Neuroscience Study

전전두피질의 무엇이 자제력에 그토록 중요한지 묻는다면 핵심적인 특징은 배선에 있다. 이를 이해하기 위해선 대뇌피질의 서로 다른 영역을 살펴야 한다. 우리 뇌의 일차 영역들(시각, 촉각 또는 청각 등)은 구체적인 감각 형태의 인풋을 처리하거나 직접적으로 아웃풋 신호를 발생해 움직임을 통제하는 데 전념한다. 연합 영역은 일차 영역에서 온 정보를 통합하고 기존의 정보와 연결 짓는다. 연합피질 중 단일 연합피질은 주로 하나의 감각에서 전달된 정보를 처리한다. 반면 다중 연합피질은 서로 다른 감각의 정보를 결합한다. 이러한 영역들은 계층적으로 배치되었는데, 가장 위에는 전전두피질이 자리해 아래 단계의 단일피질 영역 각각에서 전해지는 인풋을 수신한다. 뿐만 아니라, 전전두피질 내에도 계층이 나누어져 있는데, 앞쪽에..

두뇌의 영역이 정신 기능에 어떠한 역할을 하는지 이해하는 가장 일반적인 방법은 해당 영역이 손상되었을 때 어떤 일이 벌어지는지를 관찰하는 것이다. 전두엽 손상으로 가장 잘 알려진 사례는 아마도 피니어스 게이지일 것이다. 그의 이야기는 1848년 9월 14일 버몬트 주 러들로 지역 신문인 에서 처음 알려졌다. 끔찍한 사고-어제 캐번디쉬[버몬트 주]에서 철도 현장 감독인 피니어스 게이지가 폭파를 위해 화약을 다져 넣던 중 화약이 폭발하며 당시 그가 사용하고 있던 지름 3센티미터, 길이 111센티미터 쇠막대 도구가 그의 머리를 관통했다. 쇠막대는 얼굴 측면으로 들어가 위턱을 부수고 왼쪽 눈을 지나 정수리로 나왔다. 이 음울한 사건에서 가장 특이한 점은 그가 정신이 온전한 채로 아무런 통증도 느끼지 않고 오늘 ..

앞에서 소개한 강화 학습 모델은 이 세상이 어떻게 작동하는지에 대한 지식이 전혀 없다. 단순히 가능한 모든 행동을 시도하고 평균적으로 어떤 행동이 최상의 결과를 내는지를 학습하는 모델이다. 연구진은 이를 다소 혼란스러운 표현이지만 '모델 프리' 강화 학습이라고 부른다. 학습자에게 세상이 작동하는 방식에 대한 모델이 주어지지 않았기 때문이다. 슬롯머신과 같은 단순한 상황에서는 문제될 것이 없다. 하지만 실제 세상에서는 부적합한 모델이다. 내가 샌프란시스코에 있는 우리 집에서 스탠퍼드 캠퍼스까지 운전을 해서 이동한다고 가정해보자. 남쪽으로 약 65킬로미터를 달려 팔로알토에 가야 한다. 이 경로에는 스무 개가 넘는 교차로와 스무 개가 넘는 고속도로 출구가 있다. 지도가 없다면 캠퍼스까지 가기 위해 교차로와 고..

샌프란시스코에서는 서너 명의 엔지니어가 차 위에 센서를 단 소형차를 운전하며 누비는 모습은 매우 흔한 광경이다. 괴짜 파티 차량같이 보이지만 사실 실리콘밸리의 수많은 기업에서 개발 중인 자율주행 차량의 시제품이다. 제대로 된 자율주행 차량을 만드는 데는 인간 지능의 다양한 면을 컴퓨터로 신속하고도 효율적으로 구현해야 하기에 난관이 무척 많다. 1950년대부터 시작된 인공지능을 향한 탐구는 수십 년간 의학적 진단이나 체스 등 까다로운 업무에서 인간처럼 추론하는 시스템을 개발하는 데 주로 초점이 맞춰져 있었다. 이러한 접근법은 인간 차원의 문제를 단호하고도 유연하게 해결하려는 데 발걸음조차 떼지 못하고 암흑기를 맞았다. 하지만 21세기에 들어서 인공지능을 향한 다른 접근법이 인간 수준의 지능에 도달하기 위해..

가장 달갑지 않은 흔한 습관 중 하나는 손톱 물어뜯기다. 아동의 절반가량과 청년층의 20퍼센트 정도가 이 행동을 보인다. 나도 아내가 손톱 밑에 어떤 박테리아가 있는지 지적하기 전까지는 오랜 세월 손톱을 물어뜯는 버릇이 있었다(혐오스러운 이야기를 굳이 자세히 들려주지는 않겠다). 다른 수많은 운동 습관과 마찬가지로 손톱 물어뜯기의 특징은 실제로 그것을 하고 있다는 사실을 인지하지 못할 때가 많다는 것이다. 그 이유는 시간이 흐름에 따라 두뇌에 습관이 형성되는 방식에서 찾을 수 있다. 습관이 형성되는 과정을 이해하기 위해서는 우선 기저핵의 구조를 깊이 파헤칠 필요가 있다. 제2장에서 선조체는 피질선조체 고리로 알려진 회로로 대뇌피질과 연결되어 있다고 한 것을 기억할 것이다. 습관의 형성을 이해하는 데 이 ..

