박문호 박사 - 뇌 생각의 출현

[여운 이준호]

"두 번 읽을 가치가 없는 책은 한 번 읽을 가치도 없다." - 박문호 박사

100번 1,000번을 읽을 가치가 있는 책입니다. 저를 뇌 과학 공부에 발을 들여놓게 해주셨고, 3천권이 넘는 책을 읽을 수 있도록, 그리고 평생 공부할 수 있도록 인도하여 주신 나의 스승 박문호 박사님의 첫 번째 책을 소개합니다. 제가 15년 동안 공부할 수 있었던 에너지는 바로 박문호 박사님의 책을 읽고 이해를 넘어 통째로 암기하는 것이었습니다. 그리고 바라보는 세상은 여태까지 보지 못한 광활한 우주였습니다. 138억 년을 여행하고 너무나도 찬란한 우리의 뇌를 들여다 보는 여행입니다.

대칭, 대칭의 붕괴에서 의식까지 『뇌, 생각의 출현』 '나'는 뇌의 활동입니다. 뇌 세포의 집합적 활동결과로 의식을 생성할 때 비로소 '나'는 존재합니다. 언어와 문화는 뇌 작용의 일부입니다. 인간에 이르러 비로소 '생각한다'는 것이 가능하게 된 기원과 우주와 생명의 탄생에서 시작해 감각과 운동, 기억, 느낌, 의식 그리고 창의성에 이르는 전과정을 탐구합니다.

목차

지은이의 말

1부. 우주와 생명, 생각은 어디에서 오는가

1강. 우주의 대칭이 깨어지다

서서히 밝혀지는 우주의 비밀

초신성, 생명 탄생의 순간

지구로 간 초신성 잔류물

우주의 완전한 대칭이 깨어질 때

대칭의 깨어짐에서 생각은 시작된다

2강. 생명의 탄생

우주적인 시각으로

세포의 탄생

다세포들, 공생을 시작하다

다세포 생물을 움직이는 신경세포의 출현

세포들의 움직임이 하모니를 만들다

움직임이 가져온 것들

3강. 35억 년 전의 지구 생명체

도메인의 진화

지구 생명체의 본질, 산소

원핵세포는 어떻게 진핵세포로 진화했는가

생명은 DNA에서 시작된 다양한 변주곡

4강. 운동하는 신경세포

식물은 녹말로, 동물은 신경 전압 펄스로

신경세포+시냅스+신경세포=?

