고도의 통합이 뇌 속에서 이뤄지기 위해서는 뇌 속의 회로 배선이 매우 복잡하고 정확해야 한다. 그렇다면 뉴런의 연결이 어떤 경우에 가장 많아질 수 있을까? 뇌의 구성 요소가 살아 있는 세포라는 사실을 다시 상기해 보자. 많은 다른 세포체(cell body)에 개별적으로 닿고 전달되는 축삭의 끝부분들이 실처럼 연장되면서 자라날 때 뉴런 연결의 수가 최고로 증가한다. - P195
축삭의 방전은 축삭 나무의 말단 가지들로 이동한다. 이렇게 이동한 신호는 다른 세포체에 닿음으로써 수용된다. 또한, 신호 전달은 세포체뿐만 아니라 수상 돌기(dendrite)가 축삭 나무의 말단과 연결되는 방식으로도 가능하다. - P195
전체 신경 세포를 축소된 오징어라고 상상해 보자. 한 묶음의 촉수들(수상 돌기)이 그 몸통으로부터 뻗어 나와 있다. 한 촉수(축삭)는 다른 촉수들보다 훨씬 더 길다. 그리고 그 촉수의 말단으로부터 더 많은 촉수들이 가지를 치고 나온다. 메시지는 오징어 몸통과 짧은 촉수들에 접수되어 긴 촉수를 따라 다른 오징어에 전달된다. 말하자면, 뇌는 1조 마리의 오징어가 함께 연결되어 있는 것과 같다. - P195
세포 간 연결 ㅡ좀 더 정확히 말해 연결점과 그 연결점 들을 분리하는 초미세 공간ㅡ 을 우리는 시냅스(synapse)라 부른다. - P195
전기 방전이 시냅스에 이르면 그 방전은 말단 가지의 끝부분으로 하여금 신경 전달 물질을 방출하도록 한다. 이때 방출되는 화학 물질은 수용 세포 내에서 방전을 일으키거나 방전을 일으키지 못하게 만든다. - P195
각 신경 세포는 축삭의 말단부에 위치한 시냅스를 통해서 신호를 수많은 다른 세포들에 전달하고 세포체와 수상 돌기에 있는 많은 시냅스를 통해서는 신호를 입력받는다. 각각의 경우에 신경 세포는 축삭을 따라 다른 세포들에 충격을 가하거나 가만히 내버려 둔다. 이 두 가지 반응은 신경 충격을 준 모든 세포들로부터 받은 신경 전달 물질의 총합에 따라 달라진다. - P196
전체 뇌의 활동, 즉 의식적 마음에 의해 경험된 각성과 일시적 기분은 수많은 시냅스를 적시고 있는 신경 전달 물질들의 수준들에 심대한 영향을 받는다. - P196
신경 전달 물질들 중에서 가장 중요한 것은 아세틸콜린, 노르에피네프린(norepineprin), 세로토닌 그리고 도파민이다. 그밖에는 아미노산 감마아미노부티르산(r-aminobutyric acid, GABA)이 있으며 놀랍게도 기본적인 기체인 산화질소도 있다. - P196
어떤 신경 전달 물질은 자신이 접촉하는 뉴런을 흥분시키지만 다른 것들은 억제한다. 신경 체계 내부의 회로 위치에 따라 영향력을 행사하는 물질들도 있다. - P196
태아와 영아의 신경 체계가 발생하는 동안에 뉴런들은 마치 오징어의 촉수가 성장하듯이 축삭과 수상 돌기를 세포 환경 속으로 확장시킨다. - P196
뉴런들이 만드는 연결은 정확하게 프로그램되어 있고 그 운명은 화학적 자극이 결정한다. 각 뉴런들은 각 장소에서 신호 전달의 특수한 역할을 하도록 조화롭게 조직되어 있다. - P196
