‘윙’하는 날갯짓 소리, 피가 날 程度로 긁어도 解消되지 않는 가려움. 무더운 여름철의 모기는 지긋지긋할 만큼 성가신 놈이다. 하지만 科學者 눈으로 보면 모기는 본받고 싶은 正말 대단한 存在다. 모기는 그 작은 몸으로 날고 앉고 보고 냄새 맡아 周邊 環境을 認識한 뒤, 그에 맞춰 다음 行動을 適切히 決定한다. 이런 놀라운 일을 能手能爛하게 實行하는, 모기와 비슷한 크기의 工學的 構造物을 만드는 건 現在 人類의 科學技術 水準으론 不可能하다.

그뿐인가. 모기는 外部 에너지와 情報를 모으고 다른 모기의 도움도 받아 子息 모기까지 만들어낸다. 모기만이 아니다. 눈을 돌려 周邊을 보라. 어디를 봐도 警利롭지 않은 生命現象은 없다. 모기가 이처럼 偉大하니 萬物의 靈長이라는 사람, 사람의 몸에서도 情報處理를 擔當하는 機關인 腦의 驚異로움은 말로 다 說明하기 힘들 程度다.

約 1000億 個 神經細胞

한 사람 한 사람의 腦 안에는 太陽系가 屬한 우리 銀河를 이루는 별의 數와 같은 約 1000億 個의 神經細胞가 있다. 이 수많은 神經細胞가 電氣信號 形態로 서로 情報를 주고받으면서, 어떤 때는 어둠 속에서 반짝반짝 빛을 내는 반딧불이처럼, 어떤 때는 莊嚴한 불꽃을 이루는 爆竹처럼 各種 패턴을 쉼 없이 만들어내고 있다. 이 글을 쓰고 있는 筆者의 머릿속, 그리고 只今 이 글을 읽는 讀者의 머릿속에서도 말이다.

사람의 腦는 宇宙에서 가장 效率的이고 優秀한 情報處理 機關이어서 改善의 餘地가 없다는 얘기를 들어본 讀者도 있을 것이다. 正말 그럴까. 김빠지게도 ‘決코 아니다’가 正答이다. 사람의 腦는 길고 긴 進化 過程을 통해 만들어진 것이지, 이리 재보고 저리 재보며 可能한 모든 構造를 比較한 다음 最適化된 形態로 設計된 것이 決코 아니다.



사람 腦는 깊숙한 안쪽부터 바깥쪽까지 마치 아이스크림콘을 한 주걱 한 주걱 쌓아 올리듯 進化한 結果物이다(‘우연한 마음’ 參照/ 데이비드 J. 린든 지음/ 김한영 옮김). 이와 關聯해 筆者가 冊에서 흥미롭게 읽은 內容 中 하나는 눈이 먼 사람이 무엇인가를 보는 것을 뜻하는 ‘孟視’(blindsight) 現象이다. 눈을 통해 들어오는 情報는 눈 反對쪽인 뒤통수에 있는 腦의 視覺皮質 領域에서 主로 處理된다. 腦의 이 部分이 損傷되면 눈은 멀쩡해도 事物을 제대로 보지 못한다.

그런데 이런 患者 中 어렴풋이 事物을 認識하는 이가 있다. 이것이 바로 猛詩인데, 이런 現象이 可能한 理由는 우리 腦 안쪽 깊숙한 곳에 자리한 中腦에 原始的인 視覺中樞가 있기 때문이다. 卽 人間의 腦는 爬蟲類의 腦를 保全한 狀態에서 그 위에 哺乳類의 高位 視覺中樞가 생긴 形態인 것이다. 大腦皮質의 高位 視覺中樞가 故障 나도 腦의 깊숙한 안쪽에 자리한, 우리 先祖가 原始 爬蟲類였을 때 만들어진 視覺中樞를 利用해 어렴풋하게 볼 수 있다는 말이다.

爬蟲類의 腦 設計圖를 다 뒤집어엎고 처음부터 다시 사람 腦를 設計했다면 뭣하러 視覺中樞를 두 個 만들었겠는가. 마찬가지로 大腦의 視覺皮質이 뒤통수 쪽에 位置해 눈에서 視覺中樞로 이어지는 情報 傳達 構造가 複雜하게 돼 있는 것도 最適의 形態로 보기 어렵다. 앞에서 紹介한 冊의 著者에 依하면 進化를 통해 完成된 現在 우리 腦는 比喩하자면 “1925年型 포드 自動車 모델을 주고 元來 設計에서 어떤 部品도 除去하지 말고 21世紀型 새 車를 만들라”고 했을 때 만들어질 奇妙한 車와 같다. 卽 “腦는 最適化된 機械가 아니라 긴 進化의 歷史에서 臨時變通 解決策이 되는 대로 쌓여 이뤄진 奇妙한 덩어리”라는 것이다.

이처럼 構造的인 面에서 效率的이지 못한 사람의 腦는 그 作動 方式도 最適化돼 있지 않다. 한 個의 神經細胞가 갑자기 細胞 밖보다 電壓이 높아지는 狀態가 되는 現象을 ‘發火’한다고 한다. 神經細胞 사이의 情報 傳達은 이처럼 發火한 電氣信號 펄스의 形態를 띤다. 하나의 神經細胞에 連結된 다른 神經細胞 中 充分히 많은 數가 發火하면 그 情報를 入力으로 받아들인 神經細胞度 發火한다.