습관화, 민감화, 학습의 시냅스

축삭의 수초화로 움직임을 즐기다

신경세포, 감각에서 운동까지

5강. 의식으로 가는길

차 의식에서 고차의식까지

감각 정보, 루프를 따라 돌다

비교, 예측, 판단으로 범주화되는 정보들

인식하다, 그리고 행동하다

6강. 신경전달물질의 대이동

신경세포 내 골격의 기원

신경세포 내 골격을 이루는 단백질 사슬 세가지

신경전달물질, 미세소관을 타고 이동하다

글리아세포, 신경전달물질의 원활한 이동을 위하여

7강. 시냅스 막, 생각이 시작되다

생존의 기본 조건

ATP 합성효소, 생체 에너지를 만들다

ATP가 돌고 DNA의 강이 흐르고

ATP, 미토콘드리아를 움직이다

젠체하는 태도를 버리고 다시 세포로 돌아가서

2부. 인간의 뇌, 생각은 어떻게 만들어지는가

8강. 뇌의 발생과 뇌의 구조

뇌의 전면적 지도화

우리 뇌의 생김새

뇌는 어떻게 생겨나는가

관을 중심으로 발생하는 뇌

9강. 뇌, 상상하는 기계가 되다

머리뼈 안에 갇힌 가상 머신

다섯 개의 부위

운동 프로그래머, 전두엽

운동 출력을 선택하는 대뇌기저핵

감각 신호의 전달자, 시상

뇌의 진화, 어류ㆍ양서류ㆍ파충류ㆍ조류ㆍ포유류

10강. 척수, 세밀한 감각에서 정교한 운동까지

운동 시스템의 진화

척수의 구조

감각을 더욱 세밀하게, 후섬유단

발생으로 척수 보기

상행이냐 하행이냐

11강. 각성과 수면의 뇌간 시스템

감각하는 것은 곧 존재하는 것

‘잘’ 운동하게 되기까지

의식의 상태를 결정하는 뇌간 그물형성체

뇌간 그물형성체에서 척수 추체로로

12강. 소뇌, 운동 계획에서 실행까지

소뇌의 세 가지 역할

소뇌 시스템의 핵심은 푸르키녜세포

내부 회로로 운동을 컨트롤하다

3부. 뇌와 감각, 생각이 인간을 움직이다

13강. 보다, 시각과 뇌

‘본다’는 현상

망막, 빛을 받아들이다

빛의 수용 영역

시각 정보는 어떻게 처리되는가

중심와에 맺히다

바늘구멍눈에서 카메라눈으로

14강. 듣다, 청각과 뇌

청각의 진화

내이의 구조

유모세포들의 협연

우리가 소리를 느끼기까지

진동, 전정척수반사 그리고 생각의 출현

15강. 느끼다, 감정의 뇌

감각이 셈세하다는 것

느낌과 감정의 프로세스

촉가의 차 신경로

환각, 환청, 환시 그리고 인식 불능

시각의 착각

16강. 예측하다, 감정의 뇌

존재를 위한 정보 수용기, 생명을 위한 정보 처리기

통증과 쾌락, 동기와 충동 그리고 자각

기본 반사를 바탕으로 예측하다

요동하는 복잡계에서 목적 지향적 복합계로

예측의 경로

예측으로 고통을 극복하다

17강. 움직인다는 것, 뇌와 운동

운동은 곧 의식이다

근육과 신경이 만났을때

근육세포의 운동이 어떻게 생각으로 연결되는가

근육을 움직이는 ATP 합성 머신

18강. 의식한다는 것, 뇌와 의식

의식을 둘러싼 여러 접근들

생각의 기본 조건

생각의 단계 : 시상 - 피질계의 진화

생각의 단계 : 가치 - 범주 기억의 발달

생각의 단계 : 피질 - 시상계와 뇌간 - 변연계의 진화적 연결

19강. 꿈꾸다, 뇌와 꿈

꿈의 상행 활성화 시스템

꿈의 억제 시스템

신경조절물질이 만드는 꿈

꿈의 진화사

꿈이 꿈일 수밖에 없는 이유

20강. 현실 너머를 깨닫다, 뇌와 초월의식

뇌 시스템에도 위계가 있다

인간 뇌 시스템의 위계

억제 회로가 돌면 자아가 사라진다

앤드류 뉴버그의 명상하는 뇌

21강. 창조적으로 생각하다, 뇌와 창의성

창의적인 사람은 뭐가 다를까

창의성은 어디서 오는가

창의성의 세계 = 느낌의 세계

정보의 양이 창의성의 질을 바꾼다

4부. 창조하는 뇌, 대칭이 깨어지고 생각이 확장되다

22강. 대칭이 깨어진 세계에서

빅뱅 이후

대칭의 깨어짐에서 생명이 만들어지다

지구 생명의 조물주, 미토콘드리아

생명의 에너지원 ATP 합성 머신

죽음의 발명

23강. 뷰티풀 마이크로코스모스

우주 구성 입자들은 어떻게 우주의 힘들과 연계되는가

우주 구성 입자의 세계

물리 세계를 이해하는 다섯 가지 방정식

입자물리학의 대칭성

빛의 세계, E = MC

24강. 자발적 대칭 파괴로 생각이 진화하다

학습, 기억 그리고 생각을 바꾸다

뇌의 대칭, 생각의 대칭을 깰 것

참고문헌

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우주의 네 가지 힘이 우주 초기의 완벽한 대칭, 완전한 대칭에서 분화되어 나왔고, 그중에서 우리 생명현상과 관련된 것은 전자기 상호작용이라고 했습니다. 분화되어 나온 힘들 간의 상호관계는 20세기 물리학이 충분히 밝혀놓았죠. 그 힘들로 인해 태양계와 지구의 시스템이 생겨났고 생명의 출현, 의식의 출현으로까지 이어졌습니다.

빅뱅 후 38만 년 동안 우주의 씨앗이 완성되었다

여기서 사실 생명과 최초로 연계되는 것은 초신성 폭발이라는 현상입니다. 초신성이 폭발하면서 나온 강력한 엑스선이 태양계 안의 지구에서 생명체가 진화하는 데 DNA 돌연변이를 일으키는 것으로 생각되고 있죠.

그리고 현대 천문학은 초신성이 터졌을 때 형성된 많은 중금속들이 지구가 만들어지고 지구상에 생명이 출현하는 데 직접적인 관련이 있다고 봅니다. 한마디로 요약하면, “Supernova do it all.” 초신성이 다 했다는 겁니다.

초신성이 우리 태양계를 만들었고, 우리 지구를 만들었고, 어쩌면 지구상의 생명체가 진화해서 초신성이 무엇인지를 밝혀내려는 의식의 출현까지 가져왔다는 겁니다. - p.48~49 중에서

게자리성운 - 초신성 폭발로 무거운 원소들을 흩뿌린다: 제임스웹우주망원경

우리 뇌 활동의 95%는 의식되지 않습니다. 무의식 속에서 계산되죠. 의식 수준으로 올라오는 인식 작용은 5%에 불과합니다. 그래서 아인슈타인이 뇌를 10%밖에 사용하지 못했다는 말은 신빙성 없는 것이죠. 많은 자료를 가지고 그 설이 왜 상식화되었는지 역사적으로 추적해서 밝혀내어 반박하는 인터넷 사이트도 있고, 뇌 과학적으로 봐도 별 의미 없는 이야기입니다.