축삭은 몇백만분의 1미터나 수천분의 1미터 정도까지만 뻗어나갈 수도 있다. 수상 돌기와 축삭 나무 말단부는 수없이 다양한 모양을 가질 수 있다. 예컨대, 이파리가 다 떨어진 겨울나무같이 성길 수도 있고 펠트 융단처럼 촘촘할 수도 있다. - P196
순기능과 아름다움은 같이 가는 법이다. - P196
"밝은 색의 나비를 쫓는 곤충학자처럼 나는 복잡 미묘하고 우아한 형태를 가진 세포, 즉 영혼의 신비로운 나비를 회색 물질의 정원에서 사냥하고 있었다. 그 나비의 날갯짓은 언젠가 ㅡ그 누가 알랴?ㅡ인간 정신의 비밀을 우리에게 알려줄지도 모른다." _산티아고 라몬 이 카할 - P197
뉴런 체계들은 신호를 받고 중계하는 네트워크를 이룬다. 그 체계들은 다른 복합체들과 교신함으로써 체계들의 체계를 만들고 쌍방향의 회로를 형성한다. 이것은 마치 뱀이 자기 꼬리를 물 듯 맞물려 있는 꼴이다. - P197
각 뉴런은 다른 많은 뉴런들의 축삭 나무 말단부들에 접촉되어 있고 그 뉴런이 활성화될 것인지는 마치 민주주의 국가의 국민 투표처럼 결정된다. - P197
신경 세포는 마치 모스 부호 체계처럼 띄엄띄엄 점화하는 방식으로 메시지를 외부에 전달한다. 세포가 만드는 연결들의 수, 신호의 전달 양상 그리고 사용되는 신호에 따라 그 세포가 뇌의 전체 활동에 어떤 역할을 하는지가 결정된다. - P197
당신이 호미니드의 뇌를 설계하려고 한다면 또 다른 최적 설계 원리를 관찰하는 것이 중요하다. 그것은 정보 전달이 특수화된 기능들을 충족시키는 뉴런 회로들이 집합체로서 함께 자리 잡을 때 향상된다는 점이다. 신경생물학자들에 따르면 감각 중계소, 통합 중추, 기억 모듈 그리고 감정 통제 중추 등이 진짜 뇌에서 그러한 집합체에 해당된다. - P197
신경 세포체들은 층이라 불리는 평평한 집합소 내에 모여 있고 핵을 에워싸고 있다. 대부분의 신경 세포체들은 뇌의 표면이나 그 근처에 자리하고 있다. 그것들은 축삭들로 서로 엉켜 있을 뿐만 아니라 더 깊은 곳에 존재하는 뇌조직과 연결되어 있는 다른 세포체들과도 연결되어 있다. 그 결과, 다량의 세포체들로 인해 표면은 회색이나 밝은 갈색을 띠고 뇌의 안쪽 부분은 축삭의 미엘린 수초 때문에 흰색을 띤다. - P198
인간은 지금까지 존재했던 큰 동물들 중에서 몸 크기에 비해 뇌용량이 가장 큰 동물일 것이다. 영장류의 한 종으로서 인류의 뇌는 틀림없이 물리적 한계점에 이르렀거나 그것에 가까이 가 있다. - P198
심지어 어른 뇌 크기조차도 공학적으로 보았을 때 위험하다. 왜냐하면 머리는 깨지기 쉽고 그 내부에는 뼈와 살이 복잡 미묘한 방식으로 균형을 이루고 있으며 게다가 그 사이에 액체가 차 있기 때문이다. 따라서 그 속에 있는 뇌는 손상되기 쉬울 수밖에 없고 그로 인해 인간은 쉽게 정신을 잃기도 하고 뇌와 관련된 장애로 고통받기도 한다. - P198
인간은 태어날 때부터 물리적으로 폭력적인 접촉을 피하려고 한다. 우리 조상이 야만적인 힘과 지성을 맞바꾸었기 때문에 우리는 더 이상 송곳니로 무장한 적을 붙잡고 때려눕힐 필요가 없다. - P198
뇌의 용량이 이렇게 본래부터 제한되어 있다면 의식적 사고를 만들어 내기 위해 필요한 고차원의 통합 체계와 기억 은행을 두개골 속을 집어넣으려면 묘수가 있어야 한다. 실현 가능한 유일한 방법은 뇌의 표면적을 증가시키는 것이다. - P198
