“우리는 아직 뇌에 관해 알아야 할 것이 더 많다”

뇌과학 기초 이론부터 관계, 중독, 명상, 우울 등 응용 지식까지
SF 소설에 나올 법한 뇌과학의 미래부터 과학자의 다채로운 삶까지
괴짜 뇌과학자가 들려주는 무궁무진한 뇌 이야기

잉글랜드의 젊은 뇌과학자 마이크 트랜터 박사는 인생 대부분을 실험실에서 보내는 외골수 과학자지만, 자신이 연구하고 공부하며 알게 된 뇌과학적 지식을 여러 사람과 나누고 싶었다. 어느 날 트랜터 박사는 SNS로 전 세계의 사람들에게 뇌에 관해 가장 흥미롭다고 여기는 질문들, 늘 궁금했지만 답을 알아볼 기회가 없었던 질문들을 보내달라고 요청했다. 사람들은 엄청난 관심과 응원, 질문을 보내왔고 질문들은 기대치를 훌쩍 뛰어넘을 정도로 흥미롭고 재미난 것들이었다.

《뇌는 왜 다른 곳이 아닌 머릿속에 있을까(원제: A million things to ask a neuroscientist, 아몬드 刊)》는 그 질문들에서 출발했다. 책을 쓴 트랜터 박사는 “뇌는 하고 많은 곳 중 왜 하필 머릿속에 있는지(29쪽), 머리를 맞으면 정말로 기억을 잃게 되는지(73쪽), 아이스크림 두통으로 죽을 수도 있는지(100쪽)” 등 다소 기상천외한 질문에서부터 “뇌에서 가장 오래된 영역은 무엇인지(32쪽), 뇌세포는 한번 죽으면 다시는 재생되지 않는지(103쪽), 기억은 뇌에 어떻게 새겨지며(109쪽), 의식이란 또 무엇인지(160쪽)” 등과 같은 아주 근본적인 질문에 답한다. 또한 “왜 어떤 사람과는 처음부터 죽이 잘 맞고 금세 친구가 되는 것인지(46쪽), 천재의 뇌는 뭔가 다른 것인지(123쪽), 뇌는 정말로 멀티태스킹을 할 수 있는지(131쪽), 남성과 여성의 뇌가 실제로 다른지(154쪽)” 같은 일상적인 궁금증에도 뇌과학적 원리를 대입해 설명한다. “대마초는 뇌에 어떤 영향을 미치는지(39쪽), 우울증은 왜 생기며 뇌에 어떤 변화를 일으키는지(135쪽), 명상할 때 뇌에서는 무슨 일이 일어나며 정말 명상이 좋긴 한 건지(148쪽)” 같은 정신건강에 관한 논의도 놓치지 않았다.

사람들에게 받은 질문들에서 시작한 책은 뇌에 관한 여러 논의로 확장된다. 뇌가 원래 작동해야 하는 방식대로 작동하지 않으면 어떤 일이 벌어지는지를 여러 다양한 증후군이나 흥미로운 현상을 통해 알아보기도 하고(2장 ‘뇌과학 X파일’) 뇌과학자들이 어떻게 뇌에 관한 현재의 지식을 활용해 SF 소설에 나올 법한 새로운 미래 세계를 창조하고 있는지도 살펴본다(3장 ‘뇌과학의 미래’). 또 과학자의 다채로운 삶과 더불어 과학이 우리 삶의 수많은 양상 속에 어떻게 스며들어 있는지도 탐색한다(4장 ‘과학의 토끼굴 속으로’). 마지막 장(5장 ‘과학 기술 공학 수학하는 여자들’)은 조디 버나드에게 펜을 넘겨, 여전히 만연한 고정관념과 어려움 속에서 과학자로 살아가기 위해 분투하는 여성 과학자의 생생한 목소리를 담았다. 저자는 “조디의 글이 (여성 과학자들에게) 자신의 한계를 더욱 밀고 나가고 배움을 결코 멈추지 않도록 용기와 영감을 주었으면 한다”고 밝혔다.

바더-마인호프 현상에서 과잉 기억 증후군까지
똑똑한 뇌가 빠지는 신기하고 흥미로운 11가지 착각들

자신에게 일어난 모든 일을 기억하는 사람이 있는가 하면, 그렇지 않은 사람도 있는 건 왜일까? 왜 어떤 사람들은 별 이유도 없이 높은 건물에서 뛰어내리려는 갑작스러운 충동을 느끼는 걸까? ‘뇌과학 X파일’에서는 뇌에서 일어나는 흥미진진하고 신기한 현상들과 그로 인해 우리가 경험하게 되는 결과들을 탐구한다. 원래 작동해야 하는 대로 작동하지 않을 때의 뇌가 벌이는 불가사의하고 비밀스러운 일들을 살펴봄으로써 뇌가 아주 대단한 것임에도 불구하고, 때로는 얼마나 쉽게 혼란에 빠지거나 속아 넘어가거나 휘둘리는지를 알아보는 것이다.

