[어쩔과학2_6편]

아빠들이 아기 울음소리 못 듣는 이유?

세상 물정에 관심 많은 과학자가 들려주는 과학 이야기, 안녕하세요. 어쩔과학 시즌2 김범준입니다.

Q. 또 깜빡? 나이가 들면 왜 기억력이 떨어질까?

사실 인간이 그 기억을 하는 것이 어떤 방식으로 작동하는지 뇌과학자들 그리고 과학자들이 많은 부분을 알아낸 바 있습니다. 기억은 미시적으로 신경세포들 사이에 전기적인 신호 전달의 형태로 구현됩니다. 그리고 우리가 무언가를 기억한다는 것이 두 신경세포 사이에 시냅스라는 구조가 있는데요. 그 시냅스의 강도 변화로 기억이 구현된다. 그런데 아직은 시냅스의 강도 변화를 측정해서 이 사람이 이 시냅스에 저장한 정보가 뭐라는 거를 알아내는 그런 단계로까지는 아직은 나아가지 못하고 있는 거죠.

사실 우리가 기억이라고 뭉뚱그려서 얘기하지만, 사람이 하는 기억이 여러 형태가 있습니다. 그중의 하나가 단기 기억과 장기 기억의 차이예요. 단기 기억 중에 가장 대표적인 것이 워킹 메모리, 작업 기억이라고 부르는데요. 이 작업 기억이 어떤 거냐 하면 진짜 짧은 순간밖에 지속되지 않아서 이 단기 기억으로서의 작업 기억은 기껏해야 10초 정도밖에 유지가 안 돼요. 여러분이 전화를 해요. 그리고 상대방에게 물어봅니다. “아 누구야 나 갑동이야. 혹시 을식이 전화번호 알아?” 그러면 불러주잖아요. 전화번호 기껏해야 7~8자리밖에 안 되거든요. 그런데 그거 기억하려면 어떻게 해야되나요? 여러분. 7, 7, 8에 9, 8, 2, 8에 계속 되뇌면서 계속 기억하려고 애써봤자 사실 1시간만 지나면 단 하나도 기억이 안 나죠. 이런 게 바로 단기 기억의 한 형태로서의 작업 기억입니다. 그래서 방금 친구가 알려준 다른 친구 전화번호 8자리 7자리는 아주 짧은 시간만 기억하지만, 여러분들은 여러분의 긴 주민등록번호를 기억하고 있죠. 이건 장기 기억의 형태로 저장되어 있기 때문입니다. 이렇게 시간에 따라서 기억을 나누기도 하고요. 다르게 나누는 방법들도 있습니다. 그중의 하나가 절차 기억이라는 게 있는데요. “자전거 어떻게 타는 거야?”라고 물으면 여러분이 말로는 설명 못 합니다. “자전거를 타다가 왼쪽 방향으로 자전거의 핸들이 3.7도 꺾였을 때는 오른팔의 힘을 3.5 뉴턴 늘려서” 그렇게 안 하잖아요. 그런데 우리는 알죠, 어떻게 타는지. 그래서 말로 설명할 수는 없지만 우리 몸이 경험으로 체득한 기억, 그게 그 절차 기억이라고 불리는 기억이고요. 다른 거는 서사 기억, 에피소딕 메모리라고 불리는 기억도 있습니다. 이거는 여러분이 경험한 과거의 기억입니다. 예를 들어 여러분이 첫 데이트에서 상대방을 만나서 함께 먹은 음식이 뭐였다 그런 거는 아주 긴 시간이 지나도 기억하죠. 이것도 장기 기억입니다. 이거 말고 시멘틱 메모리, 의미 기억이라고 불리는 것도 있는데요. 이건 인간이 가지고 있는 기억 중에 상당히 고차적인 기억이에요. 예를 들어 여러분에게 누가 세종대왕의 아들이 누구 뭐 그러면 다 기억은 나잖아요. 근데 이건 여러분이 경험한 거 아니죠? 여러분이 자전거 타듯이 배운 거 아니죠? 그런데도 기억하죠. 이런 게 의미 기억이라고 할 수 있습니다.

