제1장. 위대한 질문 제2장. 자아를 찾아서 제3장. 가장 설명하기 어려운 장치 제4장. 뇌 만들기 제5장. 시간 속의 모험 제6장. 작은 변화 제7장. 정신 3부작 제8장. 다시 찾아온 감정적 뇌 제9장. 잃어버린 세계 제10장. 시냅스 질환 제11장. 당신은 누구인가?
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뉴런들 사이의 공간인 시냅스는 우리가 생각하고, 행동하고, 상상하고, 느끼고, 기억하는 통로다. 즉, 시냅스는 우리 각자를 독립적이고 복합적인 개체로 기능하도록 매순간 도와준다. 여기에 세계적으로 저명한 뇌과학자인 조지프 르두가 개척적이고 심오한 이야기를 들려준다. 그는 뇌가, 특히 시냅스가 어떻게 퍼스낼러티를 만들고 유지하는지에 대해 설명해준다. 본성 대 양육이라는 오래된 논쟁의 어느 한 편을 지지하지 않으면서, 르두는 양쪽의 주장이 시냅스 연결과 퍼스낼러티에 어떻게 기여하는지 그리고 우리가 누구이고 인간답게 만드는 것이 무엇인지에 대해 설명하고 있다. 예를 들어, 뇌 발달은 본성-양육 논쟁의 주요한 전장이다. 마음과 행동의 특징들이 유전자에 의해 더 많이 결정되는가, 환경에 의해 더 많이 결정되는가 하는 것은 가장 단순한 형태의 논쟁이다. 마음과 행동의 특징들이 뇌기능에 좌우되고, 시냅스 방식으로 연결된 회로들이 뇌기능의 바탕이기 때문에, 본성-양육 논쟁은 기본적으로 발생과정 중에 어떻게 회로들이 형성되는가라는 질문으로 환원될 수 있다. 오늘날에는 태어날 때 뇌가 빈 서판으로 되어 있어서 경험에 의해 기록되기를 기다린다거나, 반대로 뇌가 특별한 방식으로 행동하고, 생각하고, 느끼는 소양이 유전적으로 미리 결정되어 있는 불변의 레퍼토리라고 심각하게 주장하는 사람은 없다. 대신에 뇌 회로는 유전적 영향과 비유전적 영향 간의 혼합을 통해 나타난다는 주장이 널리 받아들여지고 있다. 따라서 최근의 논쟁은 본성만이 또는 양육만이 배타적으로 뇌 형성에 기여한다는 이분법적 주장에서 많이 벗어나 있다. 마음과 행동에 대한 질문과 관련하여, 본성과 양육이 동일한 과업 - 시냅스로 연결된 회로를 만드는 - 을 수행하는 두 가지 방식이라는 점과, 이 과업을 완수하는 데는 둘 다 필요하다는 점을 인정한다면 사실상 이분법은 녹아 없어져 버릴 수 있다. 흔히들 경험은 뇌에 기억이라는 기록을 통해 흔적을 남긴다고 생각하는데, 기억이 바로 시냅스의 산물이다. 반면 유전자도 기억의 형태로 우리에게 영향을 미친다고 생각하는 사람은 그리 많지 않다. 그러나 이러한 생각도 그다지 틀렸다고 할 수 없다. 물론 이 경우에 시냅스의 기억은 개인사의 흔적으로서가 아니라 조상사의 흔적으로서 나타난다고 보아야 할 것이다. 결국, 시냅스는 우리 뇌가 새로운 경험을 할 때마다 변한다.
시냅스란? 시냅스는 신경세포인 뉴런과 뉴런 사이의 작은 틈이다. 하나의 뉴런이 활성화되면, 전기적 충격이 뉴런의 신경섬유를 타고 내려와 최종적으로 그 말단에서 화학물질인 신경전달물질을 분비하게 한다. 이 전달물질은 시냅스 사이 공간을 건너, 전달되는 뉴런에 있는 수상돌기에 결합하여 시냅스 작동이 이뤄진다. 본질적으로 뇌가 하는 모든 일은 이러한 시냅스 전달과정에 의해 완수된다. 뇌기능에서 시냅스전달의 중요성을 감안할 때, ‘시냅스가 곧 나다’라는 말은 사실상 자명한 이치다. 그것이 아니면 무엇이겠는가? 그러나 이런 결론을 달갑지 않게 여기는 사람들도 많을 것이다. 틀림없이 상당수의 사람들은 자아란 본성상 신경현상이 아니라 심리적 · 사회적 · 윤리적 · 심미적이며, 또한 영적인 것이라며 반박할 것이다. ‘시냅스 자아’ 이론은 이런 관점들에 대립되는 것이 아니다. 그것은 차라리 심리적 · 사회적 · 윤리적 · 심미적이며 또한 영적인 자아가 실현되는 방식을 기술하려는 시도다.
