事故란 豫告 없이 찾아오는 不幸한 일을 말한다. 特히 밤中에 건널목을 건너는데 갑자기 멀리 있던 自動車가 瞬息間에 빠르게 다가오거나, 높은 곳의 物體가 갑자기 머리 위로 떨어지는 아찔한 經驗일 수도 있다. 劇的인 瞬間을 表現할 때 흔히 쓰는 單語로 ‘走馬燈’이라는 것이 있다. 走馬燈은 촛불이 바람에 꺼지지 않도록 周圍를 감싼 燈籠이 二重으로 돼 있다. 바깥 燈籠은 半透明한 形態라 안쪽이 어느 程度 비친다. 안쪽 燈籠의 윗部分은 바람개비 模樣으로, 촛불로 달궈진 뜨거운 空氣가 對流 現象으로 위로 빠져면서 자연스럽게 안쪽 燈籠을 돌리는 構造다. 이때 主로 말이나 사람이 달리는 그림이 그려진 안쪽 燈籠의 그림자가 바깥 燈籠에 投影돼, 마치 무언가 달리는 것처럼 빙글빙글 돌아간다. 빠르게 돌아가는 그림을 떠오르는 생각의 조각들에 比喩해 走馬燈처럼 스쳐 지나간다고 表現하는 것이다. 映畫나 애니메이션에서도 비슷한 演出이 자주 使用된다. 登場人物이 生命을 威脅받거나 運命을 決定하는 重要한 瞬間마다 꽤 긴 時間을 割愛하며 過去를 차근차근 돌아보는 모습이 나온다.

生存 方法 찾으려 過去 回想

그런데 왜 이런 일이 벌어지는 걸까. 危機 狀況이 닥칠 때마다 過去를 回想하는 原因에 對한 여러 假說이 있다. 그中 가장 說得力 있는 答辯은 人間의 腦가 危急한 瞬間에 生存할 수 있는 方法을 찾기 위해 過去를 돌아본다는 것이다. 어떻게든 여기서 살아남으려면 現在 닥친 危機를 克服할 수 있는 神妙한 方案을 머릿속에서 끄집어내야 하기 때문이다. 卽 只今까지 살아오면서 貯藏된 모든 經驗을 꺼내 하나씩 찾아봐야 하는 것이다. 아주 짧은 刹那의 時間에 可能한 限 가장 빠른 速度로 過去 記憶을 돌아보고, 그렇게 해서 좋은 方案이 떠오른 人類만 運 좋게 只今까지 生存할 수 있었다. 어쩌면 죽음의 瞬間, 走馬燈처럼 過去를 뒤적거리는 人類의 腦는 生存에 유리한 方法을 찾도록 進化한 것인지도 모른다.

勿論 이러한 假說이 事實인지는 如前히 알 수 없지만, 最近 어느 程度 說得力 있는 結果를 얻어낸 實驗이 있다. 죽음이 코앞까지 다가온 쥐의 腦에서 어떤 일이 벌어지는지 觀察한 것이다. 人間과 여러 側面에서 差異가 많은 動物로 進行한 實驗이지만, 놀랍게도 아주 높은 水準의 감마波가 腦에서 檢出됐다. 베타波와 감마波 같은 高周波數 帶域의 腦波는 主로 記憶 等 高次元的 認知 能力과 關聯 있다. 이로 인해 或是 죽음의 瞬間에 쥐가 過去를 回想하는 건 아닐까 하는 推測이 있었지만, 人間과 바로 連結 지을 수는 없었다.

그러다 올해 2月 ‘죽어가는 人間의 腦에서 神經細胞 一貫性 및 結合의 向上된 相互作用’이라는 主題의 論文이 發表됐다. 여기엔 患者를 治療하는 過程에서 偶然히 發見한 內容이 담겼으며, 論文을 위해 硏究를 意圖的으로 施行한 것은 아니다. 어느 날 87歲 男子가 넘어지는 事故로 腦出血이 發生해 病院 應急室에 到着했는데, 癎疾 發作이 感知돼 腦波 檢査를 바로 進行했다. 그 渦中에 안타깝게도 患者는 死亡했고, 心臟搏動을 멈추기 前과 後 30秒 동안 일어난 腦 活動을 記錄할 수 있었다. 다양한 變化 가운데 主로 觀測된 腦波는 過去를 回想하거나 高次元的 인지 情報를 處理할 때 나타나는 감마波였다. 勿論 單 한 番의 事例만을 土臺로 죽음 直前에 無條件 過去를 떠올린다고 斷定 지을 수는 없다. 하지만 쥐 實驗 以後 連結 지을 만한 後續 論文이 처음으로 登場했다는 點에서 意味 있는 結果라고 할 수 있다.

