[독서-766] 궁금했어, 뇌과학 - 신비한 우리 뇌의 모든 것

궁금했어, 뇌과학 ㅣ 사이언스 틴스 6
유윤한 지음, 나수은 그림 / 나무생각 / 2020년 12월

우리의 몸에서 뇌는 2%를 차지하고 있지만 에너지를 많이 사용하기 때문에 산소와 영양분이 많이 필요하다. 몸에 사용되는 에너지늬 20%를 뇌가 사용한다. ​

고대 사람들은 우리 몸에서 생각을 담당하는 기관이 심장이라고 생각했다. 뇌는 생명을 만드는 골수가 담긴 기관 정도로 여겼다. 그리스 철학자 아리스토텔레스도 인간의 지성이 심장에서 생긴다고 생각했다. 기원전 4세기에 그리스 히포크라테스가 인간의 지능은 뇌에서 생겨나고, 뇌가 병들면 몸에 발작이 일어날 수 있다고 주장했다. 히프크라테스는 뇌의 문제가 생기면 행동에 영향을 줄 수 있다는 것을 처음으로 밝혀낸 의사이다.​

1~2세기 그리스 의사였던 갈레누스는 인간의 뇌뿐만 아니라 원숭이, 개, 돼지와 같은 동물의 뇌를 해부해 비교하는 실험을 했다. 그가 작성한 해부학은 중세 시대를 지날 때까지 의사들이 참고하는 서적으로 쓰였다. 11세기 에스파냐 지역에 살았던 외과의사 알 자흐라위는 여러 가지 수술 기구를 발명했다. 그리고 뇌를 다친 사람들을 치료해 주었다.​

17세기에 들어와 사람들은 뇌가 우리의 몸과 연결되어 있다는 사실을 알게 되었다. 1664년에 영국 의사 토머스 윌리스는 "뇌의 해부학"이란 책을 출간했다. 윌리스는 뇌를 해부하고 온몸이 뇌를 중심으로 연결되어 있는 것을 발견했다. ​

1791년에는 이탈리아 생물학자 루이지 갈바니야에 의해 신경 세포들이 전기 신호로 정보를 주고받는다는 사실을 발견했다. 금속 접시 위에 놓인 개구리로 실험하던 중에 칼을 개구리의 다리에 대었더니 죽은 개구리의 다리가 움직였다. ​

1890년대 이탈리아 내과 의사인 카밀로 골지는 뇌의 신경 세포만을 염색하여 뇌를 이루고 있는 세로를 눈으로 확인할 수 있는 방법을 찾아내었다. 그리고 그 방법은 라몬 이 카할이라는 의사에게도 전달되었고 신경 세포를 염색한 뒤에 정밀한 현미경으로 뇌 신경 세포를 그림으로 그려냈다. 세포체를 중심으로 튀어나온 가지 돌기와 축삭 돌기를 정확하게 표현했다. 신경 세포의 모습을 보고 '밧줄'이라는 뜻을 갖고 있는 '뉴런'이라고 이름을 붙였다.​

19세기 후반부터 뇌만 연구하는 연구소가 생겨나기 시작했다. 20세기에 들어서자 신경 세포를 잘 관찰할 수 있는 현미경과 촬영 장치가 개발되었고 '뇌과학'이라는 학문이 자리를 잡게 되었다.

[독서-765] 기억하는 뇌, 망각하는 뇌 - 뇌인지과학

기억하는 뇌, 망각하는 뇌 - 뇌인지과학이 밝힌 인류 생존의 열쇠 ㅣ 서가명강 시리즈 25
이인아 지음 / 21세기북스 / 2022년 7월

어려운 학술논문을 써왔던 서울대 현직 교수인 저자가 일반인을 위해 뇌인지과학(Brain and Cognitive Science) 서적을 출간했다. 뇌인지과학은 뇌과학과 인지과학이 합성어이다. 관련 분야에서 오랫동안 탐구해온 저자는 뇌가 학습하고 기억하는 근본적인 이유와 원리를 쉽게 설명해 주고 있다. 

우리가 살면서 경험한 것들은 모두 뇌에 어떤 변화를 일으킨다. 그 변화는 기억되어 이후의 행동에 영향을 준다. 기억에도 종류가 있는데 일상생활에서 경험한 것을 기억하는 것을 일화 기억(Episodic memory)이라고 한다. 그리고 자전거 타기와 같이 무의식적으로 이루어지는 학습에 의해 형성되는 기억은 절차적 기억(Procedual memory)로 분류한다. 

