정민환
저자:정민환
KAIST생명과학과교수이자뇌인지과학과겸임교수.35년넘게'기억'에대해연구해온해마연구의세계적인권위자다.서울대학교동물학과에서석사학위취득후미국캘리포니아대학교어바인캠퍼스에서박사학위를받았다.이후애리조나대학교심리학과에서박사후과정을지내며조교수로일한뒤아주대학교의과대학교수로재직했다.국내외학자들과활발하게연구를진행하고있으며,최근에는고위뇌기능을담당하는전전두피질의기능적미세신경회로를규명하는연구와함께기억과상상에관여하는해마신경계의작동메커니즘을연구하고있다.또한기초과학연구원시냅스뇌질환연구단소속으로자폐스펙트럼장애의뇌신경메커니즘연구도수행중이다.《기억의미래》는저자의첫책으로,인간의상상력과추상적사고능력의작동원리를탐구해담았다.2023년,미국에서전공지식이있는독자를대상으로먼저출간됐다.이번한국어판은저자가직접번역에참여해일반독자들의눈높이와관심사에맞춰수정·보완했다.해마부터시작해기억과상상,추상적사고를한데아우르는인간의'혁신메커니즘'을소개하는이책은신경과학,심리학,인류학,인공지능분야의최신연구결과를종합해인간의혁신능력의기원을꼼꼼히파헤친다.
머리말불완전한인간이만드는더나은미래
1부기억과상상으로미래를만드는뇌
1장기억에서상상으로
영원히기억될기억상실자|기억임시저장소|해마의새로운역할|우리가쉴때뇌는미래를상상한다
2장그기억은가짜일수있다
기억의오류|아버지를살인자로만든기억|가짜기억심기|기억은조작할수있다|그림하나로천가지가짜기억을만들수있다|저장된조각으로구성되는기억
3장기억과상상의핵심,경로재생
동물연구로밝힌해마의기능|뇌속내비게이션,장소세포|기억의시간적요소를증명하다|세타수면경로재생|서파수면경로재생|과거를회상하고미래를계획하는기능|가지않은길을상상하는쥐|공간이아닌경험순서도떠올리는인간|쉴때도정보를정리하는뇌
2부기억과상상은어떻게이뤄지는가
4장상상하는해마
신경망에자율성을주는회귀투사|해마신경망|해마의창의적인CA3신경망
5장상상을평가하는해마
여전히베일에싸인CA1신경망|맥락을표현하는신경망|효용가치를표상하는신경망|최적의선택을이끄는모사-선택|더나은선택을하는뇌의학습
6장해마기능의진화적기원
포유류와조류의해마|조류에게는없는모사-선택기능|모사-선택의진화|고래와박쥐의뒤바뀐특성|댕기박새와얼룩말핀치새
3부상상을확장한추상적세계
7장인간을혁신의주체로만든힘
경험으로얻는추상적사고|선천적으로갖고있는추상적사고|인간의압도적인추상적사고능력|뇌의크기와뉴런밀도의중요성|신피질의진화에비례하는추상적사고능력
8장판단과조절을담당하는전전두피질
모든행동을통제하는집행자|성격을좌우하는뇌영역|끈기와융통성|전전두피질과추상적사고
9장인류혁명과쐐기앞소엽
고차원적인지능력의증거|해부학적현대인의등장|인류혁명의원인|두개골모양이말해주는뇌신경계의변화|고등추상개념의핵심,쐐기앞소엽
10장인공신경망의발전
딥러닝이란무엇일까?|스스로학습하는심층신경망|인간지능의본질에다가가다|다단계은닉층의긴밀한상호작용|지금보다더진화할수있을까?