腦波, 매우 複雜한 電氣的 波動

죽음의 瞬間, 우리 腦에서 어떤 일이 벌어지는지를 確認하는 方法은 腦波를 測定하는 것이다. 아마 腦波를 測定하는 過程을 손으로 그려보라고 하면, 머리에 異常한 帽子를 쓰고 複雜한 電線을 꽂아두는 方式만 떠올릴지도 모르겠다. 于先 腦波가 어떻게 發生하는지부터 알아보자. 人間의 腦는 태어난 瞬間부터 1000億 個의 뉴런이라는 神經細胞로 構成돼 있으며, 뉴런끼리 連結되는 構造인 시냅스가 數百兆 個 以上 存在한다. 우리가 살면서 보고 듣고 느끼는 모든 感覺 情報는 電氣信號로 變更돼 여기로 온다. 같은 經驗을 할 때마다 傳達되는 同一한 패턴의 信號가 痕跡으로 남게 되고 이것을 記憶이라고 부른다. 쉽게 말해 沙果를 보면 沙果에 對한 信號 패턴이 發生하는데, 特定 信號 패턴이 繼續 오고 가면서 反復되면 우리는 沙果 模樣을 明確히 記憶하고 漸次 發展된 知能을 갖추게 된다.



그런데 이러한 信號 패턴이 뉴런 사이를 오갈 때마다 이 信號로 因해 一種의 電氣的 波動도 함께 發生한다. 머리뼈 안쪽의 腦는 硬腦膜, 거미膜, 鳶腦膜이라는 各各 세 겹의 膜으로 싸여 있다. 여기서 더 깊이 들어가면 大腦皮質에서 시냅스가 神經傳達物質을 分泌한다. 좀 더 仔細히 들여다보면 神經細胞 外部에 있던 나트륨 이온이 細胞 안으로 流入되고, 反對로 칼륨 이온은 細胞 밖으로 나가면서 細胞膜 사이에 電位差가 發生한다.

電氣的 位置에너지로 電壓이 생기면 電流가 흐르고, 이 電流는 電氣場을 形成한다. 電氣場으로 磁氣場이 生成되고, 다시 磁氣場의 變化가 電氣場을 生成하다 보면 波動이 發生한다. 事實 各各의 뉴런에서 發生하는 波動은 매우 微弱하다. 하지만 셀 수 없이 많은 뉴런에서 複合的으로 波動이 發生한다면, 結局 우리가 測定할 수 있을 만한 크기의 波動이 모습을 드러내게 된다. 이게 바로 腦波의 正體다.

腦波는 基本的으로 다섯 가지가 널리 알려져 있다. 이들은 普通 周波數로 區分되는데, 가장 낮은 周波數인 델打破에서 始作해 세타波, 알파派, 베타派, 감마波로 불린다. 普通 델打破는 깊은 睡眠 狀態에서 나오며, 세打破는 睡眠과 깨어 있는 狀態의 中間 程度에서 나온다. 뭔가에 集中하지 않은 狀態로 눈을 감고 便하게 있으면 알파파가 나오고, 눈을 뜨고 集中하는 狀態에서는 베타波가 主를 이룬다. 가장 높은 周波數인 감마波는 高度의 認知 情報를 處理하거나 焦燥한 狀態에서 나오는 것으로 알려졌다. 腦波를 통해 우리가 어떤 狀態인지 알아낼 수 있다는 事實은 매우 흥미로운 結果였다. 反對로 腦波를 바꿔 腦 活動에 影響을 미칠 수는 없을까 하는 아이디어도 登場하기 始作했다. 그中에서도 소리는 가장 安全하게 使用할 수 있는 손쉬운 方法이었다.

腦波를 통해 사람 마음을 읽을 수 있는 未來

反復的인 소리를 들려줘 腦를 안정시키거나 活動的으로 만드는 것을 ‘刺戟에 依한 同調化’라고 부르며, 이를 活用해 腦波에 影響을 미치는 方法도 있다. 特히 白色騷音은 一定한 聽覺 패턴 없이 人間의 可聽 周波數 領域 內 모든 소리를 비슷한 量으로 包含하는 騷音을 일컫는다. 넓은 帶域의 소리가 고르게 分布돼 있어 繼續 들으면 델打破의 周波數 特性처럼 마음이 安定되기도 한다. 波濤 소리나 새 소리를 들으면 便安함이 느껴지는 理由다.

