어떻게 뇌가 퇴화하지 않을 수 있나? - 수녀의 뇌...

어떻게 뇌가 퇴화하지 않을 수 있나?
- 수녀의 뇌 연구

최근에는 수녀원에 사는 수녀 수백 명을 수십 년에 걸쳐 조사한 연구에서 놀라운 결과가 나왔다.18 이 수녀들은 모두 정기적으로 인지기능 검사를 받고, 병원 진료 기록을 공유하고, 사망 후 뇌를 기증하는 데 동의했다. 놀랍게도 일부 수녀들은 인지력이 전혀 저하되지 않아 계속 예리한 사고를 유지했는데도 사후 부검에서 알츠하이머병이 뇌를 잔뜩 헤집어놓은 것으로 드러났다. 다시 말해서, 그들의 신경망이 물리적으로 퇴화했는데도 그들의 기능은 저하되지 않았다는 뜻이다. 이걸 어떻게 설명할 수 있을까? - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 지음 / 김승욱 옮김 - 밀리의 서재
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수녀원의 그 수녀들이 마지막 날까지 계속 머리를 사용해야 했다는 점이 열쇠였다. 그들은 각자 맡은 일이 있고, 서로 교류도 했다. 말다툼도 하고, 밤에 간단한 게임도 하고, 집단토론도 했다. 일반적인 팔순 노인들과 달리 그들은 은퇴해서 텔레비전 앞 소파에 털썩 앉아 시간을 보내는 생활을 하지 않았다. 정신적으로 계속 활발한 생활을 했기 때문에 그들의 뇌는 일부 신경망이 물리적으로 무너지는 와중에도 계속 새로운 다리를 만들 수밖에 없었다. 병리 검사에서 알츠하이머병이 밝혀졌는데도 인지적 증상이 나타나지 않은 수녀가 무려 전체의 3분의 1이나 되었다. 아주 나이가 많아도 정신적으로 활발한 생활을 계속하면 새로운 신경회로가 만들어질 수 있다.19 - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 지음 / 김승욱 옮김 - 밀리의 서재
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뇌의 에너지 절약 원칙 - 내적 모델은 에너지를 줄...

뇌의 에너지 절약 원칙
- 내적 모델은 에너지를 줄인다
- 예측과 다르면 민감성을 높이고 내적 모델을 조정한다.


박테리아는 먹이(예를 들어 부엌 조리대에 떨어진 설탕)의 중심부를 찾아갈 때, 훌륭하고 단순한 규칙 세 개를 따른다.

1. 임의로 방향을 정해서 일직선으로 움직인다.
2. 상황이 좋아지면 계속 간다
3. 상황이 나빠지면 몸을 굴려 임의로 방향을 바꾼다.

다시 말해서, 상황이 점점 나아지면 기존 방식을 고수하고, 효과가 없으면 그 방식을 버리는 전략이다. 박테리아는 이 단순한 방침을 이용해 먹잇감이 가장 조밀하게 모여 있는 곳으로 빠르고 효율적으로 찾아갈 수 있다 - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 지음 / 김승욱 옮김 - 밀리의 서재
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식물이 빛을 향하고 박테리아가 설탕을 향하듯이, 뇌는 정보를 향한다. 그래서 세상에서 최대한 많은 데이터를 뽑아내려고 신경회로를 끊임없이 바꾸려 한다. 바깥세상의 내적인 모델을 만들어 예측을 하기도 한다. 세상이 예상대로 흘러가면 뇌는 에너지를 절약할 수 있다. 앞에서 살펴본 축구선수들을 생각해보라. 아마추어 선수의 뇌는 크게 활성화되었지만, 프로 선수의 뇌에는 활동이 별로 없었다. 프로 선수의 신경회로에 경기 흐름에 대한 예측이 이미 직접 새겨져 있기 때문이다. 반면 아마추어는 합리적인 예측을 위해 아직 허둥거리는 중이다.
뇌는 기본적으로 예측 기계다. 끊임없이 자기조정을 하는 이유도 그것이다. 뇌는 세상의 형상을 모델로 구축하고, 거기에 맞춰 자신을 조정해서 예측의 성능을 높인다. 그래야 뜻밖의 일에 최대한 민감해질 수 있다. - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 지음 / 김승욱 옮김 - 밀리의 서재
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배선변화, 연습 그리고 아세틸콜린 쥐를 두 무리로 ...

