뉴런들사이의공간인시냅스는우리가생각하고,행동하고,상상하고,느끼고,기억하는통로다.즉,시냅스는우리각자를독립적이고복합적인개체로기능하도록매순간도와준다.여기에세계적으로저명한뇌과학자인조지프르두가개척적이고심오한이야기를들려준다.그는뇌가,특히시냅스가어떻게퍼스낼러티를만들고유지하는지에대해설명해준다.본성대양육이라는오래된논쟁의어느한편을지지하지않으면서,르두는양쪽의주장이시냅스연결과퍼스낼러티에어떻게기여하는지그리고우리가누구이고인간답게만드는것이무엇인지에대해설명하고있다.
예를들어,뇌발달은본성-양육논쟁의주요한전장이다.마음과행동의특징들이유전자에의해더많이결정되는가,환경에의해더많이결정되는가하는것은가장단순한형태의논쟁이다.마음과행동의특징들이뇌기능에좌우되고,시냅스방식으로연결된회로들이뇌기능의바탕이기때문에,본성-양육논쟁은기본적으로발생과정중에어떻게회로들이형성되는가라는질문으로환원될수있다.
오늘날에는태어날때뇌가빈서판으로되어있어서경험에의해기록되기를기다린다거나,반대로뇌가특별한방식으로행동하고,생각하고,느끼는소양이유전적으로미리결정되어있는불변의레퍼토리라고심각하게주장하는사람은없다.대신에뇌회로는유전적영향과비유전적영향간의혼합을통해나타난다는주장이널리받아들여지고있다.따라서최근의논쟁은본성만이또는양육만이배타적으로뇌형성에기여한다는이분법적주장에서많이벗어나있다.
마음과행동에대한질문과관련하여,본성과양육이동일한과업-시냅스로연결된회로를만드는-을수행하는두가지방식이라는점과,이과업을완수하는데는둘다필요하다는점을인정한다면사실상이분법은녹아없어져버릴수있다.흔히들경험은뇌에기억이라는기록을통해흔적을남긴다고생각하는데,기억이바로시냅스의산물이다.반면유전자도기억의형태로우리에게영향을미친다고생각하는사람은그리많지않다.그러나이러한생각도그다지틀렸다고할수없다.물론이경우에시냅스의기억은개인사의흔적으로서가아니라조상사의흔적으로서나타난다고보아야할것이다.결국,시냅스는우리뇌가새로운경험을할때마다변한다.
■시냅스란?
시냅스는신경세포인뉴런과뉴런사이의작은틈이다.하나의뉴런이활성화되면,전기적충격이뉴런의신경섬유를타고내려와최종적으로그말단에서화학물질인신경전달물질을분비하게한다.이전달물질은시냅스사이공간을건너,전달되는뉴런에있는수상돌기에결합하여시냅스작동이이뤄진다.본질적으로뇌가하는모든일은이러한시냅스전달과정에의해완수된다.
뇌기능에서시냅스전달의중요성을감안할때,‘시냅스가곧나다’라는말은사실상자명한이치다.그것이아니면무엇이겠는가?그러나이런결론을달갑지않게여기는사람들도많을것이다.틀림없이상당수의사람들은자아란본성상신경현상이아니라심리적?사회적?윤리적?심미적이며,또한영적인것이라며반박할것이다.‘시냅스자아’이론은이런관점들에대립되는것이아니다.그것은차라리심리적?사회적?윤리적?심미적이며또한영적인자아가실현되는방식을기술하려는시도다.
■갈바니의개구리다리
시냅스공간을사이에두고어떻게정보전달이이루어지는지를알기위해서는먼저하나의뉴런의신경섬유를타고정보가흘러가는방식부터이해할필요가있다.그래서시냅스전달이어떻게이루어지는지를살펴보기전에먼저신경전도과정부터살펴보자.