갈바니의 개구리 다리 시냅스 공간을 사이에 두고 어떻게 정보 전달이 이루어지는지를 알기 위해서는 먼저 하나의 뉴런의 신경섬유를 타고 정보가 흘러가는 방식부터 이해할 필요가 있다. 그래서 시냅스전달이 어떻게 이루어지는지를 살펴보기 전에 먼저 신경전도 과정부터 살펴보자. 1770년대 비엔나의 외과의사 메스머는 쇠 자석을 이용해서 여러 가지 육체적 · 정신적 질병을 치료했는데, 나중에는 자석 없이도 환자의 눈을 응시하거나 아픈 부위 위로 손을 흔드는 방법으로 비슷한 효과를 거둘 수 있다는 사실을 깨달았다. 이 방법은 최면술의 효시가 되었다. 메스머는 자석에 민감한 어떤 신 기한 액체가 인간 신체를 비롯하여 우주상에 존재하고, 메스머 자신의 동물적 자기력을 이용하여 환자의 액체에 치료효과를 줄 수 있다고 생각했다. 그 당시만 해도 신경생리학에 대해 거의 알려진 바가 없었으므로 동물 자기장이론 같은 터무니없는 이론도 그럴듯하게 보였다. 몇 년 뒤 이탈리아의 갈바니는 황동 고리에 꿰어 쇠창살에 매달아 놓은 개구리 뒷다리가 비 오는 날 번개에 의해 움찔움찔 움직이는 것을 목격했다. 또한 그는 개구리 다리의 상처에 있는 신경을 쇠막대로 대고 다른 쇠막대를 근육에 접촉하기만 하면, 언제든지 다리가 순간적으로 움직인다는 사실도 깨달았다. 이것은 사실상 최초의 건전지였다. 메스머의 경우처럼 갈바니는 쇠막대가 개구리의 생명기운을 불러일으켰다고 결론지었다. 동물전기가 과학적 현상이 아니라 초자연적 현상으로 받아들여졌던 것이다. 수 십 년 뒤 또 다른 이탈리아의 학자인 마테우치가 신경에 흐르는 진짜 전기력을 처음으로 측정했다. 독일에서는 뮐러와 보이스-레이몬드가 이 발견의 중요성을 알아차리고, 신경에 흐르는 전기를 신비주의로부터 과학의 영역으로 되돌려 놓았다. 그 당시의 가설은 신경이 전선과 같이 전기를 전도시킨다는 것이었다. 그러나 보이스-레이몬드의 제자였던 헬름홀츠는 실험을 통해 이와는 다른 주장을 내놓았다. 그는 근육신경에 가해지는 자극들 사이의 시간 차이, 신경의 길이, 근육의 수축 정도를 관찰함으로써 개구리 신경섬유에서 전기전도가 일어나는 속도를 측정했다. 계산된 속도는 대략 초당 40m(시속 약 60km)로 빠른 속도였지만, 거의 광속에 가까운 전선의 전기 전달 속도에 비하면 너무 느렸다. 이렇게 간단하지만 유용한 실험을 통해 신경에서 특별한 방법으로 전기가 흐른다는 사실이 자명해졌지만 그 설명 방식은 독특했다. 여기서 전기는 전선에서처럼 수동적으로 흐르는 것이 아니었다. 신경을 통해 전달되는 맥박은 생물학적으로 전파되고, 수동적인 물리적 전도과정에 비해 훨씬 더딘 일련의 전기화학적 반응들을 거치며 이동한다. 생물학적으로 전파되는 신경에서의 맥박을 ‘활동전위’라고 부른다. 이 놀라운 전기적 현상은 세포체에서 축삭이 시작되는 지점에서 발생한다. 한번 발생하면 그것은 축삭을 따라 말단까지 진행하는 파동처럼 이동한다. 이런 전파는 신경을 따라 마치 도미노현상처럼 일어난다. 축삭의 세포막 어느 한 지점에서 발생한 전기적 변화가 바로 옆 자리의 세포막에서 똑같은 전기적 변화를 유발하면서 도미노현상을 일으키듯 말단까지 도달한다. 활동전위는 인위적인 전기적 자극에 의해서도 촉발될 수 있지만, 통상 뉴런이 시냅스 입력을 수용할 때 발생된다. 야심만만한 여러 신경과학자들에 의해 축삭에서 일어나는 전기적 전파과정의 원리가 밝혀졌는데, 이것들이 바로 우리가 지금 알고 있는 뉴런의 작동원리다. 이 연구들은 오징어의 거대축삭을 이용해 이루어졌다. 그것은 크기가 커서 전기전도를 연구하기에 적절했다. 그 가운데서 특히 영국의 호지킨과 헉슬리가 1940년대에 수행한 연구가 유명하다. 그들은 옴의 법칙(전압은 전류와 저항을 곱한 값이다)을 토대로 축삭에서 일어나는 전기적 전달의 기본 특징들을 수학적으로 규명해 냈다. 호지킨-헉슬리 방정식은 오늘날에도 축삭에서의 전류, 전압, 저항을 계산하는 데 사용되고 있다.