넓은 종이에 세포들을 뿌려 놓고 그것을 구겨서 공 모양으로 만들어 보자. 인간의 대뇌 피질은 표면적이 1,000제곱인치 정도의 종이와도 같다. 그 대뇌 피질은 1제곱인치당 수백만 개의 세포체로 쌓여 있고 종이접기와 같이 꾸불꾸불하게 접히고 뭉쳐져서 1리터 정도의 두개골 공동 속에 쏙 들어간다. - P198
우리가 어떤 좋은 것을 소유하고 있건 그것은 길고 지난한 진화의 역사를 통해 얻어낸 것이다. 인간의 뇌는 4억 년간 이뤄진 시행착오의 증인이다. 그리고 그 흔적은 화석 기록과 분자계통학적 분석을 통해 추적할 수 있다. - P199
분자생물학적 상동 관계를 따지는 분자계통학에 따르면 어류, 양서류, 파충류, 초기 포유류 그리고 인간을 제외한 모든영장류가 거의 공통적으로 소유하고 있는 서열들이 존재한다. 마지막 단계인 인간에 와서 뇌는 언어와 문화에 적합하게끔 급진적으로 도약했다. 하지만 이것은 텅 빈 두개골 속에 최신 컴퓨터를 이식하는것과는 다르다. 왜냐하면 뇌에는 과거가 있기 때문이다. - P199
과거의 뇌는 원래 본능의 운반자로서 조직되었는데 새로운 부분들이 조금씩 추가되는 과정을 거치면서 진화했다. 새로운 뇌는 옛날 뇌의 기능을 그대로 유지하면서 다른 기능들을 추가했다. 그렇지 않았다면 생명은 다음 세대까지 살아남을 수가 없었을 것이다. 그 결과 인간 본성이라는것이 생겨났다. - P199
동물적 기교와 감정을 물려받기는 했지만 정치와 예술의 열정을 합리성과 함께 묶어 낸 천재. 우리는 생존의 새로운 장치를 창조하기 위해 이런 천재가 되었다. - P199
열정과 이성이 밀접하게 연결되어 있다 - P199
감정은 이성을 당혹케 만드는 무엇이 아니라 오히려 이성을 위해 꼭 필요한 부분이다. - P200
진보는 사소한 발견과 조심스러운 추론을 통해 이뤄지는 법이다. - P200
인간 뇌는 어류에서 포유류에 이르는 척추동물 전체에서 발견되는 세 가지 원시적인 구역을 보존하고 있다. 능뇌(能腦, hindbrain), 중뇌(中腦, midbrain), 전뇌(前腦, forebrain)가 그것이다. 뇌간으로 지칭되는 능뇌와 중뇌는 부풀어 오른 전뇌를 떠받치고 있다. - P200
능뇌는 뇌교(腦橋, pons), 연수(延髓, medulla), 소뇌(小腦, cerebellum)로 구성되어 있다. 이것들이 공동으로 호흡과 심장 박동과 신체 움직임을 조절한다. 중뇌는 잠과 각성을 통제하며 청각 반응과 지각을 부분적으로 조절한다. - P200
전뇌의 중심에는 감각 정보의 통합과 전달뿐만 아니라 감정적 반응들을 조절하는 교통 통제소인 변연계(limbic system)가 있다. 전뇌의 핵심 부분은 편도체(감정), 해마(기억, 특히 단기 기억), 시상하부(기억, 온도 조절, 성적 충동, 배고픔, 목마름) 그리고 시상(온도 의식, 냄새를 제외한 모든 감각, 고통 의식 그리고 몇몇 기억 절차의 중재)이다. - P201
