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배경 및 서론
의식이란 매우 다루기 어려운 분야이다. 더군다나 의식이 란 무엇인가에 대한 정의조차 내리기 어렵다. 일반적으로 신 경과 영역에서 의식에 이상이 있을 경우 두 가지 관점에서 검 사를 한다. 첫 번째로 각성도(awakens)와 두 번째로 인식도 (awareness)를 신경학적 검사를 통해 점수화해서 의식의 명 료성 정도를 검사한다. 의식은 우리가 마음이라고 이야기하 며 뇌에 의해 야기되는 여러 가지 기능의 복합적 상태를 칭한 다. 의식을 우리가 연구하기가 어려운 것은 과학적 연구는 3 인칭 시점에서 이루어져야 하고 주관적인 관점이 들어간 결 과는 의미 있는 데이터에서 제외시키는 방법론적인 문제점 이 가장 큰 요인으로 작용한다. 의식이란 주관적인 관점에서 서술하는 것이라 직접적으로 관찰할 수 없다는 점이 가장 큰 연구의 걸림돌이 되어 왔다. 그러나 최근 들어 기능성 MRI 등 의식과 사고과정을 간접적으로나마 볼 수 있는 방법들이 나옴으로 해서 의식의 연구에 새로운 장이 열리고 있다. 이에
따라 최근 들어 Nature, Science 등 저명 학술지에서 의식에 관한 주제를 개제 허락하는 등 의식의 연구에 관심이 쏠리고 있다. 의식은 우리가 우주의 기원을 연구하는 것 이상으로 어 려운 주제이다. 또한 철학의 주 주제로서 많은 학설들이 있어 왔으며 현대의 문명에 가장 큰 영향을 끼친 철학자로 데카르 트를 들을 수 있다. 르네 데카르트는 그동안 신학적인 관점 에서 영혼으로 간주되던 의식을 뇌와 정신으로 나누어 생각 하는 기재를 도입하였다. 이는 한편으로는 우리 몸과 뇌를 기 계적인 관점으로 보게 하여 객관적인 과학적 결과들을 많이 낳게 한 반면 정신을 뇌에서 분리하여 생각하는 것을 금하는 이원론의 시초가 되었다. 하지만 현대 의학과 과학은 이원을 원칙적으로 거부하여 뇌 자체가 정신으로 발현되는 것으로 인정하고 있다. 따라서 정신이란 이원론적인 관점을 뇌라는 단일 관점으로 바라보긴 하였으나 물질인 뇌에서 비물질인 의식이 나타나는 현상을 설명하기에는 아직 많은 어려움이 있다. 의식을 이해하게 되면 우리 일상생활과 인류문명의 기 초가 되는 기억과 사고의 기전을 이해하게 됨에 따라 우리
REVIEW ARTICLE
Vascular Neurology 2013;5:31-34 ISSN 2092-6855
How to Get Scientific Insight for Consciousness:
Introduction for Scientific Hypotheses
Gyung Whan Kim,1 Kyung-Joo Cho,2 So-Young Chun2
1Departments of Neurology, 2Anatomy, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea
의식의 과학적 통찰에 대한 서설
연세대학교 의과대학 신경과학교실,1 해부학교실2
김경환1·조경주2·전소영2
Received October 2, 2013 Revised October 21, 2013 Accepted October 25, 2013 Correspondence Gyung Whan Kim, MD, PhD Department of Neurology, Yonsei University College of Medicine, 50-1 Yonsei-ro,
Seodaemun-gu, Seoul 120-752, Korea Tel +82-2-2228-1600
Fax +82-2-373-0705 E-mail [email protected]
Consciousness and mind are mysterious concept until now. However recentely various useful tools such as fMRI and PET can be used to evaluate consciousness and mind. Now, high ranked journal as Scinence and Nature accept subject of consciousness. Many investigators put endevors into studying consciousness. If we found something new mechanisms of consciousness, we can very strong tools for evaluate memory and learning which is very important humal life. Therfore herin we reviewd for books of consciousness and manuscripts showing interesting results in fileds of consciousness. We conclude studying of consciousness has not been almost anything yet. The- fore this time is very high-possiblity to get successful research of consciousness.
Vascular Neurology 2013;5:31-34 Key Wordsaa Consciousness, Mind, Research.
Consciousness
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Vascular Neurology 2013;5:31-34인류문명의 획기적인 발전의 전환점이 될 것으로 믿는다. 이 에 본 개론에서는 최근 발간되는 책자와 논문들을 통하여 의 식의 기원과 뇌에서 발생하는 기전에 대해 간단히 알아보고 자 한다.
