인간의 대뇌피질을 펼치면 면적이 약 2300㎠에 이르지만 두께는 약 3㎜에 불과하다. 이 얇은 층을 포함한 뇌의 활동에서 냄새의 기억과 시각 경험, 자신이라는 감각이 형성된다. '뇌는 어떻게 마음이 되는가'는 뇌의 물질적 활동에서 주관적 경험이 생겨나는 과정을 탐색한다.

신경과학자 데이비드 E. 프레스티는 원자와 분자부터 기억과 감정, 의식에 이르기까지 22개 장으로 질문을 확장한다.

기초 화학과 생물학에서 출발하는 구성은 뇌를 이해하는 데 신경세포만으로 충분하지 않다는 판단에서 나왔다. 세포막과 이온, 유전자와 단백질의 작용을 먼저 짚은 뒤 신경계로 올라간다.

저자는 UC버클리에서 약 30년간 신경과학을 가르쳤다. 11월 15일 발행을 앞둔 이 책에는 전공이 다른 학생들에게 복잡한 연구 내용을 풀어낸 강의 경험이 녹아 있다.

◇ 원소와 세포막에서 시작하는 뇌의 작동
초반부는 원소의 성질과 화학 결합, DNA와 단백질 등 생명의 재료를 살핀다. 주기율표와 분자생물학이 발전한 과정을 따라가며 신경과학의 밑바탕을 설명한다.

카밀로 골지와 산티아고 라몬 이 카할이 신경세포의 모습을 밝혀낸 연구도 다룬다. 세포의 구조가 알려져야 뇌에서 정보가 움직이는 방식을 이해할 수 있다는 것이다.

뉴런의 세포막에서는 이온의 이동으로 전압이 달라지고 전기 신호가 발생한다. 서로 떨어진 뉴런 사이에서는 시냅스와 신경전달물질이 정보 전달을 이어간다.

책은 아세틸콜린, 글루탐산염, GABA 등 서로 다른 역할을 하는 물질도 살핀다. 약물이 신경계에 영향을 미치는 원리와 뇌에서 흥분과 억제가 균형을 이루는 문제로 논의를 넓힌다.

◇ 눈과 코가 받아들인 정보가 경험이 되는 길
감각을 다루는 장에서는 눈에 들어온 빛이 곧바로 보이는 세계가 되지 않는다는 사실에 주목한다. 망막에서 바뀐 신경 신호를 뇌가 처리하고 조합해 시각 경험을 만든다.

코로 들어온 냄새는 화학물질의 자극에서 시작한다. 후각 정보가 뇌에서 처리되는 과정은 특정한 냄새가 오래된 기억이나 감정을 불러오는 경험과 연결된다.

혀가 맛을 구별하는 방식, 귀가 소리를 전기 신호로 옮기는 과정도 살펴본다. 피부의 촉각과 몸의 위치 감각은 뇌가 바깥 세계뿐 아니라 자신의 신체를 어떻게 파악하는지 보여준다.

뇌를 직접 열지 않고 살피는 CT, MRI, PET 등 영상기술의 발전도 소개한다. 살아 있는 뇌의 구조와 기능을 관찰하는 방법은 기억과 감각을 연구하는 범위를 넓혔다.

◇ 기억·수면을 지나 의식의 난제 앞에
후반부에서는 학습과 경험이 신경회로를 변화시키는 신경가소성을 다룬다. 기억의 형성과 수면, 꿈과 감정의 관계도 뇌의 지속적인 변화라는 맥락에서 살핀다.

영화 '2001 스페이스 오디세이'에 나오는 인공지능 컴퓨터 '할'은 책의 출발점에 놓인 질문이다. 인간처럼 행동하는 기계에도 의식이 존재한다고 말할 수 있는지 묻는다.

프레스티는 뇌의 활동과 마음이 밀접하게 연결돼 있다는 연구를 설명하면서도, 신경 활동이 어떻게 주관적인 '나의 경험'이 되는지는 미해결 문제로 남겨둔다. 물질만으로 의식을 모두 설명할 수 있는지도 검토한다.

과학사의 발견을 따라간 여정은 다시 인간이 누구인가라는 질문으로 돌아온다. 뇌의 작동을 설명하는 지식과 의식의 본질에 대한 해답 사이에 아직 남아 있는 간격을 드러낸다.

△ 뇌는 어떻게 마음이 되는가/ 데이비드 E. 프레스티 지음/ 이은정 옮김


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