거의 모든 생명체는 학습을 한다. 학습이란 생명체가 환경에 적응해나가기위한 필수적인 요건이다.
물통 속에 들어있는 문어에게 붉은 구슬과 흰 구슬을 상하로 움직이면, 문어는 어느 한 쪽을 달려든다. 붉은 구슬 뒤에는 보상으로 생선토막이 감추어져있다. 흰 구슬에 닿으면 벌로써 찌릿하게 전기 쇼크가 걸리도록 장치를 해두면 , 문어는 스무 번쯤의 경험으로 이 '게임'의 룰을 완전히 터득하여 붉은 구슬 쪽으로만 간다. 이렇게 훈련된 문어가 들어 있는 물통 옆에 또 하나의 물통을 놓고 여기에도 문어를 넣어 서로 볼 수 있게 한다. 후자의 문어는 훈련시키지 않는다. 그저 훈련된 문어가 네 차례정도 붉은 구슬에 달려드는 것을 보여줄 뿐이다. 관객인 문어는 옆의 문어가 한번, 두 번, 구슬에 닿기를 거듭함에 점점 깊은 관심을 보이고, 차츰 눈과 머리로 그 움직임을 쫓게 된다. 그리고 한시간 뒤, 지금까지는 관객으로써 게임을 보고있던 문어에게 붉은 구슬과 흰 구슬의 게임을 시켜본다. 물론 이번에는 보수도 없다. 그러므로 이 문어가 그 자리에서 훈련을 받아 어느 쪽 구슬을 선택할 리는 없다. 그런데 놀랍게도 훈련을 받은 적이 없는 문어가 오로지 붉은 구슬에만 매달리는 것이다. 멋진 흉내내기다. 게다가 이 흉내내기는 단단히 몸에 배어있어 , 5일이 지난 뒤에 게임을 시켜보아도 똑같은 구슬에만 매달렸다. 자신이 학습하는데는 20회나 반복이 필요했지만, 흉내내기는 겨우 네 번으로 족하니 이처럼 좋은 일도 또 있을까?.이런 류의 꾀를 부리고 오는 동안에 현명해진 것이 우리인류가 아니가 하는 생각도 든다.1)
이렇게 학습된 내용은 과연 어디에 저장되는 것일까? 대붑분의 현대인들과과학자들은 우리의 두뇌에 이러한 내용들이 저장될 것이라는 데에 의심의 여지가 없다고 생각한다.
그래서 인간의 정체성이 그 인간의 정보의 총합이라고 볼 때 뇌야 말로 인간의 정신을 대표하는 곳이라고 생각하고 있다.
영국 런던 대 세미르 제키 박사는 2,000년 7월5일 과학전문지 뉴 사이언티스트 최신호에서 사랑에 빠진 사람은 뇌 특정 부위 네 곳의 활동이 두드러지게 나타난다며 이 때문에 이른바'사랑 병'이 생겨나게 된다고 밝혔다. 제키 박사는 깊은 사랑에 빠진 남녀들의 뇌를 촬영한 결과 이 같은 사실이 확인되었다고 말했다. 제키 박사는 6개월 혹은 1년 전부터 사랑에 빠진 17명(여자11명, 남자6명)을 뽑아 사랑하는 이성 또는 동성의 친구사진을 보여주었을 때는 대뇌피질의 내측 섬과 전대상, 대뇌 기저핵 두 곳 등 모두 네 부위에서 활발한 혈액흐름을 관찰했다. 이같은 변화는 남녀간의 차이가 없었다.
대뇌피질의 내측섬은 뇌의 감각기능과 연관이 있고 전대상은 황홀감에 빠지게 하는 약을 투여했을 때 반응하는 부위이다. 대뇌 기저핵은 중독과 연관이 있는 부위로 알려져 있다. 제키 박사는 "이 네 부위의 기능을 생각하면 사랑에 빠졌을 때 나타나는 증세가 이해 될 것"이라고 말했다. 연구에 참가한 앤드릿어 바텔스 박사는 "뇌 검사를 통해 누가 누구를 정말로 사랑하는지 확인할 수 있을 것"이라고 밝혔다.2)
또한 많은 뇌환자들의 수술과 연구사례들은 뇌가 인간의 모든 정신활동을 주관하는 곳이라는 주장을 뒷받침해준다. 또한 이들 학자들은 뇌의 신경에 기억을 저장하는 장치들이 있다고 주장한다. 최근 들어 우뇌와 좌뇌의 역할들이 밝혀지고 뇌의 각 부분마다 특별한 역할과 기능을 한다는 사실들이 속속들이 밝혀지고 있다.