전뇌는 대뇌 피질을 포함하고 있는데 이것은 진화의 역사를 통해 성장하고 확장되어 결국 뇌의 다른 부위를 덮어 버렸다. 의식의 일차 소재지로서 전뇌는 감각 기관을 통해 만들어진 정보를 저장하고 대조한다. 전뇌는 자율 운동을 지휘하고 말하기 능력과 동기 부여를 포함하는 상위 기능들을 통합한다. - P201
이 세 가지 구획ㅡ능뇌와 중뇌를 합한 것. 변연계, 대뇌 피질ㅡ의 핵심 기능들은 다음과 같은 순서로 명확히 요약될 수 있다. 심박(heartbeat), 심금(heartstrings) 그리고 냉철(hearttless). - P201
의식 경험의 자리는 전뇌의 한 부분에 국한되어 있지 않다. 정신 활동의 상위 단계는 전뇌의 여러 부분들에 퍼져 있는 회로들을 통해 구현된다. 가령 색깔을 보거나 그것에 대해 이야기할 때 시각 정보는 망막의 원추세포와 중간 신경 세포로부터 시상을 통해 뇌의 뒷부분에 있는 시각 피질로 전달된다. - P201
정보가 각 단계에서 암호화되고 새롭게 통합된 후에 그 정보는 뉴런 점화 패턴을 통해 외측 피질의 언어 중추를 향해 퍼져 나간다. 결과적으로 우리는 빨간색을 보고 "빨갛다." 라고 말한다. 만일 이 현상을 생각한다면 그 패턴과 의미의 연결은 더 늘어나야 하고 따라서 뇌의 활성 부위는 더 넓어진다. 그 연결이 더 새롭고 복잡할수록 이런 확산 활성의 양은 더 늘어난다. 그런 경험을 통해 그 연결이 더 좋아지면 좋아질수록 그것은 점점 자동화된다. 그래서 동일한 자극이 이후에 들어오면 새로운 활성은 줄어들고 그 회로는 좀 더 예측 가능해진다. 결국 이런 절차는 ‘습관‘이 된다. - P202
기억 형성 경로들 중 하나에서는 감각 정보가 대뇌 피질에서부터 편도체, 해마, 시상 그리고 전전두피질(이마 바로 뒤에 있다.)로 전달되고 다시 저장을 위한 피질의 원래 감각 영역으로 전달된다. 암호는 이런 과정을 통해 해독되고 뇌의 다른 부분들에서 들어오는 입력에 따라 변경된다. - P202
신경 세포가 워낙 작기 때문에 상당량의 회로는 매우 협소한 공간내에 묶일 수 있다. 뇌의 기저부에 있는 주요 중계 · 통제소인 시상하부는 대략 리마콩(강낭콩의 일종)만 하다. (다른 동물들의 신경계는 이보다 훨씬 더 작다. 예를 들어 모기를 비롯한 작은 곤충들의 뇌는 비행에서 짝짓기까지 복잡한 일련의 본능 행동들을 수행하기 위한 정보를 담고 있지만 육안으로는 거의 볼 수 없을 정도로 작다.) - P202
인간 뇌의 특정 회로의 교란은 종종 기이한 결과들을 낳는다. 대뇌 피질의 옆면과 뒷면을 차지하고 있는 두정엽(頭頂葉, prietal lobe)과 후두엽(後頭葉, occipital lobe) 밑면의 특정 부위가 손상되면 실인증(prosopagnosia) 이라고 불리는 희귀한 증상이 나타난다. 실인증 환자는 사람의 얼굴을 보고 그 사람을 알아보지는 못하지만 목소리를 들으면 그 사람을 기억할 수 있다. 또 특이하게도 그 환자는 얼굴이 아닌 다른 대상들을 시각적으로 인식하는 데 문제가 없다. - P202
자유 의지를 생성하고 지각할 때 활성화되는 뇌의 중추가 있을 수도 있다. 지금까지 알려진 바로는 전방 대상 고랑(anterior cingulate sulcus) 내부나 적어도 그 근처에 있는 것처럼 보인다. 그 부위에 손상을 입은 환자들은 자기 자신의 복지에 대한 주도권과 관심을 잃는다. 그들은 매순간 집중하지는 못하지만 압력을 받을 때에는 생각하고 반응한다. - P203