또 다른 우주 인간의 뇌

의식되지 않는 뇌 활동 중 큰 비중을 차지하는 것이 소뇌에서 하는 계산입니다. 근육의 신경섬유들이 매 순간 움직일 때마다 일어나는 위치감각이나 촉각 같은 여러 정보들, 뇌가 운동할 때 참고해야 할 정보를 철저하게 계산하여 소뇌에서 제공하는 거죠. 그리고 근육의 긴장도를 조절합니다. 우리가 굴곡진 지표면에서 신속하고 정교한 운동을 할 수 있는 것은 우리 몸 전체가 항상 지표면에 대해서 균형을 유지할 수 있기 때문입니다. 연속적인 동작이 가능한 것도 놀라울 정도로 균형을 유지하는 소뇌가 바탕이 된 거죠.

출처 -중앙포토

의식이, 생각이 뭐라고 했습니까. ‘진화적으로 내면화된 움직임’이라고 했죠. 진화적으로 내면화된 움직임이란 움직임으로 인해 다른 차원의 운동이 출현한 것입니다. 즉 상상 속의 움직임이 인간에게 발현된 겁니다. 이 상상 속의 움직임이 바로 우리의 사고 작용이죠. - p.250~251 중에서

100명에 한두 명 있을까 말까 한 특이한 형태가 학습 주도형입니다. 학교를 졸업한 이후에도 적극적으로 학습하는 사람들입니다. 대부분 독서를 통해서 배우죠. 오픈 시스템을 향해 살고 있는 이 사람들의 학습 기억은 가파르게 올라갑니다. 융통성과 판단력, 비전이 탁월해지죠. 학습 주도형의 사람에서는 신념 기억이 균형 잡힌 지식의 힘으로 제어되어 그 맹목성이 올바른 방향의 추진력이 되는 순기능을 하게 됩니다.

이렇게 융통성, 판단력, 비전이 탁월한 학습 주도형 인간이 되려면 어떻게 해야 하느냐. 첫째, 지식의 수준을 높여야 합니다. 베이스캠프가 낮으면 산 정상에 도달하는 게 더 힘들죠. 집요한 학습으로 지식의 총량이 많아지면, 즉 판단력의 기준 바탕이 높아지면 삶의 예측은 더 정확해집니다. 시간과 에너지를 투자해야 합니다. 뇌를 이해하기 위해서 물질 시스템과 시공 모두를 설명하는 양자역학과 상대성이론으로까지 이해의 영역을 넓혀야 하죠.

둘째, 질문을 품어서 성장시켜야 합니다. 질문은 함부로 하는 게 아니죠. 예부터 선사들이 하시는 말씀이 있습니다. “도를 깨치기 위해서는 의심 덩어리가 커야 하고, 강렬한 내적 에너지가 있어야 한다.” 의심 덩어리를 함부로 노출한다든지 간단히 해결했을 때는 공부, 학습의 동력을 잃어버립니다. 그런 질문은 만들기도 어려우며, 한번 얻는 질문은 적어도 5년, 10년 이상 내적으로 질문의 강도를 높여서 학습의 추진력으로 삼아야 합니다. 질문의 힘으로 대상을 보기 시작하면 결국 그 질문이 스스로 답을 찾죠. …… 학습의 균형을 잡아야 합니다. 자연과학 대 인문과학의 비율을 7 대 3 정도로 만들어야 합니다.

셋째, 목표량이 중요합니다. 임계치를 넘어서면 양은 질로 바뀝니다. 그 임계치를 책으로 치면 2천 권 정도 될 것입니다. 2천 권 정도 집요하게 읽다 보면 정보가 서로 링크되면서 정보들 사이에서 변화가 일어납니다. 양이 질로 바뀌는 거죠. - p.479~481 중에서

내가 3천 권이 넘는 책을 읽게해주신 동력이 바로 그 임계치를 몸소 경험해 보고 싶었습니다.

훌륭한 스승과 만남은 내 인생에 내비게이션이 생김이다.

이 책을 읽을 수 없다면 제대로 아는 게 하나도 없다는 것을 스스로 증명하는 일입니다.