일반적으로 알려진 기억의 주요 종류를 간단히 정리하면 다음과 같다.

1. 단기 기억(Short-term memory): 짧은 시간 동안 정보를 유지하는 기억. 현재 인식하고 있는 정보를 잠시 유지.

2. 장기 기억(Long-term memory): 오랜 기간 동안 정보를 유지하는 기억. 중요한 사실, 개인적인 경험, 기술, 지식 등.

3. 명시적 기억(Explicit memory): 의도적으로 기억하고 의식적으로 회상할 수 있는 정보. 사건, 장소, 사람, 단어 등을 학습하고 기억.

4. 암시적 기억(Implicit memory): 무의식적으로 영향을 받는 기억. 일상적인 행동과 습관적인 행동에 영향을 미침.

5. 공간 기억(Spatial memory): 공간을 인식하고 위치를 기억하는 능력. 집 주변 환경을 인식하거나 길을 찾는 과정을 기억.

6. 시맨틱 기억(Semantic memory): 사실, 개념, 규칙 등의 추상적인 정보를 기억. 단어의 의미나 수학적 원리를 기억.

7. 절차적 기억(Procedural memory): 특정 작업의 절차나 기술을 기억하는 능력. 자전거를 타는 방법

우리 뇌에는 850억~860억 개(거의 1000억 개)의 뉴런이 있는데 뉴런 한 개는 약 1,000~10,000개의 시냅스를 맺고 있다고 한다. 그렇게 서로 그물망처럼 매우 좁은 간격을 두고 서로 떨어져 있다. 가운데 까만 몸통 부분이 핵이 들어 있는 세포체(cell body)이고 세포체 우측으로는 다른 뉴런으로부터 정보를 받는 수상돌기(dendrite)라고 한다. 그리고 세포에 왼쪽으로는 축삭돌기(axon)라고 하는데 다른 뇌세포에 정보를 전달하는 역할을 한다.

뉴런들은 뇌척수액 안에서 전기신호와 화학물질(신경전달물질)을 정보처리에 사용한다. 우리의 뇌는 1.5kg의 무게가 나가지만 액체 위에 떠 있어 가볍게 느껴지고 권투나 격투기와 같은 강한 충격이 아니라면 외부 충격에도 어느 정도 보호가 가능하다. 시냅스에서 일어나는 어떤 변화는 그냥 다시 원상태로 돌아가는 경우도 있지만 어떤 변화는 굉장히 오래, 길게는 평생 기억할 수도 있다. 학습을 통해 뇌가 바뀌고 행동이 바뀐다는 것은 시냅스 수준에서 돌이킬 수 없는 변화가 일어난 것이다.

우리의 뇌가 모든 정보를 영구적으로 기억하면 좋을 거 같은데 원활한 생존을 위해 잘 쓰지 않는 정보는 버리고 자주 쓰는 유용한 정보는 잘 간직해야 하는 선택을 매 순간해야 한다. 현대 과학으로는 어떻게 장기기억으로 저장하고 있는지 아직도 밝혀지지 못하고 있다. 유용한 정보를 장기기억으로 저장하는 것이 수면 시에 발생하는 것인지 수시로 발생하는지 아직 모른다. 현대 뇌인지과학에서는 신경망을 구성하는 수많은 뉴런이 보이는 특정한 활성 패턴이 곧 특정한 기억에 대응된다고 가정하고 있다.

뇌는 서로 긴밀히 소통하며 공동의 목적을 달성한다. 기저핵과 소뇌는 절차적 기억과 학습을 담당한다.  일상 속에서 자연스럽게 작동하여 무의식적으로 행동하게 한다. 대표적인 뇌질환으로 치매와 파킨슨병이 있는데 파킨슨병에 걸리면 우리 몸의 근육들을 부드럽게 움직이는 게 어렵게 된다. 그리고 치매에 걸리면 해마가 손상되어 절차적 기억은 정상이지만, 공간기억이나 이에 바탕을 둔 일화기억이 주로 손상된다.

생명체는 생명이 붙어 있는 한 학습한다. 그리고 기억한다. 당연히 목적은 생존이다.

[독서-764] 나는 누구인가 - 현대인과 기독교의 만남을 위하여

나는 누구인가 - 현대인과 기독교의 만남을 위하여
손봉호 지음 / 샘터사 / 2018년 9월

현대인들은 자기 눈으로 보지 않은 것이나 자기가 경험하고 확실히 아는 것을 근거로 하여 논리적으로 추론할 수 있는 것을 믿으려고 한다. 불가지론자처럼 잘 모르는 상태로 그저 어떻게든 살아가는 것이다. 자신의 고민을 말하는 것이나 약한 모습을 드러내는 것을 부끄럽게 생각하는 경향이 있다. 하지만 대부분의 사람들에게 초자연적이고 절대적인 존재에 대한 막연한 느낌이 있는 것은 사실이다. 그렇게 때문에 절대적인 존재를 알기 위해 오랜 시간 많은 사람들이 사유했다.