빈도 착각이라 불리는 바더-마인호프 현상은 특정 대상에 대한 우리의 인지가 짧은 기간 동안 증가할 때 일어난다. 흔히 경험하는 예는, 최근에 새로 배운 단어가 대화에서 자꾸 들리거나 간판이나 웹사이트나 신문에서 자주 눈에 띄는 것이다. 새 차를 막 샀을 때는 어디를 가나 도로에서 같은 모델의 차가 보이기도 한다. 이 현상은 뇌가 새로운 것을 배울 때 그것에 더 많은 주의를 기울이기 때문에 발생한다. 마치 뇌가 “이봐, 이것 좀 보라고. 그게 여기 또 있네. 이런 거 보면 아주 중요한 게 틀림없어” 하고 말하는 것과도 같다. 뇌가 새로운 것을 더 의식적으로 인지하며 다른 것들보다 우선시하기 때문이라는 것이다.(176쪽)

카프그라 증후군은 친숙한 사람이 낯선 사람처럼 보이는 특수한 현상이다. 카프그라 증후군에 걸린 사람에게 어머니는 ‘어머니 같기도 하고 아닌 것 같기도’ 하다. 나의 어머니가 내가 알던 어머니와 똑같은 모습이고 목소리와 말투도 같으며 심지어 어머니와 기억도 일치하는데, 그런데도 내게는 어머니가 아니라 그냥 닮았거나 어머니인 척 연기하는 사람으로 보인다. 이 망상은 자신의 집 같은 사물에도 적용될 수 있어서 자기 집과 아주 비슷하다는 걸 인지하면서도 남의 집을 보고 있다고 확신한다. 카프그라 증후군은 흔히 정신증적 장애나 치매의 증상으로 나타날 수 있지만, 뇌 손상이나 감염 또는 약물 남용 때문에 발생하기도 한다.(183쪽)

높은 건물 옥상이나 낭떠러지에 서 있을 때 뛰어내리고 싶은 갑작스러운 충동에 잠시나마 사로잡혀본 적이 있는가? 뇌과학은 이런 현상을 높은 곳 증후군(high places phenomenon) 또는 허공의 부름(call to the void)이라고 명명하는데, 실제로 이는 지극히 정상적이고도 흔한 현상이라고 한다.(199쪽) 뇌과학은 높은 곳 증후군을 겪는 이유에 관해 뇌의 두 가지 반대되는 신호 사이에 몇 분의 일 초 정도 지연이 일어난 결과일 수도 있다고 말해준다. 한 가지는 우리의 생존 본능에 기반한 것으로, 높은 곳에서 떨어지거나 열차에 정면으로 부딪치는 것 같은 위험을 감지하고 피해야 한다고 말해주는 신호다. 또 하나는 논리적인 뇌에서 오는 신호로, 우리가 현재 있는 곳은 비교적 안전하다고 말해주는 신호다. 이렇게 만들어진 상충하는 신호들을 해석하는 과정에서 뇌는 이 괴상한 메시지에 약간 얼떨떨해진 상태가 된다. 그 결과 높은 곳 증후군을 경험하게 되는 것이다.

어떤 사람은 망각 능력이 없어서 전 생애의 모든 기억을 거의 완벽하게 회상하며 사는 것처럼 보인다. 이를 과잉 기억 증후군(hyperthymesia)이라고 하는데, 자기 생에 관한 자전적 기억을 거의 완벽히 유지하는 능력이다. 과잉 기억 증후군을 겪는 사람은 그동안 쏟아진 주요 뉴스와 사건, 과거의 어느 날짜가 무슨 요일이었는지, 그날 갔던 레스토랑에서 먹은 메뉴까지도 모두 정확히 기억한다.(208쪽) 과잉 기억 증후군을 겪는 이유는 여러 가지지만, 그중 하나는 기억에 훨씬 쉽게 접근할 수 있기 때문이다. 이들의 정신은 마치 정리 상태가 엉망인 파일 캐비닛을 이리저리 뒤적거리고 다니는 것이 아니라 기억 중추와 곧바로 연결되는 직통 전화선을 갖추고 있는 것과 같다.