4부상상과추상을넘어서
11장상상력과창의성
창의성의세가지요소|기억은상상과창의성의재료다|다양한경험의중요성|실패와일탈을허용하기|창의성과지속성의관계|창의성을촉진하는3B|창의적아이디어를만드는깊은몰입|계발이아닌활용을고민하라
12장인공지능과혁신의미래
인공지능의현재|인간이만드는인공지능의미래|인간과인공지능의혁신능력차이
맺음말:우리의행동이우리의미래를결정한다
부록1회귀투사와연합기억
부록2모사-선택이론의핵심근거
부록3가치를표상하는CA1뉴런
부록4치상회의기능
후주
그림출처
생물학적으로따져봤을때,인간은특출난존재가아니다.그러나지구상에서문명을발전시킨생물종은인간이유일하다.도대체어떤차이가이런결과를만들어낸걸까?심심에서출간한《기억의미래(ABrainforInnovation:TheNeuroscienceofImaginationandAbstractThinking)》를쓴KAIST정민환교수는그이유를인간의‘혁신능력’에서찾는다.그리고혁신을가능하게한능력은바로‘추상적개념을사용한자유로운상상’이라고말한다.오랜시간‘기억’에대해연구하며기억에관여하는핵심영역인해마연구의세계적인권위자인저자는,이책에서현대뇌과학이이룬상상과추상적사고에관한주요발견과통찰을되짚어본다.또한인공지능시대를살아가는인류의가능성으로논의를확장한다.
총4부로이루어진이책은기억에서시작해상상과추상적사고로범위를넓히며최신뇌과학연구가밝혀낸혁신능력의기저를찾는다.1부에서는현재까지의해마연구결과들을돌아보며해마가기억뿐만아니라상상에도관여한다는사실을짚어낸다.2부에서는뇌신경학적으로상상이어떻게이뤄지는지좀더구체적인작동과정을살펴본다.3부에서는인간이가진고도의추상적사고능력의작동과정을뇌과학과고인류학,인공신경망등다양한분야를넘나들며탐구한다.4부에서는상상과추상적사고능력이어떻게혁신적인미래를만드는지내다본다.또한점점우리의실생활과밀접한관련을맺고있는인공지능이야기와더불어우리가갖춰야할태도에관한논의도빠트리지않는다.마지막으로,부록에서는전문적인지식을원하는독자들을위해최신연구와학술적성과를소개한다.
인류는어떻게문명을발전시킬정도의혁신을이뤄낸것일까?기억과상상,추상적사고를한데아우르는인간의‘혁신메커니즘’을소개하는《기억의미래》는신경과학,심리학,인류학,인공지능분야의최신연구결과를종합해인간의잠재력을살펴보고,우리가나아갈방향을제시하는길잡이가될것이다.
“기억은과거를저장해
미래를그리는능력이다”
‘모사-선택이론’으로밝혀낸혁신의열쇠!
기억과상상의중심,해마
인류는어떻게찬란한문명을발전시킬수있었을까?정민환교수는인류문화와문명의발전은인간이가진‘혁신능력’덕분이라고말하며,인간이혁신을이뤄낼수있는이유를‘추상적개념을사용한자유로운상상’에서찾는다.그렇다면인간은어째서다른동물과는달리추상적인개념을활용해상상할수있는걸까?《기억의미래》는바로이질문을탐구하는책이다.
저자는이질문의답을찾는여정을‘기억’에서시작한다.저자의연구팀은기억과상상을연결해새로운미래를만드는인간의혁신적인능력을‘모사-선택이론’으로이름지었다.‘모사-선택이론’이란해마가단순히과거사건을기억하는데에서그치지않고미래를대비해최적의행동계획을수립하고시뮬레이션해학습한다는이론이다.해마에는CA1와CA3신경망이있는데,CA3는강력한회귀투사를기반으로상상과창의적시뮬레이션을담당하고,함께해마를구성하는CA1신경망은효용가치정보를표상한가치평가를담당한다.
우리는해마가주로기억을담당한다고알고있다.하지만지금까지진행된여러연구에따르면상상또한해마의역할이라는사실이밝혀졌다.해마가손상된사람들에게특정한내용을제시했을때구체적으로상상하는능력이현저히저하된현상이그증거다.이는기억의뇌신경메커니즘에서중요한역할을담당하는해마가사실상상에도관여함을보여준다.수면중인쥐의장소세포활동을관찰한연구에서실마리를찾아냈다.장소세포란특정장소에서만활성화되는특성을가진세포로,‘뇌의GPS’라고할수있다.쥐의장소세포는쥐가미로에서먹이를찾아이동할때활성화됐던순서로재활성화됐다.이를‘경로재생’현상이라고한다.놀라운사실은,실제로이동한적이없는경로로경로재생이일어나기도한다는것이다.
