“뇌는 어떻게 이 모든 세계를 만들었는가”
최신 뇌과학 연구와 이론으로 파헤친 인류 역사와 문화, 문명의 근원
신경과학과 뇌-기계 인터페이스 연구의 세계적 석학
미겔 니코렐리스의 뇌와 세계에 관한 혁신적 이론

뇌-기계 인터페이스 연구로 신경과학 분야에서 세계적으로 주목받는 석학이자 『뇌의 미래』의 저자인 미겔 니코렐리스 교수의 신작. 인간의 뇌는 언제 어떻게 출현해 우주에서 경쟁자 없는 유기컴퓨터로 진화했는가? 그리고 뇌는 어떤 식으로 작동해 인간 우주를 창조했는가? 뇌를 이해하는 새로운 관점, 상대론적 뇌 이론이란 무엇인가? 인공지능은 인간의 뇌를 대체할 수 있는가?

30년에 걸친 미겔 니코렐리스의 기초 및 임상 뇌 연구를 토대로 최신 뇌과학부터 수학, 역사, 예술, 양자역학을 넘나들며 우리를 둘러싼 거대한 세계와 뇌의 빅 히스토리를 추적한다. 유발 하라리의 『사피엔스』를 연상시키는, 인류 문명의 근원에 관한 대서사를 뇌과학적 관점에서 밀도 있게 담아내 독자를 뇌의 놀라운 업적과 위대함에 직면하게 한다. 네안데르탈인의 동굴벽화부터 21세기 로봇공학까지 ‘인간 우주’를 구축해온 뇌의 독특한 중심적 위치에 관한 대담한 통찰이 담긴 이 책은 인간의 뇌를 탐구하는 경이로운 지적 모험이자 그 고유함을 기념하는 과학적 선언문이기도 하다.

머리말

1장 태초에 뇌가 있었다

2장 뇌가 진화하다

3장 정보와 논리를 갖춘 유기 컴퓨터 - 섀넌 조금, 괴델 약간

4장 뇌 연속적 실체의 동역학 - 생물학적 솔레노이드와 기능 원리생물학적 원리

5장 상대론적 뇌 이론 - 결국 모든 것은 피코테슬라의 자기력으로 귀결된다

6장 뇌는 튜링기계가 아니다

7장 브레인넷, 동기화된 뇌 - 뇌의 결합으로 사회적 행동을 만들다

8장 뇌 중심 우주론

9장 시간과 공간의 발명

10장 우주에 대한 수학적 기술의 기원

11장 정보 바이러스와 시대정신

12장 디지털 중독의 공격

13장 불멸하는, 인간의 뇌

맺음말

감사의 말

옮긴이의 말

참고문헌

찾아보기

미겔 니코렐리스

“뇌는 어떻게 이 모든 세계를 만들었는가”
최신 뇌과학 연구와 이론으로 파헤친 인류 역사와 문화, 문명의 근원!

신경과학과 뇌-기계 인터페이스 연구의 세계적 석학
미겔 니코렐리스의 뇌와 세계에 관한 혁신적 이론

인간의 뇌는 언제 어떻게 출현해 우주에서 경쟁자 없는 유기 컴퓨터로 진화했는가? 그리고 뇌는 어떤 식으로 작동해 인간 우주를 창조했는가? 뇌를 이해하는 새로운 관점, 상대론적 뇌 이론이란 무엇인가? 인공지능은 인간의 뇌를 대체할 수 있는가? 뇌-기계 인터페이스 연구와 신경과학 분야의 권위 있는 석학이자 미국 듀크대학교 신경생물학 교수인 미겔 니코렐리스의 신작 『뇌와 세계』가 출간되었다. 날카로운 통찰과 논리로 인류의 미래를 뒤바꿀 뇌과학의 전망을 다룬 전작 『뇌의 미래』 이후 9년 만의 신작으로, 이 책에서는 30년에 걸친 니코렐리스 교수의 기초 및 임상 뇌 연구를 토대로 최신 뇌과학부터 수학, 역사, 예술, 양자역학을 넘나들며 우리를 둘러싼 거대한 세계와 뇌의 빅 히스토리를 추적한다.