시냅스만으로 충분한가? 뇌기능에서 시냅스의 중요성을 강조한다고 해서 다른 인자들의 역할을 무시하려는 것은 아니다. 예를 들어, 한 세포가 스스로 발화하는 것은 그 세포가 가지고 있는 특정한 전기적, 화학적 특성들에 의해 규정된다. 이를 내인성 특성이라고 부르는데, 시냅스전달이나 시냅스조절 등에 의해 매개되는 다른 세포로부터의 외인성 영향들과는 구분된다. 한 세포의 내인성 특성은 유전적 요인을 강하게 받으며, 그 세포가 하는 많은 일들(시냅스전달에 참여하는 능력까지 포함하여)에 영향을 준다. 그러나 심리학적 기능과 행동학적 기능들은 시냅스들로 연결된 세포 덩어리에 의해 매개되며, 각각의 뉴런들이 따로따로 작용하는 것이 아니라 함께 작용한다. 따라서 한 세포의 내인성 특성이 정신 생활과 행동에 끼치는 공헌은 그 세포가 회로 상에서 수행하는 역할을 통해 이루어진다. 시냅스 자체는 뇌가 하는 모든 일들을 설명하지 못하더라도 우리가 하는 행동 하나하나, 생각 하나하나, 우리가 표현하고 느끼는 감정 하나하나에 핵심적으로 개입한다. 시냅스들은 궁극적으로 뇌의 수많은 기능들에 대한 열쇠이며, 자아에 대한 열쇠다.
내가 누구인지를 학습하기 지난 몇 십 년간 뇌에서 벌어지는 학습과 기억 과정들에 대한 연구가 급속히 진전되었다. 이 책의 많은 부분은 암호화하기, 저장하기, 시냅스 기능의 뿌리에 대한 새로운 이해를 토대로 하고 있다. 학습과 그것에 의한 시냅스의 결과물, 그리고 기억은 한 인간이 평생을 살아가는 동안 자신의 퍼스낼러티를 구축하는 데 중요한 역할을 한다. 학습과 기억이 없다면 퍼스낼러티란 단지 황량하고 텅 빈 유전자 구조의 껍데기일 뿐이다. 학습 덕분에 우리는 유전자들을 뛰어넘는다. 소설가 살만 루시디가 말했듯이, “우리에게 자신이 누구인지를 가르쳐주는 것은 인생이다.” 우리의 유전자들은 우리가 행동하는 방식을 한쪽으로 기울게 한다. 그러나 우리가 하는 일과 그 일의 방식을 책임지는 뇌의 시스템들은 학습에 의해 형성된다. 쥐는 본능적으로 고양이를 두려워한다. 하지만 고양이가 나타날 장소가 어딘지 학습함으로써, 다시 말해 고양이가 근처에 있을 때 어떤 소리 또는 어떤 냄새가 나는지 학습함으로써 그 쥐는 더 오래 살 수 있다. 이런 정보를 공포 시스템에 저장한 쥐는 그렇지 못한 쥐보다 더 약삭빠르기 때문에 더 오래 살 것이다. 이와 유사한 현상이 대부분은 아닐지라도 상당수 뇌 시스템들에서 일어난다. 오늘 암호화하고 저장한 정보가 내일 뇌 시스템들이 기능하는 방식에 심대한 영향을 미친다. 자신이 누구인지에 대한 지식, 자신이 생각하는 방식에 대한 지식, 타인이 자신을 어떻게 생각하는지에 대한 지식, 특정한 상황에서 자신이 어떤 행동 전형을 보일지에 대한 지식은 대개 경험을 통해 학습되며, 우리는 기억을 통해 이 정보에 접근한다. 학습과 기억이 없다면, 오늘의 내가 어제의 나와 일치하는지 또는 내일의 나와 일치할 것인지 알 수 없다. 학습과 기억이 없다면, 사람은 유전자들에 의해 제공된 앙상한 퍼스낼러티를 갖게 될 것이며 그나마 그것에 대해 아는 바가 별로 없을 것이다. 그러나 학습과 기억은 명시적 ‘자아-지식’을 초월하는 방식으로 퍼스낼러티에 기여하기도 한다. 다시 말해, 뇌는 의식적 자각 바깥에서 기능하는 네트워크들에 포함되어 있는 많은 것들을 학습하고 저장한다. 이 학습된 성향들은 마음과 행동의 모든 측면에 영향을 미치며, 매순간 기능적인 측면에서 우리가 자신에 관해 의식적으로 알고 있는 바에 못지않게 중요하다.
총 
바보 빅터