내비게이션을떠올리면이해가쉽다.내비게이션이최단시간이걸리는몇개의경로만계산한다면,교통체증이나교통통제등변수대응이어렵다.실제내비게이션은여러경로를시뮬레이션하고실시간교통정보를바탕으로최적의경로를추천한다.이러한내비게이션의경로예측이바로해마가우리뇌에서하는역할이다.
인간은어떻게특별한존재가되었나
사유와지적탐구를가능케한상상
우리를사회적동물로만든
전전두피질과쐐기앞소엽
쥐의해마연구에서경로재생현상을발견한것처럼,인간뿐만아니라다른포유류도상상하는능력이있다.하지만인간의특별함은‘상상의확장성’에서온다.물리적인공간의이동경로뿐만아니라추상적인개념까지경계없이상상할수있는능력이바로인간을진정한혁신의주체로만든원동력이다.즉,“인간의혁신능력은상상력이라는기본능력에더해이를확장하고심화하는추상적사고능력에서비롯된다(124쪽).”이능력을활용한혁신의사례가바로‘대규모사회의조직화’다.인간은인류문명발전에중요한역할을한이러한능력을어떻게갖추게됐을까?
저자는그시작을신피질의확장으로꼽는다.초기포유류의뇌에서신피질이차지하는비중은매우작았다.하지만최근영장류진화역사를보면불과300만년만에뇌의크기가350그램에서1,300~1,400그램까지커졌으며,이에따라신피질의비중이80퍼센트까지확장됐다.다른동물들과의뇌구조를살펴봤을때신피질의비중이인지범위와연결되어있으며여기에는상상하는능력과추상적개념이포함되어있음을알수있다.
우리는일상적으로추상적영역과실재적(비추상적)영역을넘나들며사고한다.예를들어,친구와의대화를떠올릴때우리는그친구의얼굴이나목소리같은구체적인요소를기억하는동시에우정이나신뢰같은추상적개념도함께떠올린다.사람의추상적사고능력은매우자연스럽게작동하기때문에특별히노력을기울일필요가없다.따라서추상적영역에서의상상역시구체적대상에대한상상과본질적으로동일한뇌신경기제를통해이뤄지는것으로보인다(134쪽).
신피질이발달이어떻게고도의추상적사고능력과연관되어있는지는위해뇌과학,고인류학,인공신경망연구결과를살펴보면알수있다.지금까지의연구결과를바탕으로고차원적추상사고를가능하게하는영역으로추정되는두가지뇌부위가있다.그중하나인전전두피질은추론,계획등하위뇌기능을통제해적절한행동을선택하게하는집행기능을담당한다.우리는전전두피질을통해상황에맞는융통성있는행동을구사하는데,학교나회사,여타모임등에서우리가문제없이사회생활을할수있는것이바로이전전두피질의고차원적추상능력덕분이다.
과연전전두피질만인간의추상적사고와고차원적사고에핵심적인역할을하는것일까?추상적인과제를수행할때전전두피질과함께활성화되는뇌영역으로두정피질이있다.그중에서도쐐기앞소엽이핵심적인역할을한다.예를들어,예술을전공하는학생의쐐기앞소엽회색질의밀도는비예술전공학생보다더높았으며,시상과의기능적연결성도더높게나타났다.이뿐만아니라언어적창의성과아이디어의독창성과도유의미한관계를보였는데,이를통해쐐기앞소엽이고차원적추상개념을직접형성하는것이아니라이를적극적으로돕는역할을하고있음을알수있다.
신피질과전전두피질의확장뿐만아니라다단계로구성된심층신경망구조를가진뇌의특성자체가인간에게뛰어난추상적상상능력을발휘하게했을지도모른다.인공신경망이충분한은닉층을갖췄을때추상적개념을인식할수있다는연구결과가이를뒷받침한다.이렇듯인간이가진고도의추상적상상능력의기원을찾기위해연구가많이이뤄지고있지만,아직명확한답이등장하지는않았다.하지만이능력이인간으로하여금조직이나사회,문명등중요한개념을만들어문명을발전시킬수있게했음은틀림없다.
