 그것을 보완해 줄 수 없음. 좌반구의 탐조등은 단지 오른쪽에 국한되어 있기 때문. 이는 무시가 왜 우반구에 손상을 입은 환자에게만 발견되는지 설명해줌.
7. 왜 두뇌는 변명에 익숙해졌을까
- 좌반구는 말하는 소리를 실제로 만들어내는 일뿐만 아니라 말에 구문구조를 부과하는 일, 그리고 의미론과 연관된 대부분의 일에 특화되어 있음. 의미론은 의미의 파악과 관련된 것임. 반면에 우반구는 말하는 것을 통제하지는 않지만, 언어의 더욱 미묘한 측면인 은유, 상징, 애매성 등에 관계함. 이들은 초등학교에서 부적절할 정도로 과도하게 강조되고 있는 기술들임. 하지만 이들은 시, 신화, 드라마 등을 통해 문명이 진보하기 위해서는 필수적인 요소들임. 좌반구는 인간의 가장 고차적 특징인 언어의 창고이며, 생각의 대부분과 말하는 것의 전부를 수행하고 있음. 따라서 우리는 이를 주 반구 혹은 지배적 반구라고 함. 미안한 이야기지만 벙어리인 우반구는 거기에 대해서 아무런 이의도 제기할 수 없을 것임. 또 다른 특화는 시각 및 감정과 관계된 것임. 우반구는 시각의 전체적 측면과 관련되어 있음. 가령, 우반구는 시각의 전체적인 특성과 관련되어 있음. 가령 나무들을 보고 거기서 숲을 보는 것이나, 격한 상황에서 얼굴 표정을 읽으면서 적절한 감정으로 반응하는 것 등이 이와 관련되어 이음. 따라서 우반구에 뇌졸중을 일으킨 환자는 곤경에 대해서도 마치 축복을 받은 듯이 무심하며 가벼운 행복감을 느끼기도 함. 감정을 다루는 우뇌가 없을 경우에 그들은 자신이 상실한 것의 중요성이나 그 정도를 파악하지 못함. 이런 점은 자신의 마비 사실을 알고 있는 환자에게도 적용됨
- 우리가 깨어 있는 순간 두뇌는 일련의 혼란스러운 감각입력들로 넘쳐남. 이 모든 것은 우리의 정합적인 관점으로 통합되어야 함. 우리의 관점은 저장된 기억이 우리 자신이나 세계에 대해 이미 참이라고 말해주는 것들에 입각해 있음. 정합적인 행위를 하기 위해서, 두뇌는 세부적인 것들로 넘쳐나는 이런 입력들을 걸러내고, 그것들을 안정적이며 내적으로 일관된 믿음체계 속으로 통합하는 방법을 가지고 있어야 함. 주어진 증거에 비추어서 앞뒤가 맞는 이야기를 구성해야 하는 것임. 새로운 정보가 들어올 때마다 우리는 세계에 관해서 이미 존재하는 우리의 견해애 그것을 말끔하게 이어 붙임. 이런 일은 주로 좌반구에서 일어남. 그런데 이야기가 잘 들어맞지 않는 뭔가가 들어왔다고 가정하자. 이를 어떻게 처리할 것인가? 한가지 가능한 선택은 모든 대본을 찢어버리고 처음부터 다시 시작하는 것임. 자신과 세계에 대한 새로운 모형을 만들기 위해 이야기의 내용을 완전히 뒤바꾸는 것임. 그런데 위협이 되는 모든 정보들에 대해 이런 식으로 대응한다면 우리의 행동은 이내 혼란에 빠지고 불안정해질 것임. 대신에 우리의 좌반구가 선택한 것은 안정성을 유지하기 위해 비정상적으로 보이는 것을 무시하거나, 현존하는 구조에 맞게끔 왜곡해 변형하는 것임.
- 상황을 극복해가는 두 반구의 전략은 근본적으로 다름. 좌뇌의 역할은 믿음체계나 모형을 형성하고, 새로운 경험을 그 믿음체계에 덧붙이는 것임. 현재의 모형에 들어맞지 않는 새로운 정보에 직면하면 좌뇌는 현상황을 유지하기 위해 프로이드 식의 부정이나 억압, 작화증 등의 방어기제에 의존. 우뇌의 전략은 악마의 대변자 역할을 하면서, 현 상황에 의문을 제기하고 총체적인 정합성을 모색함. 비정상적인 정보가 어느 정도 쌓여 일정한 임계점에 도달하면, 우뇌는 전체모형을 완전히 수정하고 다시 시작할 시간이라는 결정을 내림. 좌뇌가 항상 원래의 방식을 고수하려 하는 반면에, 우뇌는 비정상에 대한 반응으로 쿤 식의 패러다임의 전환을 강제함.
- 프로이트의 가장 값진 공헌은 의식적 마음은 단지 겉치레일뿐이며, 두뇌에서 실제로 진행되는 일의 90퍼센트는 우리가 전혀 모른다는 점을 발견한 것임. 심리적 방어에 대해서도 프로이트가 옳았음. 초조함을 숨기는 웃음이나 합리화의 실재성에 대해서 그 누가 의심할 수 있겠는가? 놀랍게도 우리는 항상 이런 속임수를 사용하면서도 그것을 모르고 있음. 만일 누군가가 지적하면우리는 그것을 부정하려 함. 다른 사람이 속임수를 쓰는 것을 보고 있으면, 그것은 웃음이 나올 정도로 명백하게 보이며 때로는 당황스러울 정도임. 극작가나 소설가들은 이 모든 것을 너무나 잘 알고 있었음. 그러나 우리의 심리적 삶을 형성하는데 심리적 방어기제의 중추적 역할을 지적한 것은 프로이트의 공헌임. 하지만 불행하게도 이를 설명하기 위해 그가 구축한 이론체계는 너무 막연하거나 전혀 시험해 볼 수 없는 것이었음. 그는 인간의 상태를 설명하기 위해 불명료한 용어나 성에 대한 강박에 너무 자주 의존했음. 게다가 자신의 이론을 유효화할 수 있는 어떤 실험도 하지 않았음. 그런데 우리는 이런 메카니즘이 부정환자들을 통해 바로 눈앞에서 전개되는 것을 목격할 수 있었음. 우리는 지그문트 프로이트와 안나 프로이트가 묘사했던 자기기만의 다양한 목록을 만들어내고, 각각의 분명하고 강화된 사례들을 확인할 수 있었음. 나는 그 목록들을 살펴보고 심리적 방어기제의 실재성과 그것이 인간본성에서 담당하는 중추적 역할에 대해 처음으로 확신하게 되었음.