배선변화, 연습 그리고 아세틸콜린

쥐를 두 무리로 나눠 높고 좁은 틈을 통해 둥글게 뭉친 설탕을 잡는 어려운 임무를 훈련시키는 연구였다. 한 무리의 쥐들은 약물로 아세틸콜린의 방출을 막아놓은 상태였다. 정상적인 쥐들은 2주 동안 연습한 결과 속도와 재주가 향상되었으며, 뇌에서 앞발의 움직임을 담당하는 영역도 그에 맞춰 크게 확장되었다. 그러나 아세틸콜린이 방출되지 않은 쥐들의 피질 영역은 넓어지지 않았고, 설탕을 잡는 정확도도 향상되지 않았다.24 단순히 반복적인 행동만으로는 임무를 수행하는 실력이 향상되지 않는다는 뜻이다. 중요성이 뇌에 새겨지려면 신경조절물질의 작용도 필요하다. 아세틸콜린이 없으면 1만 시간의 연습은 시간 낭비일 뿐이다. - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 지음 / 김승욱 옮김 - 밀리의 서재
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‘혹시나’ 정보(혹시 필요해질 경우에 대비해서 여러 사실을 학습하는 것)와 ‘딱 맞는’ 정보(답을 원하는 순간에 정보를 받는 것)의 차이는 강력하다. 일반적으로 말해서, 신경조절물질의 조합이 제대로 작동하는 것은 후자의 경우뿐이다. 중국에 이런 말이 있다. “현자와 보내는 한 시간은 1000권의 책보다 귀하다.” 인터넷의 이점을 고대식으로 표현한 말이라고 해도 될 것이다. 학습하는 사람이 (답을 원하는 질문을 현자에게 정확히 묻는 방식으로) 학습의 방향을 적극적으로 정할 수 있을 때 중요성과 보상을 알리는 신경조절물질 분자들이 뇌에 모습을 드러낸다. 그리고 그 덕분에 뇌의 재편이 이루어진다. 적극적이지 않은 학생에게 지식을 던져주는 것은 돌담에 흠집을 내려고 자갈을 던지는 것과 같다. 프레드 윌리엄스에게 테니스를 가르치는 것과 같다. - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 지음 / 김승욱 옮김 - 밀리의 서재
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인공와우와 인공눈이 전달하는 전자신호를 어떻게 뇌는 ...

인공와우와 인공눈이 전달하는 전자신호를 어떻게 뇌는 처리하는가?


인공와우 수술이 그것이었다. 이 자그마한 장치는 망가진 내이를 우회해서 바로 그 너머의 정상적인 신경(데이터케이블과 비슷하다고 생각하면 된다)과 직접 소통한다. 인공와우는 내이에 직접 이식된 미니컴퓨터로, 바깥의 소리를 수신한 뒤 자그마한 전극을 통해 그 정보를 청각신경에 전달한다.
이렇게 망가진 내이를 우회할 수 있게 되었다 해도, 공짜로 청각을 얻을 수 있는 것은 아니다. 마이클은 청각 시스템으로 전달되는 전기신호를 외국어처럼 해석하는 방법을 배워야 했다.

