1장. 두뇌는 진화한다 -1

두뇌는 궁극적으로 성격, 문화, 언어, 이성의 기반이다. 이런 뇌의 통합성은 당연하게 들릴지 모르지만 사실은 아주 놀랍고도 새로운 대발견이다. 최근에야 우리는 두뇌가 실제로 작동하는 방식에 대해 추측할 수있게 되었다. 두뇌는 진화해 왔다. 폴 맥린이 1967년에  세가지 두뇌 모델을 제안했다.  파충류 뇌라고 불리는 두뇌 본거지는 생존을 위해 필요한 명령중추가 위치한 곳이다.  명령중추는 수면, 각성, 호흡, 온도조절, 기본인 자동적 움직임을 조절한다.  그리고 감각 입력정보의 정거장이기도 하다. 다음은 변연계를 포함한 원시포유류 두뇌이다. 이 영역은 우리의 기억과 정서를 담당하며, 사회적 적응을 위한 신체내부 규제를 강화한다. 그리고 생존을 위해 움직임을 정교하게 만들고 수정하고 조율한다. 마지막으로 신포유류 두뇌가 발달했다. 이영역은 미세한 조정, 연상, 추상적인 생각, 계획 능력을 담당하고 새로운 도전에 반응하게 한다.  소뇌는 운동 시스템의 균형과 정확성을 이끌기 위해 진화했지만, 다른 두뇌기능에도 큰영향을 미친다.

 

인간의 두뇌에는 수천억 개의 뉴런이 있고, 그보다 10배나 많은 세포가 뉴런들이 행하는 계산을 돕고 있다.  뉴런들은 수상돌기와 촉색돌기로 알려진 나무처럼 생긴 돌기들이 여기저기 뻗혀 연결되어 있는데, 시냅스라는 작은 조직에서 마무리 된다. 시냅스는 두뇌 연구의 주체가 되고 있다.  대부분 학습과 발달이 두뇌에서 이러한 연결이 약화되거나, 강화되는 과정을 통해 일어나기 때문이다. 수 천억 개의 뉴런들 하나하나는 다른 뉴런들과 적게는 하나에서, 많게는 만개에 이르는 시냅스 연결을 유지한다.  연결은 전기적 신호가 화학적 신호로 변형 되었다가 다시 전기적 신호가 되는 공간, 즉 시냅스 사이의 작은 공간에서 일어난다.

 

유전자는 초기 두뇌 발달의 방향을 상당부분 결정하지만, 두뇌가 어떻게 반응할지를 결정하는 절대적인 힘은 없다. 유전자가 중요하긴 해도 결정적이지는 않다. 우리가 세운 목표뿐만 아니라  우리가 선택한 운동, 수면, 식단, 친구 활동들도 유전자만큼 이나 삶을 바꿀 힘을 지녔다. 두뇌는 유전적으로 미리 결정된 프로그램을 실행하는 컴퓨터가 아니다.  수동적이고 무기력한 존재는 더욱 아니며, 환경적 영향을 그대로 받아들이는 것도 아니다. 유전자와 환경은 정자와 난자가 수정되는 순간부터 죽을 때까지 상호작용하며 두뇌를 변화시킨다. 유전자가 허용하는 한도 내에서 두뇌의 소유자는 평생 두뇌 발달 과정을 적극적으로 만들어낸다.

 

분명 두뇌 발달 과정의 상당 부분은 태아 또는 아이일 때 결정된다. 하지만 임신기, 유년기, 성인기, 노년기 시절에 두뇌 발달과정을 조율하는 요인도 많다. 아버지의 미소, 운동, 체스게임도 두뇌 발달에 영향을 미친다. 다시말해 두뇌 발달은 평생 계속 되는 과정이다. 우리의 자유의지는 두뇌 발달은 물론 궁극적으로 우리의 삶을 이끄는 가장 강력한 힘이다. 실제로 경험, 생각, 행동, 정서는 두뇌 구조를 바꾼다. 두뇌를 약해지거나 강해지는 근육처럼 여긴다면, 우리는 어떤 사람이 될지 결정할 수 있는 능력을 키울 수 있다. 어떻게 두뇌가 발달하는지 이해한다면, 건강하고 활기 차며 장수하는 쪽으로 두뇌를 발달시킬 수 있다. 두뇌는 깔끔하게 조직화된 시스템이 아니다. 1000억개의 신경세포들은 무성한 정글에 비유할 수 있다. 두뇌는 둥근 세포에서  축색돌기와 수상돌기가 자라난 뉴런들로 가득하다. 각 신경세포는 하나의 축색돌기와 10만개의 수상돌기를 갖는다.  수상돌기는 뉴런이 다른 뉴런으로부터 정보를 얻는 주요 통로이고(배움), 축색돌기는 정보를 다른 뉴런에 전달하는 주요 통로다 (가르침).  축색돌기와 수상돌기 그리고 그들 사이의 연결은 어느 정도 변경되거나, 강화될 수 있으며 심지어 재성장 할 수도 있다.

 

캘리포니아 마이클 머처닉은 다람쥐 원숭이로 컴퓨터 영상기법으로 실험을 했다. 컴퓨터 영상에서 손가락을 움직일 때 활발해지는 두뇌의 영역이 커졌다. 작은 컵을 능숙하게 다루면서 그 부위는 점점 더 커지고, 그 임무를 담당하는 세포수도 늘어났다. 하지만 피질 뉴런들은 컵에 익숙해진 뒤 다시 줄었다. 관련 기술이 습관적으로 몸에 베게 되면 그 기술은 저차원 두뇌 부위로 이전된 것이다.  두뇌 집행영역의 확장 부분인 대뇌피질은 더 이상 그 기술을 습득하고 원숭이 손을 이끌기 위해 노력할 필요가 없었다. 사용되는 두뇌 명령영역, 즉 통제중추의 크기는 줄어들어 원래대로 돌아가고,  다른 것들을 배울수 있도록 뉴런을 놓아준다. 특정 기술을 몸에 익히려면 피질의 뉴런들을 더 많이 사용해야 하며, 기술이 습관적으로 나올 정도가 되면 사용되는 피질부위는 줄어든다.

 

우리 두뇌는 단순한 척추동물에서 발견되는 세가지 기본 요소를 갖고 있다.  척수의 최상위에 있는  후뇌는 얼굴과 목구멍의 감각과 근육운동을 통제한다. 조금 더 머리중심부쪽에 있는 중뇌는 눈의 움직임과 기본적인 청력과 시력을 담당한다. 전뇌는 가장 놀라운 발전을 하였는데, 피질의 뉴런들을 서로 연결하는 백색질의 섬유인 대뇌피질도 이에 속한다. 이러한 영역은 자율신경과 운동기능을 조율한다. 피질은 두개골 바로 아래 있는뉴런들의 층이다. 인간두뇌는 포유류 두뇌와 같은 유형의 기관과 뉴런을 갖고 있다. 뉴런들 사이의 화학적 전달자인 신경전달 물질도 역시 같다.  인간 두뇌 기능을 시험하기 위해 쥐와 원숭이를 이용하는 이유도 이 때문이다.  동물의 경우 두뇌에서 가장 작은 부위가 피질이다. 하지만 인간 두뇌는 피질이 80%를 차지한다. 인간 두뇌 발달은 정자가 난자에 침투하는 순간부터 시작된다. 이후 접합체는  나뉘기 시작한다. 2개, 4개, 8개, 16개로 나뉘다가 결국 수많은 세포가 생긴다. 세포분열은 계속되어 8주 무렵이면, 두뇌가 세 부분으로 발전한다.