만약 기억이 뇌에 저장되고, 그 기억을 끄집어내어 필요한 곳에 사용하는 것이 학습이라면 학습이란 주입식 교육이 되어야만 당연할 것이다. 냉장고에서 무엇인가 끄집어내려면 무엇인가를 먼저 집어넣어야만 하는 것이 아닐까? 따라서 이 이론에 따르면 태어난 후 얼마나 다양하고 많은 정보들을 주입식으로 차곡차곡 두뇌의 각 세포에 저장하여 주느냐가 곧바로 좋은 두뇌나 감정을 가진 인간으로 만들 것 같은 착각을 일으킨다.
이 생각은 대부분의 성인들에게 널리 퍼져 있으며, 보다 빨리 보다 많은 정보를 아이들의 머리에 주입해 주는 것이야말로 아이들의 두뇌나 정서발달에 많은 도움이 되리라는 환상을 불러일으키면서 주입식교육의 대표적인 예라고 볼 수 있다. 뇌에 대하여 이러한 생각을 가지고 있다면 우리의 무의식은 보다 더 똑똑한 어린이를 만들기 위해 무엇인가를 끊임없이 뇌에 주입시키려고 할 것이다.
만약에 특정 부위나 특정세포에 기억이 저장된다면, 두뇌의 크기가 크면 반드시 머리가 좋아야하며, 인간보다 훨씬 몸집이 큰 고래나, 코끼리는 절대적인 크기로 보면 인간보다 뇌의 크기가 크기 때문에 영리해야만 하는 것이 아닌가? 일반적으로 신경해부학자가 얘기하는 표준으로는 고래의 뇌가 우리 것보다 크다. 고래의 대뇌피질은 인간과 마찬가지로 복잡하고 그 세포 층도 분명히 분화되어있다.3) 냉장고의 용량이 커야 보다 많은 음식을 저장할 수 있을 것이 아닌가? 네안다르탈인은 현생인류인 크로마뇽인보다 뇌의 크기가 컷었다.4)
뇌의 크기가 크다는 것은 곧 지능이 높다는 증거는 아니다. 네안데르탈인은 뇌파를 사용하여 통신하는 기술이 발달되어있었다는 주장도 있다.5) 물론 뇌의 크기가 크면 기억의 용량이 클 수 있기 때문에 학습에 유리하다고도 볼 수 있으며 현실에서도 실제 두뇌가 큰사람은 영리하다. 인간의 두뇌는 상대적으로 조류나 어류, 파충류 또는 다른 포유류에 비하여 월등히 큰 용량을 가지고 있다.
둘째로 우리의 기억이나 생활이 모두 오감과 인지영역의 총체적으로 이루어지고 있으며, 총체성을 어떻게 부분으로 나누어 저장할 수 있느냐는 문제가 발생하며, 그것을 어느 방면의 인지인지 구별할 수 없는 경우도 너무 많다는 것이다. 사과밭에 들어간 경험을 저장한다고 하자. 그곳에서 우리는, 동시에 총체적인 경험을 하게된다. 향긋한 냄새, 붉은 색, 초록색, 지나가는 풀벌레, 자동차소리, 바람소리, 옆 사람과 어떤 대화, 맑은 하늘, 나무결의 촉감, 사과의 맛, 이 모든 것들이 서로 분리 할 수없이 밀접하게 연결되어있는 경험인데 어떤 식으로 분리되어 각각의 영역에 저장될 수 있을까?
현재 유전자의 기능에 관해서 1%정도밖에 밝혀지지 않았다. 현대 과학기술의 발달 중에서 미개척 분야가 있다면 바로 인간의 양 귀 사이의 두뇌 부문이다. 인간의 뇌 구조는 1조의 뇌 세포에 1천억 개의 활동적인 신경세포로 되어 있다. 1천억 개의 세포를 가능한 모든 방법으로 연결한다면, 놀라운 창조 능력을 발휘할 수 있다.
두뇌는 어떻게 작용하는가? 좌뇌와 우뇌는 서로 다른 방식으로 정보를 처리한다. 하지만 좌뇌와 우뇌는 3억 개의 신경세포로 연결되어 있다. 두뇌 안에는 3개의 두뇌가 있다. 뇌의 하단부인 뇌간은 호흡과 생리적 작용을 조절한다. 뇌의 중간인 변연계는 감정을 통제하는 정서적 두뇌이다. 마지막으로 뇌의 상단인 피질은 생각하고 말하고 판단하고 창조하는 기능을 통제한다. 두뇌를 찍은 전자 체내 방사능 분포 사진을 보면 두뇌의 각기 다른 부분들이 서로 다른 유형의 정보들을 각각 어떻게 처리하고 있는가를 볼 수 있다.