앞서 제1장에서 우리는 두뇌과 언제 안정적인 상태를 유지하고 언제 변화해야 하는지를 결정해야 한다는 즉, 안정성과 유연성 간의 딜레마를 배웠다. 이 딜레마를 해결하려는 두뇌의 전략 중 한 가지가 밝혀지는 데는 버몬트 대학의 마크 부턴이라는 과학자의 연구가 크게 기여했다. 지난 20년 간 오래된 습관이 다시 돌아오는 이유를 밝히려고 했던 부턴은 제1장에 등장한 앤서니 디킨슨의 실험과 매우 유사한 접근법을 이용해 쥐를 연구했다. 부턴이 연구한 현상은 자발적 회복, 재개, 복귀, 부활 등 여러 이름으로 불리지만, 하나같이 일찍이 배웠던 습관이 사라진 줄 알았지만 더욱 강력하게 돌아온다는 보편적인 현상을 반영한다. 이러한 '재출현 현상'은 특히나 우리가 변화시키고 싶은 대다수의 나쁜 습관과 관련되어 있으므로 이..

대중적으로 알려진 개념 중 과학적으로 틀린 것을 꼽자면 흔히들 말하는 도파민과 기쁨의 연관성이 단연 1등일 거라고 나는 확신한다. 도파민과 기쁨 사이의 연관성은 충분히 타당하다. 동물들이 지쳐 쓰러질 때까지 자신의 도파민 시스템을 스스로 자극하는 것을 보면 그 행위가 즐거워서이지 않겠는가? 하지만 가끔은 당연한 답이 오답이 되기도 한다. 두뇌의 신경화학 시스템은 매우 복잡하고 긴밀하게 연결되어 있고, 지난 20년이 넘는 세월 동안 얻은 중대한 발견에 따르면 도파민은 약물 사용으로 나타나는 즐거운 감각에 '직접적으로' 관련하지 않는다. 대신 도파민의 역할은 동기에 초점이 맞춰진 것으로 보인다. 신경 과학자인 켄트 베리지의 표현에 따르면 '행복'보다는 '욕망'에 말이다. 코네티컷 대학의 신경 과학자인 존 살..

도파민은 두뇌에 수많은 영향을 미치는데 그중 하나는 습관 형성에 핵심적인 역할을 한다는 것이다. 도파민은 두뇌 속 변화의 기본 메커니즘, 시냅스 가소성을 조절한다. 시냅스 가소성을 이해하기 위해 뉴런이 다른 뉴런과 소통할 때 어떤 일이 벌어지는지 살펴보자. 대뇌피질의 뉴런은 선조체의 중간돌기뉴런에 투사한다고 생각해보자. 대뇌피질 뉴런이 활동 전위를 발화하면, 선조체 뉴런과 시냅스를 형성하는 축삭돌기 말단의 소포에 저장되어 있던 흥분성 신경전달물질(글루타메이트)이 분비된다. 이 분자들은 축삭돌기와 선조체의 타깃 뉴런 사이의 틈새로 분비된다. 이 틈새를 시냅스라고 한다. 분비 후 신경전달물질 분자들은 시냅스를 타고 흘러가는데, 이 중 일부는 반대편 시냅스의 뉴런 표면에 있는 수용체와 결합한다. 이때 신경전달..

도파민은 어디에나 존재하는 것 같다. 과학 저널리스트인 베서니 브룩셔는 2013년 블로그 포스트에 이 사실을 멋진 글로 표현했다. 사람들이 '화학물질로 넘쳐난다'고 즐겨 표현하는 두뇌에서 항상 한 가지 화학물질이 유독 눈에 띈다. 바로 도파민이다. 우리의 가장 사악한 행동과 비밀스런 갈망 일체의 이면에 자리한 분자이다. 도파민은 사랑이다. 도파민은 욕망이다. 도파민은 동기다. 도파민은 관심이다. 도파민은 페미니즘이다. 도파민은 중독이다. 나의, 도파민은 아주 바쁘게 지내고 있다. 많은 대중매체에서 도파민에 대한 글을 아마도 읽어본 적이 있을 것이다. 매체가 가장 좋아하는 신경전달물질이 도파민이라고 해도 과언이 아니다. 매체에서 '기쁨의 화학물질'이자 사랑부터 중독까지 모든 일에 관여하는 물질로 자주 소개..

뇌 깊숙한 곳에는 기저핵이라고 알려진 핵들의 집합체(세포들이 모여 이룬 구조물)가 있다. 기저핵은 미상핵, 조가비핵, 측좌핵(이 세 부위를 합쳐 선조체라고 한다), 담창구(외담창구와 내담창구로 나뉜다), 시상하핵 이렇게 여러 부위로 구성되어 있다. 여기에 더해 도파민을 분비하는 뉴런이 있는 흑질과 복측 피개부 또한 기저핵의 일부로 간주한다. 뇌 중앙의 여러 부위에 퍼져 있는 이 영역들은 상호 밀접하게 연결된 방식을 통해 하나로 통합되어 기능한다. 연결의 대부분은 대뇌피질의 뉴런이 기저핵으로 향하는 과정에서 선조체 영역에 접촉하는 것으로 발생한다. 중요한 점은, 선조체의 각 부위는 대뇌피질의 서로 다른 부위에서 인풋을 받는다. 조가비핵은 운동과 감각 영역에서, 미상핵은 전전두피질과 시각에 관여하는 측두엽 ..