본 론
의식의 기원
의식은 최근까지도 철학적 문제로 다루어져 왔으며 신경과 학에서는 의식이란 주제를 의도적으로 피해왔다. 따라서 본 질 중에 본질인 의식의 문제를 제외하고 연구되어 온 신경과 학은 근본적인 문제를 회피해온 탓에 헛돌 수밖에 없었다.
따라서 의식 대신 기억과 학습이 그 역학을 대신하는 등 개념 의 많은 혼란이 뒤 따라왔다. 하지만 과학적 결과가 급진적으 로 발전된 20세기 후반과 21세기에 들어 의식을 연구해야 한 다는 분위기와 더불어 각종 도구, 즉 기능성 MRI와 PET 등 간접적이나마 의식을 연구할 수 있는 도구들이 속속 등장하 면서 새로운 분위기가 대두되는 시점이다. 의식이 이원론을 벗어나면서 다윈의 진화론을 기원으로 삼지 않을 수 없게 되 었다. 즉 호모사피엔스가 탄생되면서 의식이 생긴 것이 아니 라 점진적인 자연선택에 의해 의식이 진화되어 온 것으로 학계는 보고 있다. 하지만 진화를 연구하는 데 동물 화석이 이용되는 것에 비해 의식은 수십만 년 전부터 이어온 정신을 연구할 수 있는 방법이 전혀 없다. 이에 사고실험이나 계통발 생상 현재도 남아 있는 원시유사 동물들을 이용해서 가설을 세울 수밖에 없는 실정이다. 이에 많이 등장하는 동물로는 멍 게가 있다. 멍게는 어린 유충 때는 축삭과 신경절을 갖고 있 어 움직이면서 먹이를 먹는 지향성을 보이고 있다. 그러나 성 충이 된 멍게는 일정 장소에 고착된 형태로 머리를 고정점에 묻고 신경절 등을 소화시켜 버린다. 즉 신경계를 없애 버리 는 것이다. 이는 진화가 철저히 에너지 절약형 변화를 따르 기 때문이므로 신경계와 뇌는 결국 움직이면서 또한 먹이 등 을 잡아먹기 위한 판단을 하는 지향성을 지닌 동물에서만 필 요하다는 결론을 내리고 있다. 따라서 움직임이 필요 없는 식물군에서는 신경계나 뇌가 진화되지 않았다고 볼 수 있다.
물론 식물계에서도 최근 뿌리가 두뇌 역할을 한다는 학설이 있어 연구가 더 이루어져야 할 필요성은 있다.1-4
우리가 의식에 대해 그동안 철학적인 사고의 영향과 생물 학을 배제한 심리학과 신경학적 지식을 배제한 인지과학 등 의 영향으로 너무 많은 부분에서 잘못 생각하고 있는 부분이 있다. 우리는 항상 의식(이차의식, 고차의식; 자아를 포함한 의식)을 하고 있는 것이 아니다. 즉 학습이나 운동, 그리고 일반적인 토론 등에 특별히 의식을 하지 않더라도 아무런 불
편사항이 없다고 할 수 있다. 따라서 우리는 의식이란 우리 일반인들의 생활에 꼭 필요한 것인가는 생각해 볼 필요가 있 다. 우리는 아주 결정적인 순간 우리는 의식을 의식해서 중요 한 결정을 하는 본인을 의식하면서 결정을 내린다. 줄리언 제 임스는 의식기의 기원이란 저술에서 의식(이차의식, 고차의 식)은 1) 경험의 복사물이 아니고, 2) 의식은 개념에 필수적이 지 않으며, 3) 학습에도 필수적인 것은 아니다. 4) 더군다나 심오한 사유에도 의식이 필요한 것은 아니다. 5) 결과적으로 의식이 이성에 꼭 필요한 조건은 아니다라고 주장한다. 또한 그는 의식의 특징으로 1) 정신 내에 공간화를 든다. 2) 의식에 서는 전체를 사진처럼 그대로 받아들이는 것이 아니라 일정 사실에서 특정부분만을 발췌한다는 특징이 있다. 3) 의식은 유사 나(I)가 있어 중요한 결정을 할 때 가상적인 외부세계 를 심상화하여 미리 시뮬레이션해 볼 수 있다. 4) 의식에는 은유로서의 나(ME)가 있어 자신을 관찰할 수 있다.1-6 즉 의 식을 의식한다고 할 수 있다. 5) 의식에는 발췌를 하기 때문에 비어 있는 부분을 채우기 위해 이야기 엮기(narratization)를 한다. 6) 마지막으로 조정(conciliation)을 의식하여 외부 세계 와 내부 가상 세계를 연결한다. 