뇌의 정보처리와 저장 그리고 미래

뇌 과학을 연다(2)

서로 떨어진 뉴런들은 어떻게 정보를 주고받을까요? 뉴런에서 뉴런으로의 정보 전달은 뉴런의 입출력 장치 역할을 하는 ‘시냅스’가 담당합니다. 시냅스는 전기신호를 받으면 화학 물질을 분비합니다. 이 화학 물질은 정보 전달의 목적지로 가는 경로 상에 놓인 근접 뉴런의 시냅스로 전달됩니다. 그러면 근접 뉴런의 시냅스는 화학 물질을 다시 전기신호로 바꿔 정보를 전달하게 됩니다. 이들 시냅스에서 분비되는 정보 전달용 화학 물질을 ‘신경전달물질’이라고 부릅니다. 흔히 들어봤던 도파민, 세로토닌 등이 바로 뉴런과 뉴런 사이의 정보를 전달하는 역할을 하고 있습니다. 신경전달물질의 양에 따라 뇌가 지나치게 병적으로 흥분하거나 아니면 침묵을 지키기 때문에 이들 신경전달물질은 오래전부터 알츠하이머나 파킨슨병 등 뇌 질환의 치료제 개발을 위해 중요한 도구로 연구되고 있습니다. 기억은 어디에 저장되는 것일까요? 뇌 과학에서 끊임없이 탐구한 주제 중 하나는 정보를 저장하는 곳, 즉 우리가 보고 듣고 생각하는 모든 것이 어떤 식으로 뇌에 자취를 남기느냐하는 문제입니다. 과학자들은 사람이 학습을 하면 뉴런으로 정보가 전달될 때 입출력장치 역할을 하는 시냅스에서 일정한 물질적, 구조적 변화가 일어나는 것을 발견했습니다. 이것을 근거로 현재 과학자들은 특정한 곳에 정보가 저장되는 것이 아니라 뉴런이 정보전달자인 동시에 저장소 역할까지 한다고 믿고 있습니다. (‘벤 에플렉’이 주연한 영화 ‘페이첵’을 보면 주인공의 기억을 지우기 위해 뉴런에 저장된 동영상 정보를 확인해서 파괴하는 장면이 나옵니다. 기초적인 뇌 과학 이론과 영화적 상상력이 뭉쳐서 작품을 탄생시킨 거죠. 뇌의 정보전달과 기억이 기본적으로 전기신호이기 때문에 과학 기술이 발전한다면 미래의 언젠가 실제로 이런 일이 벌어질지도 모릅니다.) 뇌 세포에 저장되는 기억은 어지럽게 여기저기 널려 있지 않고 마치 컴퓨터 하드디스크에 주제별로 디렉토리를 만들어 자료를 보관하듯이 뇌의 특정 부위에 분류되어 저장되는 경향을 보입니다. 이 때문에 전두엽이라든가 측두엽 등등 뇌의 부위마다 기능과 역할이 차이가 나는 것입니다. 파킨슨병과 알츠하이머 연구의 일인자로 불리는 영국의 ‘수전 그린필드’ 교수는 지난 90년대를 ‘뇌의 10년’이라고 말합니다. 뇌에서 방출되는 특정 화학물질의 새로운 발견과 스캔을 통해 활성화되는 뇌의 영역 확인 등 과거엔 불가능했던 뇌 과학 연구들이 살아있는 사람의 두뇌를 관찰하며 진행될 수 있게 된 시대였기 때문입니다. 하지만 그녀는 90년대 비약적인 뇌 과학의 발전은 뇌라는 미지의 세계를 탐구하는 모험의 시작일 뿐이며 21세기는 그 동안 진행된 단편적인 뇌의 연구를 뛰어넘어 전체로서의 뇌가 어떻게 작동하는지 뇌가 어떻게 감정과 의식을 생성하는지를 밝혀내는 ‘마음의 세기’가 될 것이라고 말합니다.

조문기 기자 [moon@imbc.com] - 2000년 입사 - '날씨와 생활' 진행 - 정보과학부, 문화과학부 (과학기술부, 기상, 의학 담당) -현 사회정책팀

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