신경과학과 마음의 세계 I -제럴드 에델만

인간의 의식에 관한 논의는 오랫동안 철학의 영역에 속한 것이었다. 그런데 철학적 논의는 데니얼 데닛이 지적한 대로 '답을 할 수 없는 질문'들이어서 의식에 대한 것도 답이 없이 질문에서 새로운 질문으로 끝없이 이어질 뿐이었다. 이런 순환고리를 차단한 것이 진화론에 입각한 진화심리학이다. 진화심리학은 정신과 육체는 별개라는 데카르트 이원론을 폐기켰으며, 마음은 물질과는 별개라는 유심론도 폐기시켰다. 그리고 마음은 진화적 기원을 가진다는 것을 일목요연하게 설명함으로써 '인간의 본성', '의식' 등 여러가지 용어로 지칭되는 마음의 본질을 규명했다. 그렇다고 마음에 관한 모든 것이 밝혀졌다는 것은 아니다. 그러나 큰 그림은 이미 밝혀졌고 세부적인 연결 고리들만이 규명되기를 기다리고 있을 뿐이다. 이 과정에서 분자생물학, 신경과학 등이 큰 역할을 한다. 신경과학자가 들려주는 마음에 대한 이야기가 바로 이 책이다.

저자는 이 책에서 신경과학과 마음에 관한 이야기만을 하고 있는 것은 아니다. 마음을 알아가는 과정을 설명하면서 그동안 마음에 대해 잘못 알고 있었던 것들, 즉 철학적 오류에 대해서도 구체적으로 지적한다. 그래서 이 요약도 두 부분으로 나눈다. 첫 부분은 신경과학과 마음에 관한 내용이고, 두번째 포스트는 마음에 관한 철학적 오류에 관한 것이 될 것이다.

저자는 먼저 마음의 물질적 기초에 대한 정의로 글을 시작한다.
"마음은 물질의 특별한 배열에 따른, 특별한 종류의 과정이라는 것이 내가 이 책에서 취한 근본 입장이다."

그리고 과학의 두 갈래 중 하나인 물리학에서 사용하는 방법론를 그대로 생물학에 적용할 수는 없음을 이야기한다.
"생명이 없는 대상에 대한 과학적 탐구 방법은 근본적인 것이긴 하나, 뇌를 갖고 지향성을 소유한 동물을 연구하기에는 적절치 않다. 그 이유는, 과학자 자신이 지향적 동물이며, 자신들의 경험 속에 갇혀 있으며, 그리하여 그 한계 내에서 자기들의 관찰이 다른 관찰자에게 효과적으로, 유의미하게 그리고 편견 없이 전달될 수 있도록 책임져야만 하는 존재이기 때문이다. 이는 과학자들이 자신들의 개인적 경험이나 자각의 요소를 연구에 포함시킬 수 없다는 뜻이며, 오히려 그런 요소들을 조심스럽게 배제시켜야 한다는 뜻이다."

이어서 마음을 알아가는 과정을 따라가 보자.
"현대과학의 연구결과는, 마음의 기초를 이루는 물리적 물질이 전혀 특별한 것이 아니라고 말한다. 그것은 아주 통상적인 것 - 즉 그것은 약간의 금속과 더불어 탄소, 수소, 산소, 질소, 유황, 인과 같은 화학원소로 만들어져 있다. 그러므로 뇌의 본질적 구성 속에는 정신적 속성의 본질을 해명해 줄 단서가 될 것은 아무것도 없다. 특별한 것은 그것이 어떻게 구성되어 있는가다."

"여기서 얻을 수 있는 한 가지 중요한 결론은 세포 간의 연결이 동물의 유전자에서는 정확하게 미리 지정되지 않는다는 사실이다."