즉 의식은 밖의 세계의 정확 성에 전혀 관심이 없다. 진화론적으로 의식이 탄생되는 것은 서바이벌에 필요한 요소만 발췌해서 가장 유리하게 재구성 하면 되는 것이다. 예를 들어 우리 앞에 책상이 있으면 우리 는 외부세계를 인식하여 가상의 신호를 만든다. 원칙적으로 밖의 세계에 있는 책상이 어떠한 형태를 갖고 있는지는 정해 져 있지 않다. 양자역학적으로 보면 책상은 작은 원자들로 이루어진 텅 빈 공간일 뿐이고 전기력에 의해 책상이란 구성 성분 주위를 지나갈 때 강한 저항성이 생길 뿐이다. 따라서 우리 인간은 외부세계를 우리가 살아가는 데 가장 효과적으 로 이용할 수 있게 정신 세계에서 재구성했을 뿐이다. 일례로 벌들은 적외선을 볼 수 있다. 그러나 적외선은 단지 광자의 흐름 속에 있는 열일 뿐이다. 또한 음파도 실제로 우리가 소 리로 느끼는 그런 형태로 자연에 존재하는 것은 아니다. 박쥐 는 초음파를 발사하여 시각 대신으로 외부 세계를 재구성한 다. 박쥐들은 음파를 이용하여 외부 세계를 실제로 우리와 같 이 볼 수 있을지도 모른다.1-6
줄리언 제인스는 고고학적으로 의식의 진화를 문헌이 발 견되는 시점부터 연구를 하였다. 이에 따라 일리아스라는 2000~3000년 전에 쓰인 최초의 서사시를 정밀 분석하여 인 간은 원래 의식이 있기 전에 양원적 뇌 구조를 갖추었다고 주 장한다. 즉 좌뇌에서는 일반적인 인간의 언어를 사용하였으 며 우뇌에서는 신의 영역으로 과거 인간들이 생각하는 훈계 적인 소리가 발생하였다고 주장한다. 실제로 일리아스나 구 약을 보면 의식적인 자아라는 개념이 전혀 나오지를 않고 직
GW Kim, et al.
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접적인 신의 말씀을 듣고 결정을 하는 양상을 보여준다. 왕이 명령을 하달하면 명령은 하층민들의 우뇌에 각인되어 신 의 소리로서 계속 충고를 하게 되어 왕국이 유지되었다고 한 다. 또한 왕이 죽어도 약 10여 년간 왕의 여러 목소리가 계속 우뇌에서 유지되어 이것이 신의 계시로써 통치 수단으로 사 용하게 되었다. 그러나 부족국가에서 더욱 대규모 인구의 국 가로 바꾸면서 이러한 우뇌의 소리에 의한 통치가 불가능하 게 되었다. 즉 여러 부족 간의 언어가 달라서 효과적인 우뇌 에 의한 통치가 불가능하게 되면서 이를 전전두엽이 대신 하 게 되는 진화의 과정을 겪게 되었다. 물론 정확한 증거는 없 지만 이러한 대규모 부족이 나타나면서 일리아스의 내용과 구약과 신약의 내용에서 의식의 자아가 등장하게 된다. 이에 따르면 예수는 우뇌에 의한 신탁에서 자유로워져서 자신의 결정에 따라 신을 섬기고 결정을 하라는 메시지를 남겼다고 도 할 수 있다.1-6
예측을 위한 뇌의 진화
의식은 기본적으로 다세포동물로 지향성을 가진 움직임이 있는 동물에서만 발생된다고 보고되고 있다. 여기서 의식이 란 인간처럼 자아를 의식하는 수준(이차 의식, 고차의식)이 아니라 자아의식이 없는 외부 세계에 대한 전략 전술을 만 들어내는 일차의식을 이야기한다. 만약 움직임이 있는데 의 식이 없다면 그 동물은 외부 세계에서 매우 곤란한 처지에 처 한다. 즉 움직이지 않는 생물에 비해 어떤 장애물에 부딪칠 우려가 많으며 포식자에게 잡아 먹힐 우려가 매우 높아진다.