이 장기 기억, 단기 기억 이렇게 시간에 따라 나누기도 하고요. 그다음에 장기 기억도 여러 형태로 나누는데요. 우리 뇌에서 장기 기억을 어떻게 저장하는지에 대한 그런 내용이 잘 알려져 있어요. 그 외부에서 우리가 직접 경험한 것들은 단기 기억의 형태로, 먼저 해마로 전달됩니다. 이 해마에서 기억을 재처리하면서 중요한 기억들은 장기 기억의 형태로 바꿔서 주로 대뇌겉질 부분에 기억을 저장하는데 나이가 들면서 기억이 감퇴하는 그 요인 중의 하나로 많은 사람들이 주목하는 게 바로 여러 번 나왔던 해마의 역할입니다. 해마의 작동이 원활하게 진행되지 않게 되면 단기 기억이 장기 기억으로 잘 바뀌지 않게 됩니다. 굉장히 그 나이가 고령이 돼서 기억을 잘 못하는 분들이라고 하더라도 그분에게 “예전에 할아버지 30살 때 그때 어디에서 이런 경험이 있었던 거 기억하세요?” 그러면 오래전 기억은 생생하게 떠올리세요. 그런데 기억력 감퇴로 고생하시는 분에게 “일주일 전에 식당 갔던 거 기억하세요?” 그러면 기억 못 하는 분도 많이 있습니다. 바로 이게 단기 기억이 장기 기억으로 변환되는 과정에 문제가 있기 때문인 거고 장기 기억으로 일단 저장된 이분이 젊었을 때의 기억은 여전히 대뇌겉질에 명확하게 남아 있는 거죠.

자 여러분 요즘 기억 잘 못하세요? 그러면 일단 중요한 게 있습니다. 먼저 충분한 수면 그리고 운동을 하십시오. 기억을 장기화하고 고착시키는 데 분명한 도움이 됩니다. 그리고 사람의 뇌가 그 나이가 든다고 해도 새로운 경험을 기억하는 능력이 줄어들긴 하지만 불가능한 것은 아닙니다. 만약에 여러분이 기억력이 점점 줄어든다고 생각하신다면 새로운 정보를 더 많이 기억하려고 노력하시는 것, 즉 여러분의 뇌를 끊임없이 기억과 경험에 이용되도록 의도적으로라도 열심히 노력하시는 것 그런 것들이 도움이 될 수 있습니다.

Q. 매일 밤, 아빠들이 아기 울음소리를 못 듣는 이유?

저도 부끄럽지만 제 개인적인 경험도 있는데요. 제 아이가 어렸을 때 감기에 걸린 적이 있었어요. 그래서 계속 울고 잠도 잘 못 이루고 아이가 정말 고생을 한 적이 있었습니다. 그때 저 그리고 아내 그리고 아픈 아기 이렇게 함께 한 침대에서 잠을 잤는데요. 그다음 날 제가 일어나서 제 아내에게 한 말이 “어 여보, 지난 간밤에 애가 안 아팠나 봐? 한 번도 안 울었네, 나는 정말 잘 잤어.” 그랬는데 제 아내가 저를 원망스러운 눈빛으로 쳐다보면서 아이가 밤새 울어서 제 아내는 단 한숨도 잠을 못 잤다고 하는 거예요. 너무 미안한 그런 마음이 들었던 기억이 있습니다.

그런데 이런 남녀의 차이에 대한 흥미로운 연구를 전에 본 적이 있습니다. 그게 어떤 거였냐면 자기 아기가 우는 소리를 들려주면 많은 분이 아빠들은 여러 아이 중에 내 아이의 울음소리를 잘 구별하지 못하지만, 엄마들은 잘 구별한다는 이야기가 있었습니다. 그래서 어떤 연구에서는 이게 선천적인 차이인 건지 아니면 환경적인 요인인지를 알아보기 위해서 아이의 육아에 적극적으로 참여하는 그 아빠들을 모아서 이런 실험을 진행한 것으로 제가 들었는데요. 그 결과가 흥미롭더라고요. 육아에 충분한 시간을 투자해서 아이와 긴 시간을 보낸 아빠는 엄마가 가지고 있는 능력과 큰 차이가 없는 능력을 보여준다는 연구 결과가 있습니다. 저는 남녀의 차이가 어떤 뇌의 기능적이고 구조적인 선천적인 차이도 있다고 저는 생각하는데요. 그것만으로 엄마와 아빠의 차이, 남녀의 차이를 모두 다 설명할 수 있는 것은 아니라고 생각합니다.