미겔 니코렐리스는 ‘세계의 사상가 100인’([포린 폴리시]), ‘세계를 이끌어갈 과학자 50인’(의공학부문, [사이언티픽 아메리칸])에 이름을 올리고, 탁월한 연구업적을 낸 과학 리더에게 수여하는 미국립보건원 파이어니어상을 수상한, 신경과학 분야의 세계적으로 주목받는 석학이다. 특히 그의 뇌-기계 인터페이스 연구는 MIT가 발표한 ‘세상을 바꿀 10대 신기술’에 선정되었고, 컴퓨터과학, 로봇공학 등 여러 분야 연구에 영향을 끼치고 있다. 이 책에는 네안데르탈인의 동굴벽화부터 21세기 로봇공학까지, ‘인간 우주’를 구축해온 뇌의 독특한 중심적 위치에 관한 니코렐리스 교수의 대담한 통찰이 담겨 있다. [뇌의 미래]에서 잠시 다루기도 했던 상대론적 뇌 이론을 더 구체적으로 전개하면서, 인간 우주의 신경생물학적 기원을 깊이 천착한다.
이 책은 인간의 뇌를 탐구하는 경이로운 지적 모험이자 그 고유함을 기념하는 과학적 선언문이기도 하다. 뇌의 출현부터 진화 과정, 그리고 유발 하라리의 『사피엔스』를 연상시키는, 인류 문명의 근원에 관한 대서사를 뇌과학적 관점에서 밀도 있게 담아냈다. 나아가 인공지능 기술이 뇌에 가하는 위협에 대한 경고의 메시지를 전하기도 한다.


만물의 진정한 창조자,
뇌의 출현과 진화 과정

“우리의 장대하고 비극적인 역사의 작곡가이자 유일한 건축가가 등장했다. 그는 자연의 가장 심오한 미스터리를 파헤치는 통찰력 넘치는 조사자이고, 인류 기원의 잡힐 듯 잡히지 않는 진리를 쉬지 않고 찾아나서는 탐구자이며, 환상술의 대가이자, 정통에서 벗어난 신비주의자이고, 수많은 재능을 가진 예술가이다. 그리고 모든 호미니드가 머릿속에 품었던 모든 사랑의 몸짓과 꿈, 그리고 환각 속에 영락없는 신경생물학적 음운을 불어넣은 서정 시인이다.”(20-21쪽)

860억 개의 뉴런 깊숙한 곳으로부터 수백만 년에 걸쳐 여러 차례의 진화를 거듭하며 인간의 정신이 등장했다. 수백억 개의 뉴런이 전기생물학적 스파크를 전도시키면서 전자기 상호작용이 발생했고 이 전자기파는 뉴런을 하나의 뉴런 시공간 연속체로 결합해 인간의 이족보행, 도구 제작, 자기 성찰, 정교한 사회 관계 등 놀라운 성취를 이루어냈다.

그렇다면 뇌는 어떻게 진화하여 현재의 정교한 유기 컴퓨터 같은 구성을 갖추게 되었을까? 저자는 약 250만 년 전 시작된 대뇌화 과정, 즉 뇌 크기의 증가와 사회 집단 크기의 확대를 주요 요인으로 삼는다. 이를 뒷받침하는 근거로, 사회 집단이 살아남으려면 각 개체가 뇌에서 창조된 막대한 사회적 정보를 다루기 위해 뇌 크기를 발달시켜야만 했다는 ‘마키아벨리식 지능 이론’과 영장류 사회 집단을 통해 사회적 복합성을 실험한 인류학자 로빈 던바의 연구를 제시한다. 그 외에도 인간의 뇌가 진화하는 데 문화가 중추적인 역할을 했을 것이라는 진화생물학자 조지프 헨리크의 ‘문화-유전자 공진화 이론’을 비롯해 신경과학자 존 올먼의 ‘회백질-백질 관계 입증 연구’, 엔도캐스트(endocast)를 이용한 뇌 형태의 변화 추적 등 여러 분야 학자들의 방대한 연구를 소개하며 뇌의 진화 과정과 호모 사피엔스의 문명화에 대한 서사를 흡인력 있게 이끌어간다.