"심리학의 현상은 그것들이 발견된 종에 의존하며, 종의 속성은 자연선택에 의존한다는 사실이다."
"진화가 일어났다는 사실은 유전자의 빈도 변화에 의해 기록된다. 그러나 진화가 일어나는 방법은 표현형(전체의 구조적, 기능적 가능성)에서의 자연선택이다. 선택이 일어나는 주요 수준은 각 개체와 그 개체의 행동이다."
"유전자들은 형태를 바뀌기 위해 유전자 하나하나가 직접 개별적으로 움직이는 것이 아니라 복잡하게 결합해서 움직인다."
"그리고 세포, 분자, DNA 등에 관심을 가져야 하는 이유는 또 무엇인가? 솔직히 답하자면, 배가 생성되는 법칙들에 의해 뇌가 형성되는 방식이 지배받기 때문이라는 것이다. 실제로 뇌의 해부학적 구조가 형성되는 과정은 근육이 골격에 어떻게 작용 하느냐에 따라 달라지고, 또 신경이 피부에 어떻게 작용하느냐 등에 따라 달라진다. 말하자면 그것은 표현형의 나머지 부분에 따라 달라진다는 이야기다."

"TNGS (Theory of Newronal Group Selection)의 세 가지 교리
첫 번째 교리인 발생 선택developmental selection에 의하면 발생의 초기 역동적 과정을 통해 특정 종 고유의 신경해부학적 구조가 형성된다. 이 해부학적 구조는 그 가장 미세한 단계와 분지의 단계에서 반드시 의무적으로 다양한 변이를 갖는다.
두 번째 교리인 경험 선택 experimental selection은, 일반적으로 해부학적 양식에 대한 수정이 포함되지 않는 또 다른 선택 메커니즘을 제공해 준다. 행위 중 해부학적 구조의 시냅스 연결은 특수한 생화학적 과정에 의해 선택적으로 강화되거나 약화된다는 사실을 추정할 수 있다. 기억 및 기타 다른 기능들에 기반을 두고 있는 이런 메커니즘은 선택에 의해 이뤄진 해부학적 네트워크로부터, (강화된 시냅스를 가진) 다양한 기능 회로를 효과적으로 '개척한다'. 그런 다양한 기능 회로를 일컬어 2차적 레퍼토리라고 한다.
세번째 교리는 앞의 두가지 교리에서 설명한 선택 활동이 심리학과 생리학을 어떻게 연결하는지와 관계가 있다. 이 교리는 뇌의 지도들이 재입결이라고 불리는 과정을 통해 어떻게 상호작용하는지를 보여준다. 아마도 이것이 이 일론의 모든 제안들 중 가장 중요한데, 왜냐하면 그것이 바로 진화 과정 중에 생기는 뇌의 여러 부위들이 어떻게 서로 조화를 이루며 새로운 기능을 낳게 되는지의 기반이 되기 때문이다."
"개념을 가질 수 있는 동물은 사물이나 행동을 식별하고, 이 식별을 전제로 다소 일반적인 방식으로 행위를 규제한다. 이런 인식은 반드시 관계적이어야 한다. 즉 이런 인식은 범주화 과정을 촉발시키는 자극이 없을지라도 하나의 지각 범주화를, 명백하게는 관련이 없는 다른 범주화에 연결시킬 수 있어야 한다. 이렇게 획득된 관계들은 '물체', '위-아래', '내부' 등과 같은 일반적 속성에 대한 반응을 허용해야 한다. 그러나 말speech의 요소들과는 달리 개념은 전통적이거나 자의적이지 않으며, 발생하기 위해 언어 공동체와 연결될 필요도 없고, 순차적 표상sequential presentation에 의존하지 않는다. 개념적 능력은 말에 훨씬 앞서 진화과정을 통해 발생한다. 그 능력은 지각과 기억에 의존함에도 불구하고 이 두 기능 모두에 기여하는 요소들로부터 뇌에 의해 만들어진다."