혹시 여러분 자다가 아기 목소리를 잘 못 들으신다면 기억하십시오. 아기와 보내는 시간을 더 늘리셔야 한다는 뜻이라고 기억하시길 바랍니다.

Q. 현실판 텔레파시?! 생각만으로 컴퓨터와 대화할 수 있을까요?

텔레파시는 아니지만 텔레파시와 비교할 수 있는 여러 기술이 현재 많은 뇌과학자 그리고 공학자에 의해서 제안되고 개발되고 있습니다. 이런 연구 분야를 크게 봐서 BCI라고 부릅니다. 'Brain Computer Interface', 즉 사람의 뇌와 컴퓨터를 연결하겠다는 그런 아이디어죠. 이 BCI 기술 중에 한 예가 보통 이런 걸 언론에선 ‘뇌 임플란트’라고 부릅니다. 전기 신호를 만들어서 전송할 수 있는 작은 어떤 전기 소자를 뇌 안에 심는 그런 기술을 뇌 임플란트라고 현재 부르고 있습니다. 이 뇌 임플란트에 대한 기술은 굉장히 빠르게 발전하고 있어서 2015년, 네덜란드의 의대 교수팀이 루게릭병에 걸려서 소통을 잘하지 못하는 사람의 뇌에 인공적인 어떤 전기 소자를 임플란트해서 이 사람이 어떤 생각을 하는지 그 의사 전달을 이런 기술을 이용해서 구현할 수 있었다는 아주 의미 있는 그런 연구가 진행된 적도 있습니다.

BCI에 관련된 여러 시도 중에 현재 아마 많은 분이 관심을 갖고 있는 것이 바로 일론 머스크의 ‘뉴럴링크’라는 기술입니다. 이 기술에서는 수천 개에 해당하는 전극이 달려있는 96가닥의 머리카락 굵기의 22분의 1밖에 안 되는 신경실을 박아 넣어서 그걸 흥미롭게도 이 뇌의 표면에 이걸 넓게 부착하겠다는 그런 제안입니다. FDA(미국 식품의약청)의 임상 시험 허가를 받은 것으로도 알고 있는데요. 이런 기술이 계속 발전하게 되면 정말로 사람이 지금 어떤 생각을 하고 있는지를 이런 BCI 인터페이스 기술을 이용해서 인식하고, 그걸 외부에 전달하는 그런 것들이 가능하게 된다면 상당히 놀라운 그런 미래가 올 것 같아요.

그런데 사실 이런 뇌 임플란트 혹은 BCI 기술에 대한 연구에 대해서 그 걱정을 하는 사람들도 많이 있습니다. 외부에서 원하는 정보를 뇌에 주입하는 방식으로도 사용될 수 있기 때문이에요. 예를 들어 사람이 어떤 공포 반응을 느끼는 것이 이 중뇌 부분의 편도체라는 부분에서 공포 반응을 느끼게 되는데요. 만약에 이런 뉴럴링크 같은 기술이 더 발전해서 직접 편도체의 반응을 외부에서 조절할 수 있게 된다면 두려움을 느끼지 못하게 컨트롤하는 그런 군인들을 만약에 만들어낼 수 있다면 이런 기술이 과연 나아가는 방향이 이런 방향이 바람직한 걸까 그런 고민을 제가 하고 있기도 합니다.

이건 약간 암울한 얘기였고요. 그다음에 이 BCI 기술 관계돼서 제가 정말 재미있게 본 동영상이 있습니다. 어떤 거냐면요, 가위바위보를 해요. 그런데 가위바위보가 로봇 팔을 대상으로 가위바위보 게임을 하는데 로봇이 이 인간을 100% 이기는 그런 가위바위보 게임을 보여주는 동영상이 있습니다. 이게 어떻게 했는지도 정말 흥미로워요. 어떻게 한 거냐 하면 가위바위보를 내는 사람의 머리에 전극을 연결해서 이 사람이 다음에 가위를 내야지 하는 결정을 할 때 이미 이 컴퓨터가 ‘아 이 사람이 다음에 가위를 낼 거야’라는 정보를 아는 거예요. 그러면 로봇 팔은 이 사람이 가위를 낼 것 같으니까, 주먹을 내는 거죠. 보통 우리는 내가 가위를 내야지 하고 인식을 먼저 하고 그다음에 가위를 낸다고 생각하잖아요. 그런데 이 로봇 팔이 작동하는 방식을 생각해 보시면 내가 가위를 내야지라는 결정을 의식적으로 제가 인식하기 이전에 이미 우리 뇌가 결정을 하고 그 결정이 로봇 팔에 전달돼서 제가 가위를 낼 때 로봇 팔에 주먹을 내는 거죠. 즉 우리가 느끼는 자유 의지, 가위를 낼지는 내 마음대로 선택한 거야라고 우리가 자유 의지를 인식하는 시점이 실제 우리가 선택을 한 시점보다 어느 정도 시간 차이가 있다는 것을 보여준 아주 흥미로운 실험이기도 했습니다.

