기억의 미래

“저장된 과거를 넘어 미래를 위한 상상과 창의성을 발휘하는 혁신을 동시에 이뤄내는 우리 뇌의 신비로운 능력을 소개하는 책.” -이인아 서울대학교 대학원 뇌인지과학과 교수 “기억을 데이터가 아닌 ‘재구성의 예술’로 이해할 때, 우리는 비로소 과거를 통해 더 나은 미래를 상상할 수 있다.” -정재승 KAIST 뇌인지과학과 교수 및 융합인재학부 학부장 35년 넘게 ‘기억’을 연구해온 해마 연구의 세계적인 권위자, KAIST 정민환 교수가 찾아낸 인류 발전의 원동력 생물학적으로 따져봤을 때, 인간은 특출난 존재가 아니다. 그러나 지구상에서 문명을 발전시킨 생물종은 인간이 유일하다. 도대체 어떤 차이가 이런 결과를 만들어낸 걸까? 심심에서 출간한 《기억의 미래(A Brain for Innovation: The Neuroscience of Imagination and Abstract Thinking)》를 쓴 KAIST 정민환 교수는 그 이유를 인간의 ‘혁신 능력’에서 찾는다. 그리고 혁신을 가능하게 한 능력은 바로 ‘추상적 개념을 사용한 자유로운 상상’이라고 말한다. 오랜 시간 ‘기억’에 대해 연구하며 기억에 관여하는 핵심 영역인 해마 연구의 세계적인 권위자인 저자는, 이 책에서 현대 뇌 과학이 이룬 상상과 추상적 사고에 관한 주요 발견과 통찰을 되짚어본다. 또한 인공지능 시대를 살아가는 인류의 가능성으로 논의를 확장한다. 총 4부로 이루어진 이 책은 기억에서 시작해 상상과 추상적 사고로 범위를 넓히며 최신 뇌 과학 연구가 밝혀낸 혁신 능력의 기저를 찾는다. 1부에서는 현재까지의 해마 연구 결과들을 돌아보며 해마가 기억뿐만 아니라 상상에도 관여한다는 사실을 짚어낸다. 2부에서는 뇌 신경학적으로 상상이 어떻게 이뤄지는지 좀 더 구체적인 작동 과정을 살펴본다. 3부에서는 인간이 가진 고도의 추상적 사고 능력의 작동 과정을 뇌 과학과 고인류학, 인공 신경망 등 다양한 분야를 넘나들며 탐구한다. 4부에서는 상상과 추상적 사고 능력이 어떻게 혁신적인 미래를 만드는지 내다본다. 또한 점점 우리의 실생활과 밀접한 관련을 맺고 있는 인공지능 이야기와 더불어 우리가 갖춰야 할 태도에 관한 논의도 빠트리지 않는다. 마지막으로, 부록에서는 전문적인 지식을 원하는 독자들을 위해 최신 연구와 학술적 성과를 소개한다. 인류는 어떻게 문명을 발전시킬 정도의 혁신을 이뤄낸 것일까? 기억과 상상, 추상적 사고를 한데 아우르는 인간의 ‘혁신 메커니즘’을 소개하는 《기억의 미래》는 신경과학, 심리학, 인류학, 인공지능 분야의 최신 연구 결과를 종합해 인간의 잠재력을 살펴보고, 우리가 나아갈 방향을 제시하는 길잡이가 될 것이다. “기억은 과거를 저장해 미래를 그리는 능력이다” ‘모사-선택 이론’으로 밝혀낸 혁신의 열쇠! 기억과 상상의 중심, 해마 인류는 어떻게 찬란한 문명을 발전시킬 수 있었을까? 정민환 교수는 인류 문화와 문명의 발전은 인간이 가진 ‘혁신 능력’ 덕분이라고 말하며, 인간이 혁신을 이뤄낼 수 있는 이유를 ‘추상적 개념을 사용한 자유로운 상상’에서 찾는다. 그렇다면 인간은 어째서 다른 동물과는 달리 추상적인 개념을 활용해 상상할 수 있는 걸까? 《기억의 미래》는 바로 이 질문을 탐구하는 책이다. 저자는 이 질문의 답을 찾는 여정을 ‘기억’에서 시작한다. 저자의 연구팀은 기억과 상상을 연결해 새로운 미래를 만드는 인간의 혁신적인 능력을 ‘모사-선택 이론’으로 이름 지었다. ‘모사-선택 이론’이란 해마가 단순히 과거 사건을 기억하는 데에서 그치지 않고 미래를 대비해 최적의 행동 계획을 수립하고 시뮬레이션해 학습한다는 이론이다. 해마에는 CA1와 CA3 신경망이 있는데, CA3는 강력한 회귀 투사를 기반으로 상상과 창의적 시뮬레이션을 담당하고, 함께 해마를 구성하는 CA1 신경망은 효용가치 정보를 표상한 가치 평가를 담당한다. 