인공지능시대에필요한창의성의조건
틀을깨는상상의토대
혁신능력의끝은어디인가
우리의미래를결정할최적의선택
애플의아이폰은왜사람들을놀라게했을까?아이폰의등장이후극찬을받는스마트폰은왜많지않을까?이유는바로창의성에있다.창의성은생각만큼단순하지않다.새로움,가치,놀라움이라는세가지요소를모두충족해야우리는그것을‘창의적’아이디어라고여긴다.그렇다면우리는노력을통해창의력을키울수있을까?창의성은상상력과밀접한관련이있는데,상상은인간의본성이기에‘상상력을키운다’는말자체는성립하지않는다.하지만창의력은노력을통해기를수있다.
혁신이란기존의틀을깨는과정이기때문에어떤경험이나지식이혁신의출발점이될지는예측하기어렵다.우리가할수있는최선은다양한분야에관심을기울이고그안에서사고의폭을넓히는것이다.맛있는요리를만들기위해서는다양한재료가필요하듯,창의성또한풍부한재료에서비롯된다.아무리뛰어난요리사라도준비된재료가제한적이면결과물역시한정될수밖에없다.창의성도마찬가지다.풍부한경험과폭넓은지식은새로운아이디어를탄생시키는토대가된다(212쪽).
챗지피티,제미나이,클로드등우리생활과밀접한인공지능이인간의사고를뛰어넘을수있을지에대한논의가뜨겁게이루어지고있다.더나아가사람처럼감정을느길수있는지에대한물음도끊이지않는다.하지만지금고민이필요한사안은“인공지능이인간의혁신성을어디까지따라올수있는지가아니라인간의혁신능력과인공지능의혁신능력을어떻게조화시킬것인지(256쪽)”다.
인공지능은빠른발전을거듭하고있다.챗지피티가처음등장했을때와지금을생각해보자.과연실생활에활용이가능할지,실효성이있을지우려했던것이무색할만큼인간에게편의성을가져다줬다.하지만편한만큼우려를표현하는사람도점점많아지고있다.주로기업주도로인공지능기술개발이이뤄지는만큼효과적인통제가어렵다는의견도있지만,저자는“어쩌면우리는지금인공지능의잠재적위협을예방하고인류의안전을보장하기위한사회적합의와실질적인조치가절실한시점에서있는지도모른다(249쪽)”고말하며,인공지능의위험성을인지하고이에대한대책을세우는것은인간의몫이다.정확히말하자면인간지능이해야하는역할이며,이는혁신능력의기반이되는상상력과창의력,그리고추상적사고능력이얼마만큼힘을발휘하느냐에달려있다.
결과적으로인공지능과인간의관계는대체가아니라협력의방향으로나아가야한다.인공지능은방대한데이터를신속하게분석하고복잡한연산을수행하는강점을지니고있으며,인간은창의적사고와직관을통해새로운개념을구상하고의미를부여하는능력을갖고있다.이조합은우리가접근할수있는지식과창의성의범위를극적으로넓혀새로운형태의혁신을가능하게할것이다(256쪽).
저자의말처럼,인류의혁신능력은양날의검이다.인류는이능력을활용해문명을발전시켰지만,동시에환경오염에따른기후위기,첨단기술을활용한전쟁등전지구적인문제들도초래했다.생존을위해우리는이문제들을반드시해결해야한다.지금우리가누리고있는문명을이룩한것이인간의혁신능력이라면,앞으로의미래를어떻게만들어갈지도결국우리에게달려있다.인공지능시대를살아가는우리는이기술을적극적으로활용할필요가있다.우리의선택에따라인공지능은새로운혁신을이루는훌륭한파트너가될수도,그반대가될수도있다.《기억의미래》는이러한혁신능력을활용해다가올미래를위한최적의선택이무엇인지찾을수있도록실마리를제공한다.