"의식이 어떻게 진화했는지를 이해하는 데 있어 중요한 두 종류의 신경계 조직이 있다. 이 시스템들은 둘 다 뉴런으로 구성되어 있음에도 불구하고 그 조직은 상당히 다르다. 첫 번째 시스템은 뇌간brain stem, 그리고 그와 더불어 대뇌 변연계(쾌락계)인데 이것은 식욕, 성욕, 완료 행동과 진화된 방어적 행동 유형과 관계된 시스템이다. 이 시스템은 일종의 가치계로서 여러가지 다양한 신체 기관, 호르몬계 그리고 자율신경계 등에 광범위하게 연결된다. 이 모든 시스템들이 어우러져서 수면이나 성과 관계된 신체 주기는 말할 것도 없고, 심박률과 호흡률, 발한發汗, 소화기능 및 그와 유사한 작용들을 통제한다. 우리는 놀랠 것도 없이, 이런 변연-뇌간 시스템의 회로들이 고리 모양으로 배열되어 있고, 상대적으로 느리게 반응하며(초 단위에서 월 단위까지 걸쳐 있는 기간에), 상세한 지도로 이뤄지지 않았다는 사실을 알 수 있게 될 것이다. 변연-뇌간 시스템의 회로들은 진화의 과정 동안 외부 세계로부 터의 수많은 예기치 않은 신호들에 맞추는 게 아니라 신체에 맞춰 선택된다. 이 시스템들은 신체 기능들을 돌보기 위해 일찍이 진화했다. 그것들은 내부의 시스템이다.
두 번째 중요한 신경계 조직은 이와는 완전히 다르다. 그것은 시상피질계thalamocortic system라 불린다(중주 뇌구조인 시상thalamus은 감각 선호와 다른 뇌 신호들을 피질에 연결시켜 주는 많은 신경 핵들로 구성되어 있다). 시상피질계는 동시에 작용하는 시상과 피질로 구성되어 있는데, 이 시스템은 감각 수용판으로부터 신호를 받아들이고, 수의근에 신호를 보내는 식으로 진화했다. 그 시스템의 시냅스 연결은 평생 동안 계속되는 변화를 겪음에도 불구하고 그 시스템은 반응이 매우 빠르다(100분의 1초 단위에서부터 초 단위까지)."
"변연-뇌간 시스템과 시상피질계, 이 두 시스템은 진화과정 중 서로 연결됐다. 후에 진화한 피질계는 점점 복잡해지는 주변 환경에 적합한 학습 행위에 도움이 됐다."

"물론, 주의는 의식의 허약성을 드러내 보이며, 우리 마음으로 하여금 대상에 집중케 하고 주변의 '무관한 것들'을 제거하거나 줄여준다. 몇 가지 대상이나 사고의 가닥들 이상에 대해서 특수한 주의를 기울이는 것은 불가능하다. 주의는 대단히 선택적이며, 또 명백히 반드시 그래야만 한다."
"왜냐 하면 동물이 어떤 기술을 학습하고 나면 그것은 자동적인 것이 되기 때문이다. 또한 새로운 것에 대한 주의에 의해 그런 자동적인 행동을 방해하는 능력을 갖기 때문이며, 특별히 의식적인 수단으로 주의를 지시하는 능력을 갖기 때문이다."

"어떤 선택적으로 기초한 시스템도 가치로부터 자유롭게 작동하지 않는다. 가치는 한 종의 적응적 활동에 대한 필수적인 강제다. 우리 종에 있어, 생리적 기능, 배고픔, 그리고 성과 같은 공통 습관은 일련의 상호 공유된 속성들을 함축한다. 뇌는 이런 속성들의 밑바탕을 이루는, 진화론적으로 추진된 가치계를 조절하는 데 주요 역할을 하게끔 만들어졌다. 의심할 바 없이 이 가치계는 또한 개인적 목표나 목적을 만드는 고차원적 구성물들의 밑바탕을 이루고 있다. 우리는 가치 위에서 범주화한다."
"만약 내가 말한 것이 옳다면 인간은 어느 정도의 자유의지를 갖는다. 그러나 그 자유는 근본적인 것이 아니고, 수많은 내적, 외적 사건들과 제약조건들에 의해 감소된다."
"현재는 프로그램된 고정된 미래로 가득 차 있지 않으며, 프로그램은 우리 머릿속에 있지 않다."
"사고는 여러 단계의 정신적 활동의 혼합물이다. 사고는 가장 높은, 가장 추상적인 수준에서 기호적인 능력에 의존하는 하나의 기예skill다."

"우리는 '의미'를 얻기 위해서는 사회에서 성장해야 하고 의사소통해야 한다."
"신경계의 반응 패턴들은 컴퓨터와 달리 각 시스템의 개별 역사에 의존한다. 왜냐 하면 적절한 반응 패턴을 고르는 유일한 방법은 세계와의 상호 작용이기 때문이다."

다음 글에서 계속..........