박문호 박사 - 경북대학교 전자공학과를 졸업하고, 미국 텍사스 A&M대학교에 유학해 전자공학 석사와 박사 학위를 받았다. 이후 한국전자통신연구원ETRI에서 재직하면서 미세유체 제어소자, 바이오센서, 생체계측 시스템 등을 연구했다. 그러면서도 자연과학의 세계관을 통합적으로 이해하고 싶다는 열망을 버리지 못해, 30여 년간 방대한 양의 자연과학서를 두루 섭렵하면서 삶의 근원을 캐는 공부에 매진했다. 그렇게 얻은 지식과 통합적 안목으로 인해, 그는 이제 오히려 천문학과 물리학, 뇌 과학 분야의 전문가로 통한다.

‘연구공간 수유+너머’, 삼성경제연구원, 서울대, KAIST, 불교 TV, YTN 사이언스 등에서 우주와 자연, 뇌를 주제로 강연해 큰 반향을 일으켰다.2008년, 우주 현상으로서 생명과 생각의 출현을 추적 정리해 펴낸 《뇌, 생각의 출현》은 그해 〈경향신문〉, 〈문화일보〉, 〈조선일보〉, 〈중앙일보〉, 〈한국경제신문〉, 예스24, 알라딘, 인문사회과학출판인협의회 등에서 ‘올해의 책’에 선정되었고, 이듬해 ‘SERI 선정 CEO 여름휴가 필독서’로 꼽히기도 했다.

2013년에는 뇌의 기능과 작용을 바탕으로 인간의 의식과 행동을 탐구한 내용을 600여 장의 그림에 담아 《그림으로 읽는 뇌과학의 모든 것》을 펴냈고, 이 책으로 ‘한국과학기술도서상 저술상’을 받았다. 2015년에는 미래창조과학부와 한국과학창의재단이 수여하는 대한민국과학문화상을 수상하기도 했다.

과학을 말랑말랑한 언어로 풀어 대중화하기보다는 엄밀한 과학을 가르쳐서 대중들의 과학 수준을 높이는 것이 시급하다고 판단, ‘대중의 과학화’를 모토로 시민학습모임을 만들어 10년째 이끌어오고 있다.

이 책에서는 지난 4년간의 강의 내용을 바탕으로, 뇌의 구조와 기능에 대한 한층 깊어진 내용을 선보인다. 뇌 기능의 해부학적 메커니즘을 상세히 설명하고 이를 어떻게 그려가며 숙달할 것인가를 안내할 뿐 아니라, 뇌과학 공부 방법론에서 의식과 기억에 관한 철학적 수준의 논의까지, 그야말로 뇌 공부의 모든 것을 밀도 있게 담았다. 색상, 음영의 정도와 지시선 하나까지 수정해가며 공들여 만든 240컷의 일러스트를 제시하면서 뇌 작용을 감각, 지각, 기억, 꿈 중심으로 설명했다.

처음에는 이해하기 쉽지 않은 대목도 있지만, 굳이 이러한 형식의 글쓰기를 택한 것은 단행본 중심의 독서보다는 철저히 검증된 지식이 집대성된 교과서 중심의 학습이 더 필요하다는 신념의 결과다. 책의 곳곳에 들어 있는 펜화는 모두 저자가 직접 반복해 그린 그림인데, 이 그림들을 토대로 본문의 일러스트가 탄생했다. 특히 본문과 커버 뒷면에 수록된 뇌의 핵심구조 10개는 ‘박문호의 자연과학 세상’ 회원 27명이 3개월의 훈련으로 모두 기억해서, 학습기억 발표 모임에서 5시간 동안 기억을 바탕으로 큰 종이에 그려내기도 했다.얼마 전 오랜 시간 몸담은 한국전자통신연구원을 나와서, 대중들과 더 본격적으로 과학을 공부, 탐사하고, 소통하는 여정에 올랐다.

10,000권의 책을 독파하신 박문호 박사님과 암기하는 것만이 진정한 지식이다 - 핵심적인 지식을 수첩에 옮겨 암기하신다.

취미독서 시간 때우기 독서는 아무 의미가 없습니다. 진정한 독서는 E=mc²과 같은 우주의 본질을 찾는 영원불변의 법칙을 찾아가는 것입니다.

저는 지난 15년 간 인간의 본질이 무엇인지를 찾아 공부했습니다. 인간의 본질을 알기 위해 우주, 태양계 시스템, 지구시스템, 행성시스템, 물리학, 화학, 생물학, 광물학, 수학, 철학, 역사학, 인류학, 경제학, 법학, 뇌과학 그리고 한학을 공부했습니다. 그리고 작게 크게 인간을 탐구하고 관찰하여 인간동물학을 창시하여 교과서를 만드는 일을 시작하려 합니다. 그러한 여정을 갈 수 있도록 이끌어 주신 스승 두 분 인문학은 도올 김용옥 선생님과 자연과학은 박문호 박사님이시죠!