뇌를 이해하는 새로운 관점,
상대론적 뇌 이론과 뇌 중심 우주론

만약 우리가 영화 [스타트렉]의 외계인 스팍 같은 또 다른 생명체와 소통할 수 있다는 흥미로운 상상을 해본다면 어떨까? 스팍이 사용하는 언어는 물론이고, 우주를 설명하는 관점과 이론, 개념이 우리 인류와 다르리란 것을 쉽게 예측할 수 있다. 이는 미겔 니코렐리스의 대표적 개념적 모델인 ‘상대론적 뇌 이론’을 단적으로 보여주는 예다. 이 책의 배경이론이라 할 수 있는 그의 ‘상대론적 뇌 이론’을 이해하는 데 도움이 되는 핵심적 아이디어는 다음 문장에 담겨 있다. “산다는 것은 결국 에너지를 소산시켜 유기 물질에 정보를 새기는 과정이다.”(62쪽) 입력되는 정보를 우리의 뇌가 물리적으로 새기는 과정은 마치 나무에 나이테가 새겨지는 것처럼, 신경회로의 물리적 구성과 기능적 속성을 변화시킨다. 이런 과정은 ‘학습’과 지속적인 기억 저장으로 이어지고, 결국 인간의 뇌는 에너지 소산 과정을 통해 ‘지식’이라는 엄청난 산물을 얻게 된다는 것이다.

상대론적 뇌 이론이란 바로 중추신경계로 들어오는 수많은 잠재적 정보들을 새기는 과정에서, 인간의 뇌는 자체적으로 비교하고 재생산하며 ‘뇌의 자체적 관점’을 확립하게 되고 이 관점에 의지해 작동한다는 것이다. 즉, 자연현상에서 절대적인 준거틀은 존재하지 않고 우리의 뇌 안에서 상대적으로 형성된 정신적 추상이나 기억 및 학습 과정을 통해 인간의 문명을 비롯한 이 세계가 구축되었다는 것이다. 동굴 벽에 그림을 새기는 일부터 우주선을 만드는 데 필요한 매우 복잡한 인과관계의 지도를 작성하는 일에 이르기까지, 정신적 추상 형태로 인류 누군가의 머릿속에서 시작된 것들이 긴 역사와 진화를 거듭해오며 문화, 신화, 물리학, 예술, 종교 등 인류가 구축해온 것들의 총체인 ‘인간 우주’를 형성했다. 니코렐리스는 이를 기반으로 인간의 뇌를 모든 것의 창조자 위치에 둔 ‘뇌 중심 우주론’ 가설을 완성한다.


생물학적 솔레노이드와
뇌에서 전자기장의 역할

그렇다면 수많은 정보를 처리하고 상호작용하여 정교하게 동기화하는 이 놀라운 생리학적 메커니즘은 뇌 안에서 어떻게 일어나는 것일까? 니코렐리스는 뇌의 백질 루프이자 뇌의 여러 부위를 통합시키는 ‘생물학적 솔레노이드’에서 그 답을 찾는다. 솔레노이드(전류가 통과할 때 전자석으로 작동하는 루프)가 만들어내는 자기장이 뇌 전체의 작동을 동기화하는 역할을 하며, 동기화된 뇌, 즉 브레인넷Brainet을 통해 인간이라는 가장 창조적이고 번창한 사회집단을 탄생시켰다는 것이다.

