뇌 과학의 모든 역사

뇌 과학의 모든 역사 - 인간의 가장 깊은 비밀, 뇌를 이해하기 위한 눈부신 시도들
매튜 코브 지음, 이한나 옮김 / 심심 / 2021년 9월

 

선사시대에서 현대까지 인간은 뇌를 어떻게 이해해왔는가?

인간의 가장 깊은 비밀, 뇌를 이해하기 위한 눈부신 시도들

푸른숲에서 출판하고 이한나 님이 옮긴 매튜 코브 교수님의 <뇌 과학의 모든 역사>는 인간이 뇌를 탐험해온 여정을 담고 있다. 책이 가지고 있는 근원적인 기능이 지식의 취합과 정보의 전달이라는 면에서 이 책은 대단한 역작이다. 한 분야에 관해 인간이 성취한 길을 소개하는 것과 동시에 뇌 과학의 현재를 이야기하며 미래는 예단한다.

저자인 매튜 코브 교수님은 맨체스터대학교 생명과학부 교수·동물학자. 후각의 작용 기제, 곤충의 행동, 과학의 역사를 주로 연구한다. 셰필드대학교에서 심리학과 유전학으로 박사학위를 받았다. 2021년 유전학의 중요한 주제를 폭넓게 해석하여 대중에게 흥미롭게 전달한 뛰어난 학자를 선정하는 JBS홀데인 강연상을 수상했다.

이 책은 지금은 잊힌 이들을 포함하여 뛰어난 천재들이 어떠한 과정을 거쳐 뇌가 생각을 만들어내는 기관이라는 사실을 규명하고 본격적으로 뇌의 기능을 증명하기 시작했는지, 그 수백 년간의 발견을 이야기한다.

인간은 수십억 개의 세포들이 활동하는 뇌를 통해 생각한다는 것은 당연한 사실로 받아들인다. 적어도 현재는 말이다. 하지만 선사시대와 역사시대를 통틀어 우리가 남긴 기록을 살펴보면 인간은 감정의 근원을 심장에서 찾았다.

지금도 ‘가슴 깊이 새기다’, ‘가슴이 찢어지다’라는 말에서 알 수 있듯이 감정의 표현하는 말에는 뇌보다는 가슴이 잘 어울린다.

고대의 위대한 사상가 아리스토텔레스는 생각의 근원이 심장에 있다고 주장했다. 그는 심장은 우리가 감정을 느끼는 동시에 활동량이 변화하지만 뇌는 별로 하는 일이 없다고 지적했다.

고대 철학자들은 생각이 근원이 심장인지 뇌인지 고민하기 시작했다.

알렉산드리아는 해부가 허용되었기에 해부를 통해 뇌와 신경계에 대해 매우 중요한 발견을 할 수 있었다.

결정적으로 감정의 근원이 뇌라는 사실을 알아낸 사람은 고대 로마의 갈레노스였다. 서기 162년, 갈레노스는 검투사들의 상처를 치료하고 인체에 관한 지식을 쌓았다. 결정적으로 돼지의 경동맥 양측을 지나는 후두 신경을 묶자 돼지는 울음소리를 내지 못했다. 하지만 심장을 움켜쥐고 뛰지 않게 했지만 돼지는 계속해서 울부짖었다. 이 잔인한 실험은 당시 사람에게 충격을 주었고 사람들은 뇌가 생각의 중심이라는 사실을 확신하게 되었다.

980년 이븐 시나는 신경이 뇌 또는 척수에서부터 시작한다는 갈레노스의 주장을 받아들였다. 10세기에 활동한 마주시는 뇌는 정신활동을 하는 개체에서 가장 주요한 기관이고, 뇌 내부에는 기억, 추론, 지능이 자리하고 있으며 뇌를 통해 힘, 감각, 수의운동 능력이 신체 곳곳에 배분된다고 주장했다.

마주시는 세 개의 공동, 즉 뇌실이 심장에서 생성되어 혈액을 타고 뇌로 이동한 복수의 동물혼으로 채워져 있다고 주장했다.

15세기의 르네상스와 과학혁명은 유럽의 문화와 기술이 빠른 속도로 변하게 했다. 1543년 안드레아스 베살리우스의 <사람 몸의 구조>는 어떤 문헌보다도 인체 해부에 대한 정확한 정보를 독자에게 제공했다.

뇌의 중요성을 강조한 영향력 있는 인물은 1630년대 데카르트다. 그는 갈릴레이의 종교 재판 결과 유죄를 선고받는 일로 자신의 사상을 발표하지 않기로 했다. 그의 저술은 유작으로 세상에 빛을 보았고, 데카르트는 우리가 행하는 행동이 신경을 타고 뇌로 올라갔다가 다시 근육으로 내려온다고 설명했다.

데카르트는 동물의 몸이 마치 기계처럼 작동하고 여기에 뇌가 핵심 역할을 수행한다고 여겼으며, 나아가 동물 기계라는 개념을 제시했다.

