[김태의 뇌 과학] 뇌가 필요한 이유

입력 : ㅣ 수정 : 2016-11-01 00:09

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김태 광주과학기술원 융합기술원 의생명공학과 교수

▲ 김태 광주과학기술원 융합기술원 의생명공학과 교수

쭈글쭈글한 두부처럼 생긴 뇌가 ‘뉴런’이라는 신경세포로 이뤄져 있다는 사실이 알려진 지 불과 100여년이 지났을 뿐이지만 우리의 뇌에 대한 지식은 폭발적으로 늘었다. 분자 수준에서 시작해 행동에 이르기까지 다양한 측면에서 뇌 과학 연구가 진행되고 있고 뇌의 작동원리가 속속 밝혀지고 있다. 여기서 조금 생뚱맞은 질문을 하고자 한다. 대체 뇌는 왜 필요한 것일까.

무수히 많은 세균은 뇌가 없지만 지구와 역사를 같이하고 있다. 가을바람에 한들거리는 코스모스부터 거대한 몸집을 자랑하는 메타세쿼이아 나무까지 모두 뇌가 없지만 지구상의 한 식구로 우리와 당당히 살고 있다.

뇌과학계의 거장 로돌포 리나스 뉴욕대 교수는 뇌의 존재 이유를 ‘멍게’를 들어 설명했다. 일반적으로 멍게 성체는 딱딱한 바위에 붙어 바닷물을 걸러내며 영양을 공급받고 생존한다. 올챙이처럼 생긴 유충 상태에서는 물속을 떠다닌다. 유충은 ‘원시 신경계’를 갖고 있다. 원시 신경계는 균형을 유지하기 위한 평형기관, 빛을 감지하는 부분, 척삭 등으로 이뤄져 있다. 하루 남짓 유충 상태로 있으면서 부유하다가 적당한 서식장소에 부착해 나머지 삶을 살게 된다. 신기한 것은 멍게 유충이 일단 적당한 장소를 찾아 정착하면 자신의 뇌를 소화하기 시작한다는 점이다. 정착을 한 이후에는 더이상 뇌와 같이 에너지를 많이 쓰는 ‘호사스러운’ 기관은 유지할 필요가 없기 때문일까. 이어 척삭, 꼬리 근육 등을 흡수해 고착동물로서의 생활을 시작한다. 멍게의 생활사에서 유추할 수 있는 것은 뇌가 능동적인 운동을 위해 필요하다는 점이다. 능동적인 운동이 필요 없는 상황에 이르면 그 존재 이유가 없어지고 그에 따라 스스로 신경계와 운동계를 소화, 흡수한다.

2006년 ‘딥프리츠’라는 독일의 슈퍼컴퓨터가 체스에서 인간을 능가하더니 그로부터 10년이 지난 올해 영국의 ‘알파고’가 인간의 바둑 실력을 능가해 반향을 불러 일으켰다. 그러나 대니얼 월퍼트 케임브리지대 교수는 “체스판에서 체스 말을 옮기는 것은 5세 어린이가 로봇보다 훨씬 더 잘할 수 있다”고 역설한 바 있다. 간단한 동작에도 수많은 변수가 있기 때문에 체스나 바둑의 수를 읽는 것과 같은 알고리즘으로 해결할 수 없기 때문이다.

한 가지 동작이 이뤄지기 위해서는 감각기관으로부터 실시간으로 얻는 정보와 그동안의 경험으로 축적된 정보의 긴밀한 상호작용이 필요하다. 정보의 조정을 통해 부정적 결과가 적은 행동패턴으로 동작하게 된다.

우리가 외부 세상에 영향을 줄 수 있는 모든 활동은 근육 운동과 관련돼 있다. 말을 할 때도 성대 근육을 움직여야 하고 글을 쓰려 해도 손을 움직여야 한다. 제스처와 같은 좀 더 복잡한 수화를 구사하려고 해도 근육을 써야 한다. 근육 운동을 통해서만 외부세계와 의사소통할 수 있다는 점을 생각해보면 운동이라는 것은 체중감량이나 멋진 몸매를 만드는 것 이상의 깊은 의미를 담고 있다. 리나스 교수는 ‘자아’라는 개념의 출발점이 이 근육 운동에서 출발한다는 통찰력 있는 의견을 내놓았다. 근육 운동을 통해 외부세계와 소통하고 외부세계와의 상호작용을 예측하는 것이 뇌의 가장 중요한 기능이다.

‘우리에게 뇌가 왜 필요한가’라는 질문은 우리에게 왜 심장, 폐, 눈이 필요한지 묻는 것처럼 어리석은 질문일지 모르겠다. 하지만 이 질문을 통해 운동기능이 뇌기능의 핵심에 있으며 고차원적인 정신기능에도 밀접한 연관성을 가진다는 것을 생각해 볼 수 있는 의미 있는 질문이라고 생각한다.
2016-11-01 29면
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