따라서 예측은 움직이는 동물에게는 필수적이다. 물론 고차 원적 의식, 즉 자아를 갖고 있는 의식을 보유한 동물은 인간 을 포함한 영장류에 한정되어 있는 것으로 알려져 있다. 외 부세계와 단절된 폐쇄시스템인 뇌에서 외부세계와 분리된 자기를 인식하는 수준의 의식을 자아라고 한다. 의식은 외부 세계에 대한 위험성을 줄이는 한편 다음에 일어날 일을 예측 함으로써 필요 없는 시행착오를 겪지 않아 에너지의 절약과 시간의 절약을 가져와 결과적으로 생존에 유리하게 작용한 다. 즉 자연선택에 의한 다윈의 진화론에 합당하다. 물총고 기가 날아가는 벌레의 괘적을 예측하여 잡아먹는 놀라운 그 림이다. 이러한 괘적을 순식간에 계산하여 행동하려면 현재 의 슈퍼 컴퓨터로도 불가능하다. 즉 뇌는 일반적인 튜링의 계산 법칙을 사용한 컴퓨터처럼 계산을 하여 예측하는 것이 아니다. 뇌는 철저하게 아날로그적으로 행동한다. 즉 이미 갖 고 있는 경험이나 선천적으로 DNA에서 유전되는 행동방식 에서 갖추어진 여러 패턴을 순식간에 골라서 적용시키는 방 식을 사용한다.1-6
지향성 운동(Motricity)의 내재화
의식이란 지향된 운동의 뇌로의 내재화라고 생각된다. 즉 외부세계를 가상으로 시뮬레이션해서 움직임을 가장 효율 적으로 계획하는 과정을 이야기한다. 물론 사람에서는 이것 이 고차원적으로 발전하여 전략 전술 이외에 자아를 포함한 추론 등을 하게 되어 문명을 이루게 되었다고 본다. 즉 의식 이란 가장 간단한 하등동물의 움직임을 효율적으로 하는 과 정이 내재화되어 진화된 결과로 보인다. 즉 외부세계를 시뮬 레이션하고 이에 맞추어 행동을 제어하는 등 고차원적인 과 정이 지향성 운동을 위한 진화의 과정에서 생겼다고 본다.1-8
신경세포와 의식
신경세포도 우리 몸을 이루는 다양한 세포 중 하나다. 세포 는 처음에 무핵세포에서 진핵세포로 진화하게 되고 DNA를 둘러싸는 핵막과 지지구조를 구성하는 단백질로 이루어진 핵을 가진 진핵세포들이 처음에는 colony를 형성하다가, 결 국 이들이 죽은 시점을 동일하게 하고 특정 기능을 하는 기관 을 구성하는 세포군들의 집합체인 다세포 동물로 진화된다.
따라서 여기서 자연스럽게 전체를 통제하는 본부역할을 하 는 뇌와 본부의 명령을 전달하는 전선역할을 하는 신경계가 생겼을 것이라는 이론이 나오게 된다. 진화적으로 이렇게 설 명을 하고 실제로 신경세포하나로 이루어진 이콜라이 같은 세균성 동물에서도 일차의식과 비슷한, 그러나 확인할 수는 없는 지향적 움직임이 나타난다. 그렇다면 신경세포 하나하 나가 의식에 가까운 기능을 가지고 있지 않나 하는 생각을 할 수가 있다. 물론 최근의 뇌연구의 업적 중 하나인 모듈화된 뇌 기능을 특징하는 많은 결과들이 있어 신경세포들이 집단 화해서 뇌의 특징적인 기능들을 담당한다고 보는 견해가 지 배적이다. 즉 신경세포 한 개보다는 집단화된, 즉 시냅시스 로 연결된 모듈이 시각중추, 감각중추, 운동중추 등의 역할 을 한다는 이론이다. 따라서 신경외과적인 수술시 전기적 자 극을 주는 방법으로 뇌의 기능적인 지도가 자세하게 완성되 어 있다. 그러나 가장 난해한 과제인 qualia라는 주관적 감각 질에 대한 연구는 아직 전무인 상태이다. 감각질이 의식과는 전혀 상관 없으며 생존에도 전혀 관련 없다고 주장하는 연 구진이 있는가 하면 감각질이 의식을 구성하는 주요 요소라 고 하는 주장도 많다. 빨강을 빨강색이라고 느끼고 뜨거운 감각, 차가운 감각, 아픈 감각 등은 진화론적으로 생존에 필 요해서 발달된 것으로 여겨진다. 즉 이러한 감각질이 있음으 로 해서 보다 효율적으로 외부세계에 대처를 할 수 있게 됨 은 자명하다. 최근에는 이러한 감각질을 측정한 객관적인 방 법들이 개발되고 있다. 즉 s=kln A/A0라는 수식으로 A0는 감각을 느끼기 직전의 한계전위를 표시하고 A는 감각을 느