가장 신비로운 신체기관인 뇌 “우리는 조금 알고 많이 모른다”
젊은 뇌과학자와 함께 미리 떠나는 뇌과학의 미래, 인류의 미래

저자가 뇌과학의 미래에 관해 떠올린 가장 첫 질문은 바로 이것이었다. ‘뇌를 로봇에 이식해 삶을 연장할 수 있을까?’ 사람들에게 질문을 보내달라고 요청한 후, 저자는 다른 사람들도 비슷한 그런 의문을 품고 있음을 알고 마음이 놓였다. ‘최소한 내가 미래에 외톨이 로봇으로 지내지는 않겠네’ 싶었던 것이다. 그렇다면 우리의 기억, 생각, 성격을 컴퓨터화한 합성 뇌에 업로드하여 우리 몸이 죽더라도 우리 자신의 한 버전은 여전히 계속 ‘살아가는’ 일이 과연 가능할까? 만약 가능하다면 그건 어떤 모습일 것이며 어떻게 해야 그런 기술 개발에 착수라도 할 수 있을까? 미래에 우리는 정말 이런 일을 이뤄줄 기술을 갖게 될까?

뇌과학은 과학 분야 중에서도 단연 최첨단의 학문이다. ‘뇌과학의 미래’라는 제목이 붙은 3장에서는 과학과 기술의 결합(222쪽), 건강과 질병(246쪽) 그리고 신체 능력의 강화(263쪽)까지 뇌과학의 진보가 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 삶의 요소를 세 부분으로 나누어서 살펴본다. 특히 뇌과학으로 뇌 질환을 치료한다거나 우리의 정신을 영원히 살아가도록 보존하도록 만들 방법에 관한 오늘날의 가장 획기적이고 최신의 연구를 차근차근 톺아본다.

저자는 현장의 뇌과학자로서 발전상을 직접 목격하고, 또 이후 진보 과정에 참여할 것에 흥분과 기대를 감추지 않는다. 뇌 오가노이드(장기 유사체)에 관한 대목은 특히 주목할 만하다.(248쪽) 뇌 오가노이드는 실험실에서 줄기세포를 배양하여 다양한 종류의 세포들로 분화시킨 것으로 일종의 삼차원 소형 뇌 같은 것이다. 오늘날의 실험실에서 만들어낸 뇌 오가노이드는 진짜 사람의 뇌를 닮았다고 하기에는 혈관도 면역계도 없는 단순한 형태지만, 뇌를 연구하는 데 필요한 결정적인 요소 몇 가지는 지니고 있다. 저자는 이미 세계 곳곳의 뇌과학자들이 뇌 오가노이드를 활용해 뇌와 질병의 발병 기전에 관해 더 많은 걸 알아가고 있다면서, 하버드 의학대학원의 한 연구팀이 알츠하이머병을 모방한 오가노이드를 만들어, 이 병에서 핵심 부분을 차지하는 특정 성분이 세포 내에서 어떻게 만들어지고 축적되는지를 살펴보고 있다는 점을 예로 든다.(249쪽)

뇌 손상 이후 기능을 되살리려 노력하는 ‘신체 강화’에 관한 이야기도 흥미롭다. 미국의 두 연구팀이 진행한 해마 재건 프로젝트는 한 사람이 원래 지닌 기억 패턴을 활용하여 기억 부호화와 기억 인출을 강화할 수 있었다. 이는 마치 코러스가 가수의 노래를 보조하는 것과 비슷하다. 그들은 같은 노래를 부르지만 소리를 더 힘 있게 만들어준다. 한마디로 뇌가 특정 정보를 더 오래 그리고 쉽게 기억하도록 하는 것이다.(267쪽) 저자는 이런 사례를 통해 뇌과학이 어떻게 우리의 건강을 증진하거나 수명을 연장하거나 건강 문제를 해결할 수 있는지 보여준다.

그러나 동시에 뇌과학 연구가 지닌 한계도 확실히 짚는다. 과학과 기술이 결합해 인공 뇌를 만들고 기억을 인공 뇌에 업로드하려면, 또 뇌과학적 연구 결과를 실제 질병 치료에 정확히 활용하려면, 인간의 뇌가 어떤 모습인지를 정확히 알아야 한다. 저자는 그러기엔 우리가 아직 아는 것은 적고, 모르는 것은 많다고 꼬집는다. 이 근거로 초파리를 예로 드는데, 초파리 뇌에 있는 작은 영역 하나의 정확한 지도를 그리려 한 최초의 시도에서는 600개 정도의 뉴런을 포착할 수 있었다. 이 비율이라면 1억 4600만 마리의 초파리를 더해야 인간 뇌에 가까이라도 다가갈 수 있다는 계산이 나온다.(217쪽) 사람의 뇌는 수십억 개의 뉴런으로 이루어져 있고 뉴런 하나당 수천 개의 시냅스가 있기 때문이다. 그리고 무엇보다 중요하게 고려해야 할 문제가 있다. 저자는 ‘뇌과학은 정말로 우리의 미래를 바꿀 것’이라면서도 총체적이고도 전면적인 윤리적 고려가 반드시 필요하다고 단언한다.