8. 진짜 나는 누구인가?
- 우리가 위협적이거나 성적으로 매력적인 얼굴로 인해 감정적으로 고양되었다고 하자. 이 경우 얼굴 인식 영역에서 출발하는 정보는 변연계를 거쳐 시상하부에 있는 조그만 세포 덩어리로 간다. 시상하부는 자동신경계의 명령중추임. 시상하부에서는 심장, 근육, 그리고 두뇌의 다른 영역에 이르는 신경섬유가 뻗어 있음. 이는 특정 얼굴에 반응해 적절한 신체적 행동을 취하도록 함. 우리가 싸우거나 도망치거나 짝짓기를 할 때면, 혈압이 올라가고 세포에 더 많은 산소를 공급하기 위하여 심장박동이 빨라짐. 그와 동시에 우리는 땀을 흘리기 시작함. 이는 근육에 쌓인 열을 분산시킬뿐만 아니라, 땀에 젖은 손바닥은 나뭇가지, 무기 혹은 상대방의 목을 더 잘 쥐기 위함임. 실험자의 입장에서, 땀에 젖은 손바닥은 위협적이 얼굴에 대한 감정적 반응의 가장 중요한 특징임. 우리는 상대방에 대해 내가 어떻게 느끼는지 손이 땀으로 젖는 것을 통해 무심코 드러냄. 우리는 손바닥에 전극을 달아 피부의 전기저항을 기록함으로써 이런 반응을 손쉽게 측정할 수 있음. 전기피부반응 혹은 GSR이라고 부르는 이 간단한 절차는 그 유명한 거짓말 탐지기의 근거가 됨.
9. 두뇌는 왜 신을 보았다고 믿는가
- 변연계의 출력은 주로 감정의 경험이나 표현에 연동되어 있음. 감정적 경험은 변연계와 전두엽을 오고가는 연결을 통해 조절됨. 우리가 내면적으로 느끼는 풍부한 감정은 많은 부분 이들 연결에 의존함. 반면에 감정이 외적으로 표현되기 위해서는 촘촘히 결집되어 있는 작은 세포덩어리인 시상하부가 필요함. 시상하부는 그 스스로 중요한 세개의 출력을 담당하는 통제중추임. 첫째, 시상하부 핵은 호르몬 신호와 신경신호를 뇌하수체로 보냄. 뇌하수체는 종종 내분비 오케스트라의 지휘자로 묘사됨. 이 체계를 통해 방출된 호르몬은 인간 신체의 거의 모든 부분에 영향을 미침. 둘째, 시상하부는 눈물이나 침, 땀의 생산, 혈압이나 심장박동, 체온, 호흡, 방광기능, 배변 등의 다양한 생장 및 신체 기능을 통제하는 자율신경계에 명령을 보냄. 시상하부는 이 오래된 보조신경체계의 두뇌라고 할 수 있음. 세번째 출력은 기억술에서 네개의 F라고 부르는 fighting, fleeting, feeding, sexual behavior의 실제 행동을 구동함. 간단히 말해서, 시상하부는 절박한 긴급상황에서 신체의 준비과정을 돕고 때로 유전자의 계승을 도와주는 신체의 생존중추임
- 정상적인 인구군에서 천재나 특출한 재능을 가진 사람이 간헐적으로 나타나는 것을 설명하고, 특히 진화에서 그런 능력이 어떻게 처음으로 생겨났는가 하는 성가신 문제에 대답할 수 있음. 두뇌가 어떤 일정한 크기에 도달하면, 자연선택을 통해 선택된 것은 아니지만 전혀 새롭고 예측할 수 없는 특징이나 성질이 출현할 수 있음. 혹은 창던지기, 말하기, 이동 같은 좀더 명백한 적응상의 이유 때문에 두뇌가 더 커져야 했는지도 모름. 이를 달성하는 가장 간단한 방법은 성장과 관련한 한두가지 호르몬이나 형태형성 유전자를 증가시키는 것임. 형태형성 유전자는 유기체 발달에서 크기나 형태를 변형시키는 유전자임. 호로몬이나 형태형성 유전자에 입각한 급성장은 다른 부위는 그대로 두면서 특정 부위의 크기만을 선택적으로 증가시킬 수 없음. 따라서 그 부수적인 결과로 두뇌가 전체적으로 커지게 됨. 모이랑이 엄청나게 커지면 그에 동반에 수학능력이 수십배, 수백배로 향상됨. 이 논증은 매우 일반적인 능력을 먼저 발달시키고 그 다음에 그것을 특수한 일에 활용한다는 우리의 일반적 믿음과는 상당히 다름.
10. 인간은 짐승인가, 천사인가
11. 사라진 쌍둥이를 찾아라
12. 자아는 두뇌의 어디에 존재하는가