수술 한 달 뒤 그 장치를 켰을 때 가장 먼저 들은 문장은 “즈즈즈즈즈 스즈즈 스즈비즈즈즈 어 브르프즈즈즈즈?”처럼 들렸다. 내 뇌는 이 낯선 신호를 해석하는 법을 차츰 터득해나갔다. 오래지 않아 “즈즈즈즈즈 스즈즈 스즈비즈즈즈 어 브르프즈즈즈즈?”는 “아침 식사로 뭘 먹었니?”라는 문장이 되었다. 몇 달 동안 연습한 끝에 나는 다시 전화를 사용할 수 있었고, 심지어 시끄러운 술집과 카페테리아에서 대화도 할 수 있었다. - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 - 밀리의 서재
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과학계는 수십 년 전부터 귀와 눈에 인공 장치를 삽입하는 아이디어를 진지하게 고려했다. 하지만 그런 기술이 실제로 작동할 것이라고 낙관한 사람은 하나도 없었다. 사실 내이와 망막은 입력된 정보를 처리할 때 놀라울 정도로 정교한 작업을 수행한다. 그러니 감각기관의 생체언어 대신 실리콘밸리의 언어를 쓰는 작은 전자칩을 뇌가 이해할 수 있을까? 칩이 발사하는 작은 전기신호 패턴이 신경망에 도달하면 그냥 횡설수설이 되는 게 아닐까? 이런 장치는 외국에 가면서 자기가 계속 소리쳐 말하기만 하면 모두 자신의 말을 알아들을 거라고 생각하는 괴상한 여행자 꼴이 될 것 같았다.

그런데 놀랍게도 이런 촌스러운 전략이 뇌에는 효과가 있었다. - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 - 밀리의 서재
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꿈의 생물학적 기능 - 경쟁하는 영역들 간의 자리 ...

꿈의 생물학적 기능
- 경쟁하는 영역들 간의 자리 싸움과 지구 자전으로 인한 어둠의 조건

밤에 후두 피질이 활동하게 만든다.
시각 피질이 이웃 영역들에 자리를 빼앗기지 않게 하려고 꿈이 존재한다는 것이 우리의 가설이다. 사실 지구의 자전은 촉각, 청각, 미각, 후각에 아무런 영향도 미치지 않는다. 오로지 시각만이 어둠 속에서 고생한다. 그 결과로 시각 피질은 매일 밤 다른 감각들에 점령당할 위험에 처한다. 영역 변화가 얼마나 빨리 일어날 수 있는지(조금 전 40~60분이라고 했던 것을 기억하자)를 감안하면, 이건 만만치 않은 위협이다. 따라서 꿈은 시각 피질이 점령당하지 않게 막아주는 수단이다. - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 - 밀리의 서재
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렘수면은 뇌간의 뇌교라는 곳에 있는 특정 뉴런들에 의해 촉발된다. 이 뉴런들의 활동 증가는 두 가지 결과를 낳는다. 첫째, 주요 근육들이 마비된다. 꿈을 꾸는 동안 정교한 신경회로가 몸을 마비된 상태로 유지하는데, 이 회로가 정교하게 만들어졌다는 사실은 곧 꿈이 생물학적으로 중요한 요소라는 가설을 뒷받침한다. 꿈의 기능이 중요하지 않았다면, 이 회로가 발전했을 가능성은 희박하다. 근육의 활동이 정지된 사이 뇌는 실제로 몸을 움직이지 않고도 직접 세상을 경험하는 듯한 흉내를 낼 수 있다.

정말로 중요한 것은 두 번째 결과다. 스파이크의 파동이 뇌간에서 후두 피질까지 전달되는 것.42 스파이크가 그곳에 도달하면, 뇌간의 활동은 시각적 경험이 된다. 눈으로 보는 것처럼 느껴진다는 것이다. 꿈이 개념적이거나 추상적이지 않고 그림이나 영화처럼 보이는 이유가 이것이다. - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 - 밀리의 서재
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시각 시스템은 다른 감각에게 영역을 점령당하지 않기 위해, 지구의 자전으로 사방이 어두워졌을 때에도 폭발적인 활동을 일으키는 방법으로 싸우는 수밖에 없다.43 감각 영역의 영토를 두고 끊임없이 경쟁이 벌어지는 환경에서 후두엽의 자기방어가 진화했다. - <우리는 각자의 세계가 된다>, 데이비드 이글먼 - 밀리의 서재
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