이 책에는 상대론적 뇌 이론 같은 큰 아이디어 외에도 연구자로서 저자가 제안하는 독특하고 흥미로운 가설이 여럿 등장하는데, 이 솔레노이드 개념과 더불어 뇌에서 자기장이 맡는 역할에 관한 설명이 그렇다. 뇌는 뉴런에서 나오는 신경섬유다발이 이루는 회로라고 볼 수 있는데, 그는 신경섬유다발의 역할이 전류를 전달하는 데 그친다는 기존 학계의 가정에서 시야를 넓혀 신경섬유다발이 만들어내는 전자기장의 역할에 주목한다. 인간의 뇌가 고등한 인지적 능력을 발현하는 이유는 바로 모든 새겉질을 하나의 유기 컴퓨터로 통합하는 데 필요한 접착제 역할을 하는 뉴런 전자기장 때문이라는 것이다. 이로 인해 겉질이나 세포, 분자 같은 뇌 안의 서로 다른 영역들이 하나의 신경생리학적 실체로 모인 뉴런 시공간 연속체가 탄생해 정교한 생리학적 메커니즘을 형성했다는 것이 그의 가설이다.

상대론적 뇌 이론부터 여기서 비롯된 여러 가설들까지, 때로 이해하기 쉽지 않은 대목들이 있으나 도식화한 이미지와 공들인 그림들이 삽입되어 독자의 이해를 돕는다. 또한 물리학자 카를로 로벨리나 리 스몰린, 신화학자 조지프 캠벨 등 세계적 학자의 흥미로운 이론을 소개하기도 하고, 그의 연구실의 한국인 연구자들의 업적, 저자의 한국 방문 에피소드를 들려주기도 하면서 읽는 재미를 높여 준다.


디지털 중독의 공격,
인공지능과 뇌의 미래

인공지능이 최고의 실력을 지닌 인간 바둑기사를 이기는 세상이 도래했다. 그렇다면 터미네이터나 영화 [2001 스페이스 오디세이]에 등장하는 인공지능 할HAL처럼 인공지능은 과연 인간 뇌의 기능을 대체할 수 있을까? 인간 뇌의 정교한 메커니즘이 디지털 컴퓨터에 의해 시뮬레이션 될 수 있을까? 이러한 질문에 미겔 니코렐리스는 현시대를 지배하고 있는 시장교(Church of Market)와 기계 숭배를 비판하며 경고의 메시지를 전한다.

“우리가 잠을 자는 몇 시간 말고는 깨어 있는 시간 내내 디지털 기술에 이렇게 푹 빠져 살다 보면 우리 뇌의 기본적인 작동 방식과 독특한 작동 영역이 빠르게 질적으로 침식당할 것이라 결론 내리고 있다. 더 많은 사람이 한낱 디지털 좀비에 불과한 존재로 변한 세상 말이다. 그럼 초기 호모 사피엔스 부족의 유전자와 문화적 전통을 이어가는 자랑스러운 후손이라는 자긍심, 초라한 영장류에서 기원하였으나 빙하기에서 기근, 역병에 이르기까지 생명을 위협하는 온갖 도전을 이겨내고 번창하여 백질과 회백질의 젤리 비슷한 덩어리, 그리고 1피코테슬라의 자기력으로부터 인간만의 우주를 창조해낸 자랑스러운 존재라는 자긍심은 사라지고 없을 것이다.”(494-495쪽)

그러나 오랜 기간에 걸쳐 인간은, 그리고 인간의 뇌는 수많은 학설과 예술, 과학을 창조하며 문어 (文語)나 인쇄 기술, 새로운 미디어 기술을 통해 공간적으로 떨어져 있는 사람과 서로 다른 시간대에 살았던 사람에게까지 확장하여 인간 브레인넷을 형성하며, 여러 아이디어와 세계관을 공유하고 구축해왔다. 인간의 원초적인 사회적 행동과 우리의 무의식 속 깊이 자리 잡고 있는 집단적인 협력으로 인해 대규모 인간 브레인넷이 형성될 수 있었다는 것이다. 니코렐리스는 이와 같이 에너지를 소산하여 지식을 축적하고, 고도로 응집된 브레인넷을 형성하는 뇌의 고유하고 정교한 메커니즘은 그 어떤 기계로도 대체할 수 없다고 단언하며, 뇌의 빅 히스토리를 파헤치는 이 경이로운 대장정을 끝맺는다.