다른 복잡한 정신 작용들도 뇌의 많은 영역들이 관여함으로써 발생하는데 특정 부위에 교란이 생기면 치명적인 손상을 입는다. 측두엽 간질 환자는 종종 과종교증過宗敎症, hyperreligiosity)을 보인다. 예컨대 크든 작든 모든 사건들에 우주적 의미를 부여하는 경향을 보인다. 그들은 또한 자신들의 비전을 비전문가 수준에서 시, 편지, 소설 등의 형태로 표현하려는 강박증, 즉 과묘사증(過描寫症, hypergraphia)을 보이기도 한다. - P203
감각통합에 사용되는 신경 회로도 상당히 특수화되어 있다. 피험자가 동물의 사진에 이름을 붙이는 과정을 PET 영상으로 촬영하면 피험자의 시각 피질은 물체 외양의 미묘한 차이를 가려낼 때와 동일한 활성 패턴을 보인다. 반면 피험자가 조용히 연장이 그려진 사진들에 이름을 붙이면 신경 활성은 손의 움직임과 행동 단어들 ㅡ 가령, 연필에 대해서는 "쓰다."와 같은 ㅡ 과 연관된 피질 영역으로 전이된다. - P203
마음은 의식 경험과 잠재 의식 경험의 흐름이다. 마음의 뿌리에는 감각 인상의 암호화된 표상과 기억 그리고 감각 인상의 상상이 있다. - P204
마음을 구성하는 정보는 방향과 크기를 지시하는 벡터 암호를 통해서 저장되거나 쉽게 검출된다. 가령 어떤 맛은 각각 달다. 짜다. 시다의 정도를 표현하는 신경 세포들의 활동들을 합함으로써 분류할수도 있다. 만일 뇌가 각각의 맛을 10단계로 구분해 평가할 수 있도록 설계되어 있다면 우리는 10×10×10=1,000개의 맛, 즉 물질을 구분해 낼 수 있을 것이다. - P204
의식은 그러한 암호화 네트워크가 병렬 처리되는 과정이다. 1초에 40번의 주기로 신경 세포의 동기화된 발화를 통해 많은 의식들이 연결되어 있다. 이런 과정 때문에 다중 감각 인상의 내부 지도 그리기가 동시적으로 이뤄진다. - P204
몇몇 인상은 신경계 밖의 계속적인 자극에 의해 주어진 것으로 실재를 표상하지만 다른 것들은 피질의 기억은행에서 회상되는 것들이다. 이 모든 것들이 합해져서 시나리오를 창조하는데 이 시나리오는 실제로 시간에 따라 이리저리 흘러 다닌다. 그 시나리오들은 가상현실이다. 그것들은 외부 세계의 일부와 거의 일치할 수도 있지만 완전히 분리될 수도 있다. 그 시나리오들은 과거를 재창조하고 앞으로 하게 될 생각과 행동을 위한 선택 가능한 대안들을 구축한다. 또한 조밀하고 세밀하게 분화된 뇌 회로의 패턴을 구성한다. - P205
외부로부터의 입력에 완전히 개방되면 그 시나리오들은 감각 기관의 감시를 받는 몸의 활동들까지 포함한 환경의 모든 부분들에 잘 대응한다. - P205
뇌 안에서 누가 혹은 무엇이 이 모든 활동들을 감시하는가? 어떤 이도, 어떤 것도 그렇게 하지 않는다. 뇌의 어떤 영역도 그 시나리오를 볼 수는 없다. 그것들은 그저 존재할 뿐이다. 의식은 이 시나리오들로 구성된 가상 세계이다. - P205
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