이런 뇌 임플란트 그리고 BCI 이런 기술을 통해서 아마도 먼 미래에는 인간과 컴퓨터가 서로 연결되는 그런 것들이 가능해질 것으로 보고 있습니다. 하지만 이로 인해서 어떤 사회적인 문제 그리고 이런 그 인터페이스를 장착한 사람의 만들어질 수 있는 어떤 심리적인 문제 이런 것들에 대해서는 많은 고민이 필요하다고 생각합니다.

Q. 당신이 길치인 과학적인 이유?

당연히 우리 인간의 뇌가 길치인지 아닌지를 결정한다고 생각해 볼 수 있습니다. 연구가 있습니다. 우리 뇌 안에 실제로 나침반처럼 운동의 방향을 파악할 수 있는 어떤 뇌세포가 있다는 그런 연구 결과가 발표되기도 했습니다. 이 나침반 뇌세포가 어느 영역에 있는지도 이 연구 결과에서 알려졌는데요. 중뇌 부분에 있다는 것이 알려져 있습니다. 그래서 이 변연계라고 하죠. 이 변연계에 나침반 뇌세포가 있는데요. 따라서 어떤 뜻이냐 하면 인간의 뇌에 있는 변연계 부분은 영장류의 독특한 영역이 아니라 포유류만 가지고 있는 영역이거든요. 그래서 나침반 뇌세포가 만들어진 진화의 과정에서의 시점이 사실 인간 영장류보다도 더 이른, 오래전에 만들어졌다는 걸 우리가 어느 정도 짐작해 볼 수 있는 여지가 있습니다. 나침반 뇌세포가 우리가 움직일 때 우리가 향하는 방향을 마치 나침반처럼 우리가 인식하는 데 역할을 한다는 것이 알려진 거죠.

사실 이 중뇌 부분에 있는 해마에는 또 다른 흥미로운 이 뇌세포들이 있습니다. 이거를 재미있는 이름이 붙여져 있는데 바로 장소 세포, place cell이라고 불리는 그 뇌세포가 해마 부분에 있는데요. 이거는 그 동물 실험을 통해서 너무나도 재미있는 결과가 발표됐어요. 케이지 안에 움직이는 마우스를 두고 이 마우스가 이 케이지의 어느 영역에 있을 때 뇌세포에 어떤 뇌세포가 반짝하고 발화하는지를 연구해 보니까 마우스가 움직여 다니는 케이지가 마치 지도처럼 이 마우스가 가지고 있는 해마 영역에 매핑이 되어 있다는 것을 사람들이 깨닫게 됩니다. 그래서 이렇게 움직이다가 이 어떤 특정 영역에 생쥐가 도착할 때마다 거기에 해당하는 이 해마에 있는 장소 세포 중에 특정 장소 세포가 그 위치에 맞게 반짝하는 정보를 만들어 낸다. 그래서 정말로 해마 안에 그 공간에 대한 실제 지도가 담겨 있는 것처럼 그렇게 구현되어 있다는 것이 알려져서 사람들이 굉장히 재미있게 본 적이 있습니다. 그렇다면 '길치'라고 우리가 부르는 사람을 어쩌면 이 나침반 뇌세포가 제대로 반응하지 않는 그런 사람일 수도 있을 것 같습니다.

자, 오늘도 길 위에서 방황하고 있을 세상의 길치에게 타박보다 친절한 안내가 필요할 것 같습니다. 우리에게 인생의 방향을 지시해 주는 그런 과학처럼 말입니다.

오늘 준비한 이야기는 여기까지입니다. 고맙습니다.