시스템신경과학연구의세계적석학마크험프리스
뇌작용의본질,스파이크에대한매혹적인통찰
★★★★★정재승,박문호강력추천!
★★★★★《뇌과학의모든역사》매튜코브강력추천!
★★★★★2022미국출판협회프로즈상최종후보
“뇌의본질을소설처럼흥미롭게
이야기형식으로풀어놓았다.각별히소중하다.”
_정재승(뇌과학자,KAIST바이오및뇌공학과교수)
“스파이크에올라타뇌작용을살펴볼수있는매우드문책이다.
이런책은항상곁에두고찬찬히읽고싶다.”
_박문호(《뇌,생각의출현》저자)
신경계의본질적요소‘스파이크’의여행을따라가며그작용을낱낱이살펴보는최초의뇌과학교양도서.우리뇌속수십억개의뉴런은서로전기신호를주고받으며소통한다.뇌과학자들은이전기신호를‘스파이크’라고부른다.우리가다채로운정신적능력을누리고신체를세심히움직일수있는것은모두스파이크덕분이다.말하고먹고달리고보고계획하고느끼고결정하는모든행위는스파이크가뉴런을타고질주하며온갖효과를일으킨결과이다.이책은우리의행동가운데한부분이이루어지는동안,즉쿠키를보고주변상황을판단한뒤에그것을향해손을내미는2.1초동안뇌속에서스파이크가어떻게생겨나어디로향하는지상세히살펴본다.
뇌과학연구는지금껏대부분fMRI(기능성자기공명영상)장비에의존해수행되어왔지만,최근들어시스템신경과학황금기의성과로인해완전히다른국면이펼쳐지고있다.fMRI로인해우리는어떤뇌영역이특정한감정적반응과감각을처리하는지에관한수많은지식을갖게되었다.하지만fMRI가만들어내는이미지속미세한픽셀각각은뉴런10만개주변에흐르는혈류를측정한것으로,개별뉴런과그뉴런이방출하는스파이크에관해서는아무것도알려주지않는다.저자의비유처럼,“fMRI를사용하여뉴런의작동을이해하려하는것은관중의함성을듣고축구경기의상황을알아내려하는것과같다.”선수들이어떻게행동하고공을모는지이해하기위해서는선수들과공을직접봐야한다.마찬가지로뉴런의활동과스파이크의이동경로를이해하기위해서는뉴런과스파이크를직접봐야한다.
시스템신경과학의기술적성취를바탕으로뉴런과스파이크를들여다봄으로써이책은스파이크하나가눈에서출발하여쏜살같이뇌를거쳐손까지여행하는과정을마치소설처럼생생하게보여준다.쿠키에서반사되어눈속으로쏟아져들어온빛이망막에충돌해뉴런들이흥분하고,그로인해발생한스파이크군단이뉴런의축삭돌기를따라겉질로이동하고,스파이크들이뉴런하나에모여들어새로운스파이크를창출하고,끝내근육들을올바른순서로수축시켜쿠키를집게하는스파이크들의머나먼여행.이모든복잡다단한과정이놀랍게도한권의책에질서정연하고충실하게담겼다.이책을통해독자들은스파이크의관점에서뇌의내부작동에관한이해가어떻게근본적으로변화했는지를상세하게알게된다.
아무활동도하지않는암흑뉴런부터
외부세계를예측하는자발적스파이크까지
신경과학의최전선에서밝혀낸뇌에대한새로운이해
스파이크의여행을따라간결과,우리는지금껏인류가쌓아온뇌과학지식을근본부터뒤바꿔야한다는사실을깨닫게된다.우선이른바‘암흑뉴런’의존재를생각해볼수있다.우리가스파이크하나를타고약1초동안뇌속을누빈다고했을때,겉질뉴런가운데90%는그사이에스파이크를한번도발생시키지않는다.만일1분내내측정한다고해도뉴런의과반수는아무스파이크도전송하지않는다.fMRI로측정해도보이지않는‘암흑뉴런’이존재하는것이다.우리가앉아있거나무언가를보거나생각하는몇초동안,암흑뉴런들은아무활동도하지않고어느뉴런과도소통하지않는다.그렇다면활동하는뉴런들만살펴보며축적해온오늘날의뇌과학지식은뉴런한줌만을다룬것에지나지않는셈이다.암흑뉴런들은과연무엇을위해존재하는것일까?
저자는암흑뉴런을이해하기위한세가지가설을제시한다.사실암흑뉴런도활동을하지만실험실에서구현하는세계가너무나단순하고빈약해서그세계로는암흑뉴런의반응을이끌어내지못한다는가설,암흑뉴런은뇌가앞으로사용하기위해아껴놓은비축품이라는가설,암흑뉴런각각은정말로가끔스파이크를전송하지만그것들이모이고모여의미있는스파이크집단이만들어진다는가설이있다.암흑뉴런문제는지금도신경과학계에서활발히연구되고있으며아직완전히해결되지않은주제이다.
또하나의사례는‘자발적스파이크’이다.오늘날뇌과학교과서는모든뉴런이바깥세계로부터자극을받아스파이크를내보낸다고서술한다.하지만최신연구결과에따르면바깥세계의자극이없어도수많은뉴런이자발적으로스파이크를뿜어내고있다.우리가뇌속으로들어오는모든감각정보를차단하더라도뇌속은여전히수많은자발적스파이크로빛나고있다.
저자는자발적스파이크의의미가외부사건의‘예측’이라는독창적인설명을내놓는다.뇌는자발적스파이크를통해우리가다음순간에무엇을볼지,무엇을들을지,어떤결정을할개연성이높은지미리예측함으로써우리의다음동작을준비한다는것이다.그로인해우리는외부사건에더빠르게반응하고더깊이생각하고더오래생존할수있다.저자의말처럼,“우리의풍부한내면적삶은뇌전체에서일어나는자발적스파이크들의전송과수용이다.”그렇다면스파이크에게가장중요한여행은입력에서출발하여출력에이르는여행이아니라영원한순환,영원히뇌안에서맴도는여행인셈이다.
“신경계를따라힘차게질주한다.
더없이놀라운성취다.”
_매튜코브(《뇌과학의모든역사》저자)
이렇게스파이크의이야기를따라가다보면우리는뇌에관한그간의허구와오류를넘어뇌과학지식을뒤바꿀획기적통찰과마주하게된다.뇌과학자들이즐겨사용하는표현인“우리는우리뇌다”가진실이라면,이책은이제껏드러나지않았던뇌의비밀을밝혀냄으로써우리존재의비밀로한발짝더나아가게해줄것이다.스파이크의이야기는곧우리의이야기이기도하니말이다.