1875年 英國 生理學者 R. 케이튼은 토끼와 원숭이의 腦에서 檢出한 波形을 檢流計에 記錄했다. 아마도 腦波를 最初로 發見한 事例일 것이다. 그로부터 50年쯤 지난 1924年에는 獨逸 神經科學者 한스 베르거가 世界 最初로 腦波를 記錄하는 裝置를 開發했는데, 腦波를 硏究한 契機가 재미있다. 그가 軍隊에 있을 때 말을 타고 달리다 떨어지는 事故를 當했다. 그때 먼 곳에 사는 동생이 갑자기 베르거의 安否를 물어보는 電報를 보내왔다. 自身이 다쳤다는 이야기를 빠르게 傳達할 수 있는 方法이 없을까 苦悶하던 中 베르거는 한 가지 好奇心이 생겼다. “危機 瞬間에 멀리 떨어진 누군가에게 어떤 信號를 傳達할 方法이 있지 않을까” 하는 생각이었다. 말하지 않고도 情報를 傳達할 方法이 있을지도 모른다고 생각한 그는 腦波 硏究에 邁進했다. 그래서 머리에 外傷을 입은 患者의 損傷된 머리뼈 部位 皮膚 안쪽에 2個의 白金 電極을 揷入해 電氣信號 變化를 測定했다. 이것이 바로 人間 腦波를 最初로 測定한 方式이다. 當時에는 반드시 皮膚 안쪽으로 넣어야 하는 줄로 알았지만, 나중에 皮膚 위로도 信號가 測定된다는 事實이 確認되면서 腦 안쪽으로 바늘처럼 뾰족한 무언가를 꽂거나 머리뼈를 잘라 腦를 열지 않고도 누구나 쉽게 低廉한 費用으로 腦波를 感知할 수 있게 됐다.

처음 仔細한 內容을 알기 前까지 腦波는 正말 신비로운 對象이었지만, 仔細히 들여다보면 思考를 하는 生命體에서 當然히 發生할 수 있는 電氣的 信號였다. 腦에서 神經 活動에 依한 電氣信號가 發生하고, 우리 몸의 수많은 複雜한 動作 亦是 腦로부터 아주 弱한 電氣가 나와 全身에 퍼져 있는 筋肉에 影響을 미치는 것이다. 卽 우리 몸은 電氣로 稼動되는 生命工學 基盤의 生體 로봇이라고 볼 수 있다. 따라서 腦가 일할 때마다 腦波가 發生하며, 腦波를 測定한다는 것은 腦 活動을 測定한다는 意味다. 腦波를 통해 잠을 자는지, 아니면 깨어 있는지를 確認 可能하고, 或是 腦 機能에 異常이 있는지 與否도 미리 把握할 수 있다. 가까운 未來에는 겉으로 드러나는 對話 없이도 속마음이 願하는 바를 바로바로 읽어내고, 나아가 서로 腦波로만 對話를 나눌 수 있는 時代가 올지 모르겠다. 하지만 아직까지는 우리가 腦波를 통해 他人의 感情이나 생각을 바로 읽거나 숨겨진 意圖를 把握하기는 쉽지 않다.

언젠가 죽음의 瞬間이 왔을 때, 生存을 위해 激烈하게 過去를 더듬어나가는 腦와 그로 인해 發生하는 複雜한 腦波를 떠올리면 매우 슬프다. 하지만 다시 생각해보면, 마지막 숨을 몰아쉬기 直前까지 살아온 나날을 되돌아볼 수 있는 機會를 提供하는 腦의 마지막 努力은 崇高하다. 죽음에 이르기 前 正말 腦가 過去를 回想하는지에 對해서는 가까운 時日 內 腦波와 關聯된 完璧한 實驗 結果와 事例들이 登場할 것이다. 그럼에도 그 行爲가 正말 生存을 위한 마지막 몸부림인지, 아니면 後悔 없는 삶을 돌아보기 위한 刹那의 餘韻인지는 永遠히 알 수 없을 테다.

_{軌道는…
연세대 天文宇宙學科 學部 및 大學院을 卒業하고 韓國天文硏究院 宇宙監視센터와 연세대 宇宙飛行制御硏究室에서 勤務했다. ‘軌道’라는 藝名으로 팟캐스트 ‘課長窓’, 유튜브 ‘안될과학’과 ‘투머치사이언스’를 進行 中이며, 著書로는 ‘軌道의 科學 虛勢’가 있다.}