우리는 해마가 주로 기억을 담당한다고 알고 있다. 하지만 지금까지 진행된 여러 연구에 따르면 상상 또한 해마의 역할이라는 사실이 밝혀졌다. 해마가 손상된 사람들에게 특정한 내용을 제시했을 때 구체적으로 상상하는 능력이 현저히 저하된 현상이 그 증거다. 이는 기억의 뇌 신경 메커니즘에서 중요한 역할을 담당하는 해마가 사실 상상에도 관여함을 보여준다. 수면 중인 쥐의 장소세포 활동을 관찰한 연구에서 실마리를 찾아냈다. 장소세포란 특정 장소에서만 활성화되는 특성을 가진 세포로, ‘뇌의 GPS’라고 할 수 있다. 쥐의 장소세포는 쥐가 미로에서 먹이를 찾아 이동할 때 활성화됐던 순서로 재활성화됐다. 이를 ‘경로 재생’ 현상이라고 한다. 놀라운 사실은, 실제로 이동한 적이 없는 경로로 경로 재생이 일어나기도 한다는 것이다. 내비게이션을 떠올리면 이해가 쉽다. 내비게이션이 최단 시간이 걸리는 몇 개의 경로만 계산한다면, 교통 체증이나 교통 통제 등 변수 대응이 어렵다. 실제 내비게이션은 여러 경로를 시뮬레이션하고 실시간 교통 정보를 바탕으로 최적의 경로를 추천한다. 이러한 내비게이션의 경로 예측이 바로 해마가 우리 뇌에서 하는 역할이다. 인간은 어떻게 특별한 존재가 되었나 사유와 지적 탐구를 가능케 한 상상 우리를 사회적 동물로 만든 전전두피질과 쐐기앞소엽 쥐의 해마 연구에서 경로 재생 현상을 발견한 것처럼, 인간뿐만 아니라 다른 포유류도 상상하는 능력이 있다. 하지만 인간의 특별함은 ‘상상의 확장성’에서 온다. 물리적인 공간의 이동 경로뿐만 아니라 추상적인 개념까지 경계 없이 상상할 수 있는 능력이 바로 인간을 진정한 혁신의 주체로 만든 원동력이다. 즉, “인간의 혁신 능력은 상상력이라는 기본 능력에 더해 이를 확장하고 심화하는 추상적 사고 능력에서 비롯된다(124쪽).” 이 능력을 활용한 혁신의 사례가 바로 ‘대규모 사회의 조직화’다. 인간은 인류 문명 발전에 중요한 역할을 한 이러한 능력을 어떻게 갖추게 됐을까? 저자는 그 시작을 신피질의 확장으로 꼽는다. 초기 포유류의 뇌에서 신피질이 차지하는 비중은 매우 작았다. 하지만 최근 영장류 진화 역사를 보면 불과 300만 년 만에 뇌의 크기가 350그램에서 1,300~1,400그램까지 커졌으며, 이에 따라 신피질의 비중이 80퍼센트까지 확장됐다. 다른 동물들과의 뇌 구조를 살펴봤을 때 신피질의 비중이 인지 범위와 연결되어 있으며 여기에는 상상하는 능력과 추상적 개념이 포함되어 있음을 알 수 있다. 우리는 일상적으로 추상적 영역과 실재적(비추상적) 영역을 넘나들며 사고한다. 예를 들어, 친구와의 대화를 떠올릴 때 우리는 그 친구의 얼굴이나 목소리 같은 구체적인 요소를 기억하는 동시에 우정이나 신뢰 같은 추상적 개념도 함께 떠올린다. 사람의 추상적 사고 능력은 매우 자연스럽게 작동하기 때문에 특별히 노력을 기울일 필요가 없다. 따라서 추상적 영역에서의 상상 역시 구체적 대상에 대한 상상과 본질적으로 동일한 뇌 신경 기제를 통해 이뤄지는 것으로 보인다(134쪽). 신피질이 발달이 어떻게 고도의 추상적 사고 능력과 연관되어 있는지는 위해 뇌 과학, 고인류학, 인공 신경망 연구 결과를 살펴보면 알 수 있다. 지금까지의 연구 결과를 바탕으로 고차원적 추상 사고를 가능하게 하는 영역으로 추정되는 두 가지 뇌 부위가 있다. 그중 하나인 전전두피질은 추론, 계획 등 하위 뇌 기능을 통제해 적절한 행동을 선택하게 하는 집행 기능을 담당한다. 우리는 전전두피질을 통해 상황에 맞는 융통성 있는 행동을 구사하는데, 학교나 회사, 여타 모임 등에서 우리가 문제없이 사회생활을 할 수 있는 것이 바로 이 전전두피질의 고차원적 추상 능력 덕분이다. 과연 전전두피질만 인간의 추상적 사고와 고차원적 사고에 핵심적인 역할을 하는 것일까? 추상적인 과제를 수행할 때 전전두피질과 함께 활성화되는 뇌 영역으로 두정피질이 있다. 그중에서도 쐐기앞소엽