수많은 철학자들이 신의 존재를 증명하려고 시도했다. 존재론적 증명, 우주론적 증명, 목적론적 증명 등 관점에 따라 타당해 보이기도 하고 상당히 설득력이 있는 것처럼 보인다. 하지만 그러한 증명도 자세히 따져보면 많은 약점과 이론적인 허점을 갖고 있다. 애초에 인간이 신을 증명한다는 자체가 무리일 수도 있다. 하나님이 계시다는 것을 증명하기 위해 여러 가지 이론적 시도를 했었지만, 그 어느 것도 사람들을 설득하기에 충분하지 못했다. 성경에 나타나는 하나님은 이론적으로 증명됨을 거절한다. 인간의 두려움과 경배의 대상이 될지언정 이론적 증명과 이해의 대상은 될 수 없다.

여기서 현대인의 딜레마가 나타난다. 현대인은 자기가 이해하지 못하는 것을 받아들이려 하지 않으며 참하나님은 인간에 의해 이해되고 납득될 수가 없다. 인간에 의해 납득이 되는 대상인 인간이 창조한 허상의 신이 된다. 인간의 논리적 유희에 의한 결과물이 된다. 

나는 어디서 왔으며 어리도 가는가? 사는 것은 무엇인가? 우주는 어떻게 시작되었는가? 시간과 공간은 어떻게 만들어졌는가? 등의 생각에 잠길 때가 있다. 영원과 영혼의 궁극적인 문제에 대해 잠시 생각해 보다가도 지극히 일상적인 문제로 인해 중요한 질문은 밀려나게 된다. 인간의 종교적인 감정은 이성이나 이론을 초월하는 것으로 쉽게 억압되거나 포기될 수 없다. 

"하나님은 이해해서 믿는 것이 아니라 믿으면 이해할 수 있다." - 5세기 신학자 아우구스티누스

2세기 로마의 법률학자였다가 신학자가 된 터툴리아누스는 하나님에 대한 지식이 인간의 논리를 초월한다는 것을 가장 분명하게 깨달은 사람 중의 한 명이다. "성경은 말이 안 되기 때문에 믿는다"라는 것이다. 성경의 가르침이 논리적이지 않기 때문에 믿을 수 있다고 말했다. 만약 하나님에 대한 기록이 철저히 합리적이고 논리적이라면 그것은 거의 확실하게 사람이 만들어낸 신일 것이기 때문이다.

기독교는 사람으로부터 하나님에게 올라가는 종교가 아니라 하나님으로부터 사람에게 내려오는 종교이다. 인간의 수요와 필요를 공급하는 종교가 아니라 인간의 순종을 요구하는 종교이다. 하나님은 그를 믿고 의지하여 무릎을 꿇는 자들의 마음에 그 참 모습을 나타내신다. 

성경은 66권의 책이 한 권으로 만들어졌는데 가장 오래전에 쓰인 책과 가장 늦게 쓰인 책은 무려 1400년이라는 시간적 거리가 있다. 그리고 여러 장소와 여러 시대에서 수십 명에 의하여 기록되었다. 그럼에도 불구하고 내용에 있어 놀라울 정도로 일관성을 나타내고 있다. 그리고 성경의 가르침은 인간의 사고방식을 초월한다. 사람들이 일반적으로 가지고 있던 세계관이나 사고방식을 초월하는 가르침이 많다. 

16~17세기에 시작된 현대 과학은 경이로운 수준까지 발전을 했으며, 그것을 응용한 기술은 인류에게 이전에 경험하지 못한 것과 실로 무서운 힘을 제공해 주었다. 지구에서 일어나는 모든 문제를 과학으로 해결할 수 있다고 기대하게 되었다. 현대인은 기술을 믿고 과학을 따른다. 실증적인 방법으로 확실한 사실에 근거하여 생각하고 판단한다. 과학이 인간에게 필요한 모든 지식을 제공해 줄 것이라고 기대한다.