일반적으로 좌뇌는 언어, 논리, 수학 등의 학문적 학습부분을 다룬다. 우뇌는 리듬, 음악, 그림, 상상력 등 예술적 활동을 다룬다. 그러나 단순하게 두 개 영역으로 나누어진 것이 아니다. 2개의 두뇌는 뇌량으로 연결된다. 뇌량은 3억 개의 뉴런으로 이루어진 매우 복잡한 전환 시스템이다. 이 시스템은 외부에서 들어오는 메시지를 균형있게 받아들이면서 추상적이고 전체적인 그림을 구체적이며 논리적인 메시지와 함께 연결한다.
어린이가 태어날 때의 뇌의 무게는 400그램 정도라고 한다. 그런데 6개월이 지나면 2배의 무게가 되고 7,8세가 되면 어른무게의 95%정도가 된다는 것이다. 이와 같은 무게의 증가는 뇌세포의 증가에 의한 것이며 생후 3세 까지를 제 1단계, 4.5세에서 7세 까지를 제 2단계, 그리고 10세까지를 제 3단계로 구분하는 학자도 있다.6)
대뇌는 뇌의 대부분을 차지하며 뇌 전체의 80%에 해당한다. 대뇌피질은 여러 감각기관을 거쳐 들어온 정보를 판단하며, 지혜, 사색, 기억능력 등의 터전이다. 대뇌는 좌우 두 쪽으로 나누어져있다. 두 대뇌는 신경섬유 다발로 된 뇌량에 의해서 연결된다. 대뇌 양쪽 중앙부에는 신경 세포군이 뭉쳐서 된 한 쌍의 시상이 있어 신체각부에서 들어오는 감각정보를 접수하는 일을 한다. 이 시상은 각 정보 중에서 중요한 것만을 선택하여 정신을 집중할 수 있도록 조정하고, 또 대뇌피질에서 나오는 명령을 근육으로 전달한다. 뇌의 일부인 연수 안에는 신경의 교차점이 있고 이 교차점에서 몸 오른편에서 들어오는 모든 전기자극은 좌뇌로 전달하고 몸 왼편에서 오는 자극은 우뇌로 전달한다. 마찬가지로 우뇌에서 나온 명령은 이 교차점에서 몸의 왼편으로 전해지고 좌뇌에서 나온 명령은 몸의 오른쪽을 지배한다.
2-4세의 아이에게 여러 가지 자동차의 모양을 보여주고 이름을 가르쳐 주면 멀리 있는 차의 형태만 보고도 정확하게 차의 종류를 알아맞힌다. 어른은 미세한 형태의 변화를 잘 보지 못하지만 어린아이들은 그런 미세한 형태변화를 인지할 수 있다. 어른은 보통 개념, 즉 문자의 형태로 차 이름을 좌뇌로 사물을 받아들이지만, 어린아이들은 미세한 형태를 지각하는 우뇌로 사물을 받아들이기 때문이다.7)
그렇다면 뇌의 어떤 세포에 기억은 저장 되는 것일까? 그러나 매우 유감스럽게도 뇌에는 기억을 하기위한 세포가 없다. 우리 몸에서 정보를 기억하는 장소는 세포속에있는 유전자 이다. 그러나 뇌세포도 신체세포와 동일한 유전자를 지니고 있다. 만약 뇌의 세포에 새로운 정보가 기록된다면 뇌세포의 어디부분일까? 신경다발 속에 저장되는 것일까? 1920년대부터 뇌 신경학자들은 '앤그램'이라고 불리는 가상의 정보저장 장소가 있을 것으로 추정하였으나, 지금까지도 앤그램을 발견했다는 기록은 없다.
그리고, 많은 기계론자들은 초음파 검사나 MRI등을 통하여 보면 생각에 따라 뇌가 작동하는 위치가 달라진다는 것을 증거로 뇌에 정보가 저장되고있다고 주장한다. 그러나 뇌의 어느 부분이 작동을 한다고해서 반드시 그곳에 정보가 저장된다고 확신할 수 있을까? 우리가 텔레비젼을 보고 있다고 하자. 텔레비젼 화면에 수많은 정보가 나타나면서 텔레비젼의 부속들은 작동한다. 그렇다면 텔레비젼의 부속 속에 텔레비젼의 정보가 저장되어있는 것일까? 다음은 기계론자들이 주장하는 뇌에 정보가 저장된다는 주장들이다.