1665년 덴마크의 해부학자 니콜라우스 스테노는 만약 우리가 진정으로 뇌가 어떤 기능을 어떻게 수행하는지를 알고자 한다면 단순히 뇌의 구성 요소들을 개별적으로 설명하는 데 그칠 것이 아니라 뇌를 하나의 기계로 바라보며 그 작동 원리를 파악하겠다는 목적의식을 가지고 각 영역을 뜯어보아야 한다고 주장했다.

과학자들은 죽은 자의 뇌를 유심히 살피고, 살아 있는 뇌 일부를 제거하며, 신경세포(뉴런)의 전기적 활동을 기록하고, 신경 기능에 인위적인 변화를 가한 뒤 그로 인해 발생하는 놀라운 결과를 관찰하기도 했다.

19세기의 가장 위대한 과학적 업적 중 하나는 모든 유기체가 세포로 구성되어 있으며 세포는 오직 다른 세포를 통해서만 생성될 수 있으므로 생명체의 자연발생이 불가능하다는 사실을 밝힌 세포 이론의 수립이다.

 

바야흐로 생물을 이르는 기본입자를 찾아낸 것이다.

1830년대 체코의 해부학자 얀 푸르키녜가 최신식 현미경으로 인간 소뇌의 얇은 조각을 관찰하여 찾아낸 근거가 일조했다.

신경세포를 관찰하기 위해선 염색이 필수적이다. 1873년 이탈리아의 해부학자 카밀로 골지가 실험실에서 작은 사고를 일으켰다. 그는 사전에 다이크로뮴산칼륨으로 강화해둔 조직편 위에 질산은을 약간 흘리고 말았다. 그러자 두 화학물질이 반응하면서 조직이 검게 변해 엉망이 되어버렸다. 그런데 현미경으로 표본을 찬찬히 살피던 골지는 신경세포의 극히 일부만이 염색되었으며 오히려 검은 실루엣이 밝은 배경에 대비가 되면서 아주 세밀한 부분까지 구별할 수 있게 되었다는 사실을 발견했다.

골지 염색 방법으로 세포를 염색한 스페인의 신경해부학자 산티아고 라몬 이 카할은 신경세포가 완전히 연결된 게 아니고 하나하나가 따로 존재한다고 주장했다.

골지와 카할은 서로 논쟁을 벌였지만 1906년 노벨 생리의학상을 공동으로 수상했다. 골지는 노벨상을 받으면서 카할보고 사기꾼이라고 비난했다. 하지만 현미경의 발달과 더불어 카할의 주장이 사실임이 드러났다.

신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 연결되어 있다. 이렇게 신경세포와 신경세포가 연결되는 부위를 시냅스라고 부른다.

시냅스 전달의 발견은 신경들이 어떻게 기능하는지에 대한 이해도와 뇌의 작용 방식의 이해도를 높였다.

과학자들은 신경세포의 내부와 외부의 전압 차이가 있다는 사실을 발견했다. 정보는 외부에서 들어오는 전기자극을 통해 외부에 있는 신호들이 많이 모여 내부의 신호가 특정 기준을 넘으면 스파이크라는 신호가 만들어진다는 원리를 알아냈다.

1941년 맥컬록과 피츠가 발표한 블리언 로직은 뉴런이 서로 연결된 형태의 그림과 함께 기초 연산자인 ‘AND’, ‘OR’, ‘NOT’과 결합하여 연산을 가능케 하는 참 또는 거짓 진술을 바탕으로 이루어진다.

폰 노이만은 맥컬록과 피츠가 제시한 가상의 신경망을 기반으로 이진 논리적 언어의 틀에 갇혀 전선과 반짝반짝 광이 나는 조합으로 컴퓨팅 시스템과 구조와 논리적 제어방식을 구축했다.

폰 노이만의 컴퓨터는 뇌와 같다고 받아들여졌다.

앨런 튜링은 튜링 테스트를 제안하여 인간과 기계과 대화를 통해 서로 질문하고 대답하는 과정에서 상대가 기계임을 탐지할 수 없다면 이 기계는 사고할 수 있다고 하는 ‘튜링 테스트’를 제안했다.

인간의 뇌에서 관찰할 수 있는 행동과 알맞게 고안된 인공물에서 볼 수 있는 행동 사이에는 원칙적으로 아무런 차이가 없는 프로그래밍 방법을 찾는다면 기계가 뇌에서 비롯된 결과물과 구별이 불가능한 결과물을 만들어낼 수 있다고 믿었다.

이제 인간은 뇌의 원리를 활용하여 생각하는 기계, 스스로 학습하는 기계, 감정을 교류하는 기계, 자의식을 가진 기계를 만들어내기에 이르렀다.

뇌를 만져보면 물컹한 두부를 만지는 느낌이라고 한다. 마치 1.5kg의 작은 근육 덩어리다. 우리의 뇌는 인간이 우주의 원리에 대해 생각하고 자신과 닮은 인공지능을 가진 기계를 만들게 했다.

뇌 과학의 역사를 들여다보는 것은 매우 흥미진진한 여정이었다. 지금도 뇌를 연구하는 수많은 과학자는 뇌의 분석하기 위해 노력하고 있으며 그들은 지금 우리가 가지고 있는 정보를 유물로 만들 발견을 할 것이다.

- 이 글은 출판사에서 도서를 지원받아 주관적으로 작성하였습니다.

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