무척이나 變德스러운 모습

問題는 이 過程이 都大體 信賴할 수 없다는 點이다. 같은 情報가 傳達돼도 한 神經細胞가 어떤 때는 發火하기도 하고, 또 어떤 때는 아무 일 없이 얌전히 있기도 한다. 컴퓨터 프로그램을 實行했더니 어떤 때는 計算을 하고 어떤 때는 안 하기도 하고, 또 計算할 때마다 答이 다른, 그런 境遇를 본 적 있는가.

그런데 사람 神經細胞 하나하나는 컴퓨터 作動에 비해 무척 변덕스러워 確實하게 作動하는 일이 없다. ‘萬物의 令狀’이라 부르는 사람 腦 속 神經細胞의 基本構造와 作動方式은 이미 6億 年 前 만들어져 꼬물꼬물 기어가는 벌레의 神經細胞와 큰 差異가 없다. 作動時間 또한 답답할 程度로 느려 터졌다.

사람이 만든 컴퓨터의 中央處理裝置는 每秒 10億 番 以上의 演算을 遂行하는 데 비해, 사람의 神經細胞는 그보다 百萬 배가 느려 1秒에 기껏 1000番 發火할 수 있다. 빛의 速度로 情報를 傳達하는 通信裝備에 비해 머릿속 神經情報 傳達 速度는 時速 200km에도 못 미친다. 테니스 競技 審判이 視覺 情報를 處理할 수 있는 最小 時間 間隔인 約 10分의 1秒 동안 테니스공은 無慮 6m 程度를 날아간다. 卽 테니스 競技 審判은 공이 競技場 밖으로 나갔는지 아닌지 每 瞬間 공의 位置를 보고 判斷하는 것이 아니라 ‘斟酌’한다는 뜻이다. 當然히 잘못 斟酌하는 境遇가 많을 수밖에 없다.

視覺情報 處理의 時間的 制約을 보여주는 다른 例를 살펴보자. 위의 寫眞은 筆者가 中國 旅行 中 列車 안에서 찍은 것이다. 列車 速度를 보여주는 標示板을 肉眼으로 봤을 때는 아래쪽 寫眞처럼 明確히 보였는데 갖고 있던 카메라를 利用해 200分의 1秒 셔터 速度로 寫眞을 찍으니 위쪽 寫眞처럼 보였다. 셔터 速度를 늘려 100分의 1秒로 찍으니 이제 肉眼으로 본 것처럼 글字가 明確히 나타났다. 卽 筆者의 눈이 視覺情報를 處理하는 빠르기는 200分의 1秒보다 많이 느리다는 뜻이다.

우리는 모두 별의 먼지

테오드르 제리코의 그림 ‘엡섬 더비’는 高速 撮影 寫眞術이 發展하기 前 말이 이렇게 달리겠거니 하고 畫家가 想像해서 그린 것이다. 畫家에게는 未安한 얘기지만 이 그림이 有名한 理由는 實際 말이 그림처럼 달리지 않기 때문이다. 疾走하는 말의 實際 다리 模樣을 正確히 보기엔 사람의 視覺情報 處理 時間은 너무 느리고, 따라서 우리는 高速撮影 寫眞術이 發展한 다음에야 달리는 말의 實際 다리 模樣을 볼 수 있게 됐다.

우리 모두의 머릿속에는 爬蟲類가 산다. 이런 깨침은 筆者 같은 科學者로 하여금 生命現象의 深奧함을 오히려 더 경이로운 마음으로 省察하게 한다. 우리 몸을 이루는 무거운 元素들이 먼 過去의 超新星 爆發로부터 만들어졌으니 우리 모두는 별의 아이들이라는 깨달음처럼 말이다.

여름 밤하늘을 수놓는 銀河水의 별빛이 얼마나 먼 距離를 달려왔는지 아는 것은 그 엄청난 距離를 想像하는 것만으로도 등골이 오싹해지는 경이로움을 如前히 筆者에게 提供한다. 그리고 그렇게 먼 距離를 달려온 빛이 어떤 過程을 통해 내 눈의 水晶體를 通過하고 網膜에 到達해 視角細胞를 刺戟하며, 또 그렇게 만들어진 電氣刺戟이 傳達돼 내 머릿속 수많은 神經細胞가 멋지게 發火海 불꽃놀이의 饗宴을 만드는지를 아는 것은, 正말 멋지고 경이로운 일이다.

우리는 별의 먼지다. 우리는 ‘우리는 별의 먼지’라는 것을 自覺하는 별의 먼지다. 우리는 또, 한 사람 한 사람의 머릿속에 爬蟲類가 산다는 것, 그리고 어제 저녁 먹은 오징어의 神經細胞가 내 머릿속 神經細胞와 別로 다를 게 없다는 事實을 알아낸 腦를 갖고 있다. 이런 깨달음에 경이로움을 느낄 수 있는 腦를 가지고 있는 것은 또 얼마나 경이로운 일인가.