하지만 과학적 지식은 궁극적으로는 한시적인 내용이다. 그리스 과학이 뉴턴 물리학에 의해 대치되고, 뉴턴 물리학은 아인슈타인의 물리학에 의해 보완되었다. 우리가 절대적이라고 생각했던 과학적 지식은 언제 다른 것으로 대치되고 보완될 때까지만 사실로 받아들여지는 것이다. 과학을 통해서 진리에 도달할 수 있다고 생각하는 것은 인류가 지금까지 속아온 것 중에 가장 큰 속임수이다.

현대인의 세계관과 가치관이 지나치게 과학적 지식에 영향을 받고 있다. 과학적 방법이 허락하는 범위 안의 지식만 참 지식이라고 인정한다. 과학적 논리의 세계를 초월하거나 벗어난 것은 모두 무시될 수 있는 위험이 있다. 우리의 다채로운 삶을 왜곡시킬 수가 있다. 죄에 대하여, 고통에 대하여, 죽음에 대하여, 영혼에 대하여, 사랑에 대하여, 구원에 대하여 성경은 우리에게 가르침을 준다. 인간의 삶을 알기 위해서는 인간을 초월하는 관점이 필요하다.

[100자평] 아는 만큼 보이는 세상 : 물리편

아는 만큼 보이는 세상 : 물리 편 - 사진과 그림으로 단번에 이해하는 81가지 친절한 물리 안내서 ㅣ 아는 만큼 보이는 세상
송경원 옮김, 가와무라 야스후미 외 감수 / 유노책주 / 2023년 2월

무언가 새로운 지식을 소개해줄 거 같은 기대로 보았는데 절반이상은 그냥 일반인 대상으로 상식정도의 이야기를 소개하고 있다. 나름대로 괜찮았는데 너무 쉬운 내용이라 하루에 다 읽었다. 도서관에서 빌려보는 것을 추천한다.

[독서-763] 아는 만큼 보이는 세상 : 물리편 - 친절한 안내서

아는 만큼 보이는 세상 : 물리 편 - 사진과 그림으로 단번에 이해하는 81가지 친절한 물리 안내서 ㅣ 아는 만큼 보이는 세상
송경원 옮김, 가와무라 야스후미 외 감수 / 유노책주 / 2023년 2월

무언가 새로운 지식을 소개해줄 거 같은 기대로 보았는데 절반이상은 그냥 일반인 대상으로 상식정도의 이야기를 소개하고 있다. 나름대로 괜찮았는데 너무 쉬운 내용이라 하루에 다 읽었다. 도서관에서 빌려보는 것을 추천한다.

빛

낮에 보이는 파란 하늘, 저녁에 보이는 붉은 노을은 공기 중에 빛이 산란하면서 만들어내는 색이다. 구름은 원래 색이 없는데 빛이 구름을 통과하면서 모든 색을 다 산란시켜 버린다. 그렇게 산란된 빛이 합쳐져 하얀색으로 보인다.

바다가 파랗게 보이는 것은 파란 하늘을 반사하고 있어서이고 물 분자의 성질로 빨간색, 주황색, 노란색은 흡수되고 파란색 계역의 빛은 물을 통과해 바닷속 물질에 부딪히며 반사와 산란을 하여 파랗게 보인다.

물

파도는 바람으로부터 에너지를 얻어 바람과 같은 방향으로 움직인다. 바람에 의해 풍랑이 만들어지고, 파도의 에너지는 너울이 되어 해안에 도달한다. 수압은 수심 10m마다 1기압씩 증가한다. 바닷물이 어는 온도는 약 -1.9도이다.

물 분자는 얼음으로 변할 때 수소 결함을 하여 육각형 모양의 결정을 이룬다. 먼지나 티끌을 핵으로 빙정이 만들어지면서 시작된다. 빙정은 육각기둥의 매우 작은 얼음입자이다. 이 빙정의 모서리에 주의 수증기나 다른 빙정이 달라붙어 점점 커지면서 눈 결정이 된다. 눈 결정의 모양은 온도와 수증기의 양에 따라 결정된다.

공기

비행기의 날개 위쪽이 볼록하여 공기가 빠르게 지나간다. 공기의 흐름이 느린 아래쪽 보다 공기의 밀도가 낮게 되어 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 힘이 작용한다. 이 힘을 양력이라고 한다.

구름이 만들어지려면 위쪽으로 향하는 공기의 운동인 상승 기류가 있어야 한다. 공기가 데워지면 가벼워져 위로 상승한다. 위로 올라가면 기압이 낮아져서 상승한 공기 덩어리는 팽창해서 온도가 내려간다. 공기 중의 수증기가 응축하면서 구름이 만들어진다.

습도가 높고 기온이 낮은 날에는 흰 연기가 하늘 높이 솟아오른다.