과학이 질병 예방을 위해 유전자를 수정할 수 있다면, 성격을 바꾸기 위해서도 유전자를 수정할 수 있는 것일까? 만약 선택할 수 있다면 여러분은 뛰어난 운동선수로 혹은 더 좋은 기억력을 갖고서 혹은 더 단호한 사람으로 태어나기로 결정하겠는가? 그런 선택이 정말로 가능해진다면, 여러분은 어느 시점에 동의하겠는가? 태어나지도 않은 아기에게 허락을 구하는 것은 영원히 불가능한 일이다. 아무리 이로운 결과를 위한 것이라 해도 그 선택이 태아가 전혀 원하지 않을 변화라면? (271쪽)

우리가 이러한 미래로 발을 내디디려면 그 전에 앞서 던진 질문들에 먼저 답해야 할 것이다. (272쪽)

뇌과학 전성시대라 해도 과언이 아닐 만큼 다양한 주제와 소재를 뇌과학적으로 해석한 책들이 쏟아져 나오고 있다. 삶의 모든 순간을 뇌과학으로 설명할 수 있지 않을까, 이미 인간의 뇌에 관해 모든 것이 밝혀진 것 아닐까 하는 착각마저 든다. 그러나 저자는 아직 우리가 뇌에 관해 단 10퍼센트도 채 알지 못한다고 말한다. 수많은 책들이 나왔으나 이 책이 여전히 필요한 이유는 여전히 우리가 뇌에 관해 모르는 것이 더 많기 때문일 것이다.

들어가며
머리말 - 뇌 간단히 알아보기

1장 뇌과학자에게 무엇이든 물어보세요

뇌는 왜 하고 많은 곳 중 하필 머릿속에 있을까?
우리 뇌에서 가장 오래된 영역은 무엇이며, 무슨 일을 하는가?
대마초는 뇌에 어떤 작용을 하는가?
왜 어떤 사람과는 처음부터 죽이 잘 맞고 금세 친해질까?
새로운 언어를 배우는 것이 뇌 기능과 기억에 어떤 영향을 줄까?
왜 중독되는가?
머리를 맞으면 정말로 기억을 잃을까?
잠은 무엇이며, 왜 잠을 자는가?
꿈이란 또 무엇이며, 왜 꾸는 걸까?
아이스크림 두통으로 죽을 수도 있을까?
뇌세포는 재생될까?
기억은 어떻게 뇌에 새겨질까?
천재의 뇌는 뭔가 다를까?
뇌는 정말 멀티태스킹을 할 수 있을까?
우울증은 무엇이며, 뇌에 어떤 변화를 일으키는가?
명상 중 뇌에서는 무슨 일이 일어날까?
남자의 뇌와 여자의 뇌는 서로 다를까?
의식이란 무엇인가?

2장 뇌과학 X파일

불가사의하고 비밀스런 뇌의 삶
바더-마인호프 현상: 새 차 뽑은 날, 도로에 나랑 같은 모델 차가 왜 이렇게 많지?
선천성 무통각증: 행운일까, 불행일까?
카프그라 증후군: 내 어머니 같기도 하고 아닌 것 같기도 한 저 사람, 누구지?
거울 속 낯선 얼굴: 거울에 비친 내가 마치 남인 것 같을 때
얼굴 인식 불능증: 어디서 많이 본 사람이다 싶었는데 내 절친이라고?
오래되고 현명한 뇌: 2천 살 넘은 뇌가 있다고?
피니어스 게이지: 막대가 뇌를 뚫고 지나간 남자
높은 곳 증후군: 높은 곳에서 갑자기 뛰어내리고 싶은 충동이 드는 이유는?
자기장 감지: 인간 내비게이션이 정말 존재할까?
맹시: 보지 못해도 볼 수 있는 사람들
과잉 기억 증후군: 생의 모든 것을 완벽하게 기억하는 사람이 있을까?

3장 뇌과학의 미래

뇌과학의 최전선에서
1. 과학과 기술의 혼합
2. 건강과 질병
3. 인간 강화

4장 과학의 토끼굴 속으로

과학하는 삶
과학자는 아니지만 과학을 더 알고 싶다면
과학자가 되고 싶은 이들을 위한 조언
과학자가 할 수 있는 일들

5장 과학 기술 공학 수학하는 여자들

한계를 넘어서
나는 런던에 사는 뇌과학자이고 여자다

감사의 말
용어 설명
참고문헌