Consciousness
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Vascular Neurology 2013;5:31-34끼게 하는 세기의 활동전위세기를 나타낸다. 감각질은 외부 세계에 반응하기 위해 들어오는 자극을 최대한도로 간단하 게 만든 진화의 결과물로 여겨지고 있다. 외부에서 들어오는 소리의 경우 일정한 감각질의 반응이 없다면 너무 많은 배경 소음에 의해 우리는 상대방의 소리를 명료하게 느낄 수 없게 된다. 또한 시각도 마찬가지이다. 너무 많은 입력신호들은 우리가 지금 보는 상황처럼 명료하게 세계를 구분할 수 없고 몹시 난해하게 보일 것이다. 이것을 감각질이 우리의 생존에 꼭 필요한 부분만 발췌해서 가상의 시각을 나타나게 된다.1-7
기억과 학습
의식이란 현재의 기억이라고도 한다. 즉 기억이 의식에 매 우 중요한 한 요소를 차지하는 것은 분명한 사실이다. 그러나 현재 기억이론은 많은 연구가 되고 있지만 저자가 보기에는 아무것도 되어 있는 것이 없는 황무지이다. 왜냐하면 지금의 기억 기전이란 단지 신경세포 간의 시냅시스, 즉 연결의 강 화가 이루어지는 것을 말한다. 그러나 이러한 연구는 소수의 신경세포를 갖는 바다달팽이나 척수반사에서 이루어진 것으 로, 이미 갖추어진 기억을 지닌 신경망에서의 학습이란 반복 적인 행동으로 신경세포들 간의 연결이 강화되는 것은 당연 한 결과로 보여진다. 그러나 이러한 신경세포 간의 연결 망 의 패턴이나 dendrite의 새로운 생성에 의한 신경세포 간의 연결강화패턴이 기억을 어떻게 형성하는지는 전혀 밝혀져 있지 않다. 본 서설에서는 기억과 학습에 대해서는 자세하게 언급하지는 않겠지만 의식의 기반이 되는 기억에 대해 밝혀 진 것이 고작 신경망의 연결이라는 것과 단기기억에 해마가 중요한 역할을 하고 이후 이 기억이 뇌 피질전체로 퍼져 저 장된다는 사실만이 밝혀져 있다. 따라서 뇌의 일정부분이 망 가진다고 해서 실인증 등 일부 특수한 경우를 제외하고는 기 억의 특정 부분이 망가지는 것은 아니다. 즉 대뇌피질 전체가 일종의 기억장치로 작용한다고 본다. 이러한 경우 최근에 대 두되고 있는 홀로그램 이론이 기억을 설명하는 데 더욱 적합 하지 않나 한다. 홀로그램이 개발된 것은 1950년대이지만 최 근 그 기술의 혁신으로 입체적인 전체 영상을 보여주는 데 중요한 기술로 대두되고 있다. 또한 이차원 평면에 기록된
홀로그램 패턴은 레이저 등을 사용하여 투사하면 입체적인 전영상을 나타내며 어떠한 부분만을 떼어 빛을 투사해도 전 체를 나타내는 미스터리한 기능을 갖고 있어 대뇌피질에 기 록되는 일화적 기억의 기전을 설명하는 데 중요한 기전으로 간주되고 있다. 1-6,9,10
결 론
의식이란 무엇이고 그것이 발생되는 기전을 연구하는 중 요한 시점이 되고 있다. 그러나 의식연구에 중요한 한 요소인 기억의 기전조차 전혀 밝혀진 것이 없다시피 하는 현 상태는 말그대로 황무지이다. 그러나 이러한 상황에서 여러 가지 분 자생물학적 방법과 영상학적 기계들이 속속 등장하여 의식 을 연구하는 데 좋은 환경이 되고 있다. 따라서 지금이 의식 을 연구하는 데 아주 좋은 기회이며 의식을 연구함에 따라 기억과 마음, 그리고 학습 등의 여러 부수적인 기전들이 밝혀 지게 됨에 따라 우리 인류의 발전에 분명한 기여를 할 것으 로 보여진다.
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