① 측두엽
어떤 환자의 경우, 측두엽을 자극하자 마자 "아, '오 마리',오 마리8)'의 노래다. 누군가 노래하고 있다"고 말했다. 팬필드는 거기서 일단 자극하는 것을 중지하고, 좀 시간이 지난 다음 다시 같은 장소를 자극해 보았다. 그러자 같은 노래의 뒤가 들려온다" 라고 말했다는 것이다. 전기기억에 의한 노래의 기억이 되살아난 것이다. 더욱이 시간이 경과에 따라 그것은 재생된 것이다. 또 한사람의 환자는 측두엽에 전기자극을 주니 보이고 있는 광경이 갑자기 멀어져서 작게 되거나, 소리가 갑자기 크게 들리게 되었다.
또 전기 자극에 의해 이른바 '기시체험(旣視體驗)이 일어나, 지금체험하고 있는 것을 이전에도 보거나 듣거나 생각했던 일이 있었다고 착각한 케이스도 있었다. 측두엽의 장애로 심한 간질병을 앓는 MM이라는 여성 환자도 오른 쪽의 측두엽에 약한 전기 자극을 받자 매우 구체적인 기억이 되살아났다. 측두엽의 어느 장소를 자극하니 낯익은 사무소의 정경이 되살아났다. 우선 책상이 눈에 들어왔다. 그리고 연필을 가진 누군가가 이 책상에 기대고 그녀를 불렀다. 조금 장소를 비켜 측두엽을 자극하니 그녀가 직장에서 코트를 걸고 있는 정경이 떠올랐다. 매초 40회에서 80회 전류를 흐르게 하는 것만으로 이처럼 구체적이고 모순이 없는 기억이 되살려지는 것에서, 어떤 종류의 기억은 측두엽에 저장되는 것이라는 설이 생겨났다. 이 설의 타당성은 최근의 MRI, PET를 사용한 연구에 의해서도 확인되고 있다.
간질병 치료의 목적으로 측두엽에 있는 해마라는 부위를 양쪽 다 절제한 케이스로, 이런 환자는 가끔 심한 기억장애에 빠진다. 가장 자세하게 기록되어 있는 것은 조립라인에서 공원으로 일하는 HM씨다. 그는 1953년 9월 펜실바니주 하트포드에서 외과의 빌 스코빌의 수술을 받아 측두엽의 중앙부가 절제되었다. 그가 29세 일이다. 그 뒤 14년에 걸친 관찰결과 브랜더 밀러에 의해 1968년에 정리 발표되었다. 수술 뒤 HM씨는 새로이 뭔가를 전혀 기억할 수 없게 되었다. 병원의 직원들과 보통대화를 할 수 있는데도 매일 만나고 있는 그들을 기억하지 못한다. 그런 반면 그는 자기이름은 기억하고 있었다. 언어의 사용법도 제대로이고, 아이큐는 112로 수술 전에 측정한 104보다 오히려 높게 나왔다. 결국 HM씨에게 상실된 것은 단기기억을 장기기억으로 변환시키는 힘이 아닌가 한다.9)
②A10 신경
A10 신경은 가장 중요한 장소를 통과한다. 마음에 있어서 가장 중요한 장소는 '지'를 만드는 대뇌 신피질의 전두엽과 측두엽, '정'을 만들어내는 대뇌 번연계와 대뇌 기저핵, 그리고 '의'를 만들어내는 뇌간의 시상하부이다. A10 신경의 신경섬유는 이상하게도 뇌간 (중외)을 나와 마음에 있어서 가장 중요한 3곳만을 통과하고 있다. 100억을 넘는 인간의 뇌신경세포 중에서 A10 신경은 인간의 마음에 이어서 중요한 장소에 널리 분포하고, 쾌감을 만들어내고, 감정으로부터 마음의 원천이 되는 중요한 신경이다. 게다가 A10 신경은 하등한 무척추 동물의 시대부터 있었던 무척추신경(전류속도는 매초 0.5미터)이며, 그것의 특징으로 되어있다.