1770년대비엔나의외과의사메스머는쇠자석을이용해서여러가지육체적?정신적질병을치료했는데,나중에는자석없이도환자의눈을응시하거나아픈부위위로손을흔드는방법으로비슷한효과를거둘수있다는사실을깨달았다.이방법은최면술의효시가되었다.메스머는자석에민감한어떤신기한액체가인간신체를비롯하여우주상에존재하고,메스머자신의동물적자기력을이용하여환자의액체에치료효과를줄수있다고생각했다.그당시만해도신경생리학에대해거의알려진바가없었으므로동물자기장이론같은터무니없는이론도그럴듯하게보였다.
몇년뒤이탈리아의갈바니는황동고리에꿰어쇠창살에매달아놓은개구리뒷다리가비오는날번개에의해움찔움찔움직이는것을목격했다.또한그는개구리다리의상처에있는신경을쇠막대로대고다른쇠막대를근육에접촉하기만하면,언제든지다리가순간적으로움직인다는사실도깨달았다.이것은사실상최초의건전지였다.메스머의경우처럼갈바니는쇠막대가개구리의생명기운을불러일으켰다고결론지었다.동물전기가과학적현상이아니라초자연적현상으로받아들여졌던것이다.
수십년뒤또다른이탈리아의학자인마테우치가신경에흐르는진짜전기력을처음으로측정했다.독일에서는뮐러와보이스-레이몬드가이발견의중요성을알아차리고,신경에흐르는전기를신비주의로부터과학의영역으로되돌려놓았다.
그당시의가설은신경이전선과같이전기를전도시킨다는것이었다.그러나보이스-레이몬드의제자였던헬름홀츠는실험을통해이와는다른주장을내놓았다.그는근육신경에가해지는자극들사이의시간차이,신경의길이,근육의수축정도를관찰함으로써개구리신경섬유에서전기전도가일어나는속도를측정했다.계산된속도는대략초당40m(시속약60km)로빠른속도였지만,거의광속에가까운전선의전기전달속도에비하면너무느렸다.
이렇게간단하지만유용한실험을통해신경에서특별한방법으로전기가흐른다는사실이자명해졌지만그설명방식은독특했다.여기서전기는전선에서처럼수동적으로흐르는것이아니었다.신경을통해전달되는맥박은생물학적으로전파되고,수동적인물리적전도과정에비해훨씬더딘일련의전기화학적반응들을거치며이동한다.
생물학적으로전파되는신경에서의맥박을‘활동전위’라고부른다.이놀라운전기적현상은세포체에서축삭이시작되는지점에서발생한다.한번발생하면그것은축삭을따라말단까지진행하는파동처럼이동한다.이런전파는신경을따라마치도미노현상처럼일어난다.축삭의세포막어느한지점에서발생한전기적변화가바로옆자리의세포막에서똑같은전기적변화를유발하면서도미노현상을일으키듯말단까지도달한다.활동전위는인위적인전기적자극에의해서도촉발될수있지만,통상뉴런이시냅스입력을수용할때발생된다.
야심만만한여러신경과학자들에의해축삭에서일어나는전기적전파과정의원리가밝혀졌는데,이것들이바로우리가지금알고있는뉴런의작동원리다.이연구들은오징어의거대축삭을이용해이루어졌다.그것은크기가커서전기전도를연구하기에적절했다.그가운데서특히영국의호지킨과헉슬리가1940년대에수행한연구가유명하다.그들은옴의법칙(전압은전류와저항을곱한값이다)을토대로축삭에서일어나는전기적전달의기본특징들을수학적으로규명해냈다.호지킨-헉슬리방정식은오늘날에도축삭에서의전류,전압,저항을계산하는데사용되고있다.
■시냅스만으로충분한가?
뇌기능에서시냅스의중요성을강조한다고해서다른인자들의역할을무시하려는것은아니다.예를들어,한세포가스스로발화하는것은그세포가가지고있는특정한전기적,