그래서 인간에 있어서 A10 신경이 가장 중요한 이유를 알기 위하여 A10 신경의 인간의 뇌내의 경로를 찾아가 보자. A10 신경의 신경세포(세포체)는 (생명의 뇌)인 뇌간의 상부, 중뇌라는 곳의 배 쪽<앞 부분, '복측피개야'라는 곳>에 모여있다. 다시 말하면 여기에 14,000개(도파민을 분비하는 것이 약 9000개)의 신경세포가 모여, 하나의 신경핵 모양을 만들고 있다. 뇌내에는 이러한 신경핵이 많이 있고 각각 서로 다른 기능을 맡고있고, 결국 뇌는 이 신경핵이 모여있는 곳이다.10)
A10 신경의 신경섬유는 중뇌를 나와 뇌간 속에서 바로 위에 있는 시상하부라는, 뇌간 속에서도 호르몬이 주로 활동하는 원시적이고 중요한 뇌로 들어간다. 시상하부는 작은 뇌(약 5그램)이지만 인간에 있어서도, 동물에 있어서도, 살아가려는 기본적인 욕구, 특히 식욕과 성욕이 발동되는 곳이다. 중뇌를 지나 시상하부의 외측 부분을 다수의 신경다발을 만들어 통과하고 그 위의 대뇌로 들어간다. 시상하부를 통과한 A10 신경섬유는 대뇌 번연계로 들어간다. 편도핵이라는 아몬드형의 조그만 타원체로 들어간다. 그리고 측두엽과 편도핵이 감싸고 있는 피질로 들어간다. 해마를 통과한다.
A10 신경이 직접기억과 학습에 모두 관계하고 있다. 인간의 정신회로의 요체가 되는 A10 신경에는 2가지 종류가 있다. 전두전야 등 최고급의 대뇌피질로 향하는 '중뇌 전두전야 A10 신경'과 그 이외의 곳으로 향하는 '중뇌 번연계 A10 신경'이다. 예일대학의 마이클 J. 반논은 A10 신경 중에서 직접 마음을 창출시키는 전두전야로 가는 A10 신경(중뇌 전두전야 A10 신경)에만 '오토 리셉터'가 결여되어 있는 것을 발견했다. 오토 리셉터는 자기수용체를 의미한다.11)
③ 해마
J.J킴과 M.S.판세로우는 쥐를 이용하여 해마에 기억이 저장되는 기간을 조사했다. 그들은 쥐를 상자에 넣어 부저를 울리고, 이어서 전기쇼크를 가하는 시련을 여러 번 겪게하는 실험을 했다. 전기쇼크로 '조건부'를 하면, 부저 소리를 듣는 것만으로도 쥐는 공포를 기억하게 된다. 즉 소리가 난 것만으로도 쥐는 움추르고 움직이지 않게 되어 버린다. 이것을 '움추림 반응'이라고 부른다.12)
뇌의 어떤 부분에 손상을 입으면, 그 환자는 외설스러운 말을 내뱉고 싶은 강한 충동이 일어나서 외설적인 용어, 불경스러운 언사, 음탕하고 추잡한 말들을 끝없이 찾아낸다.13) 이러한 종류의 주장들은 뇌의 특정부위에 특정한 기억들이 들어있다고 강변한다. 그러나 이러한 주장들에 대하여 많은 의문점이 도출되고 있다. 뇌가 치명적인 손상을 입은 경우에도 무엇을 기억하는 것은 어떻게 설명할 수 있을까? 의식은 우리가 무엇을 배우는 과정에서 과거의 기억과 새로운 경험을 어떻게 융화시킬 수 있을까?14)
다음주에는 홀로그램우주론에서 보는 뇌에 관하여 생각해 보자.
1) 야마모토 다이스케 저, 이규은 역《뇌와 기억의 수수께끼》p11, 종 문화사, 1997, 서울,
2) 중앙일보,2,000년 7월7일
3) 도널드 그리핀 저, 안신숫 역《동물은 무엇을 생각하는가》p98, 정신세계사, 1994, 서울
4) 털없는 원숭이》
5) 일반적으로 두뇌가 크면 머리가 좋은 이유는 두뇌의 저장용량이 커서가 아니고 두뇌가 더 넓은 안테나의 반경을 가지기 때문 일 수도 있다.
6) 한국 미술교과교육학회《유아 미술교육학》P234, 학문사, 1999, 서울
7) 上同, PP 93-94
8) '오! 마리' 라는 팝송의 제목이며, 오!마리를 반복하는 가사의 부분이다.
9) 야마모토 다이스케 저, 이규은 역《뇌와 기억의 수수께끼》pp66-68, 종문화사,1997,서울
10) 오키 고스케저,김수용, 하종덕 역《뇌로부터 마음을 읽는다》p42, 전파과학사,1996,서울
11) 上同, pp44-49
12) 야마모토 다이스케 저, 이규은 역《뇌와 기억의 수수께끼》p80, 종문화사, 1997, 서울,
13) 진 스타인, 캠던 버네러스 저《두뇌경영》p40, IBS, 1997, 서울
14) 上同, p45
<출처 : http://hidol.net/>
