[지능의 기원 2편] 인간 뇌만이 상상을 시작한 놀라운 이유 l 박문호 뇌과학자 l 혜윰달, 생각을 비추다

박문호의 자연의 법칙: 탐색, 시행착오, 그리고 상상

안녕하세요! 과학문화 운동가 박문호입니다. 저는 15년째 '박문호의 자연의 세상'이라는 공익 사단법인을 운영하고 있어요. 오늘 여러분께 아주 흥미로운 책의 두 번째 주제인 '시행착오'에 대해 이야기해 드릴게요.

뇌 과학자들도 놀란 책의 비밀

이 책을 보고 뇌 과학자들도 깜짝 놀랐다고 해요. 평생 질문하고 싶었지만 너무 두려워서 알 수 없었던 이야기들을 한 번에 보여주는 책이 나왔다는 거죠. 우리가 지금까지 뇌를 연구하면서 착각했던 부분이 많았다는 거예요. 만약 뇌 연구만 했던 사람이 이 책을 썼다면 이런 이야기는 어려웠을 거예요.

인공지능 연구자들이 로봇을 만들면서 매일 우리가 너무나 당연하게 하는 동작들이 사실은 3억 년, 5억 년이 걸린 진화의 결과라는 것을 깨달았다고 해요. 마치 비행기의 엔진과 랜딩 기어처럼 말이죠.

배가 부르면 다시 작아진다? 시상하부의 비밀

자, 이제 두 번째 중요한 이야기로 넘어가 볼게요. 우리는 먹이를 탐색하고, 위험을 감수하며 먹이를 얻어 '배가 부른' 상태를 경험하죠. 잘 먹으면 기분이 좋잖아요? 이 모든 것은 '직접적인 보상'이라고 해요. 이게 바로 '자연'이고 '실제'죠.

우리 뇌에서 이런 실제적인 보상에 반응하고, 도망치고, 싸우는 역할을 하는 곳이 바로 시상하부예요. 시상하부는 우리 몸의 여러 중요한 기능을 조절해요.

• 체온 조절: 추우면 몸을 떨어서 열을 내고, 더우면 땀을 흘리게 하죠. 이건 우리가 의식적으로 하는 게 아니라 시상하부가 명령하는 거예요.
• 갈증 조절: 목마르면 갈증을 느끼게 하는 것도 시상하부 덕분이에요.
• 식욕 조절: 배고픔을 느끼게 하는 '외측핵'과 만족감을 느끼게 하는 '복내측핵'이 시상하부에 있어요. 만약 복내측핵에 문제가 생기면 만족을 못 느껴서 계속 먹게 되고, 반대로 음식을 거부하는 경우도 있어요.
• 성욕 조절: 성욕도 시상하부와 관련이 깊어요.

이런 식욕, 갈증, 체온, 성욕 등은 우리 생존에 직결되는 것들이에요. 시상하부는 이런 상태를 항상 모니터링하며 우리 몸을 안전하게 유지하려고 노력해요.

뇌를 보호하는 혈액-뇌 장벽과 시상하부

뇌 안에는 나쁜 세균이나 화학 물질이 들어오지 못하도록 막는 '혈액-뇌 장벽'이라는 것이 있어요. 그래서 뇌로 들어갈 수 있는 것은 포도당과 산소처럼 생존에 꼭 필요한 것들뿐이에요.

그런데 시상하부는 이 장벽을 일부 열어놓고 혈액 속의 여러 정보를 받아들여요. 혈액 속에는 이산화탄소, 산소 농도, 포도당, 세로토닌 등 백 가지가 넘는 분자들이 있는데, 시상하부는 이런 것들을 실시간으로 감지해서 우리 몸을 조절하는 거예요. 예를 들어, 혈액 속 이산화탄소가 많아지면 숨쉬기 힘들어지잖아요? 이건 시상하부가 감지해서 반사적으로 숨을 쉬게 하는 거예요.

시행착오: "자네 해봤어?"의 힘

이 책의 두 번째 핵심 주제는 바로 시행착오예요. 이건 단순히 우연히 일어나는 일이 아니라, 직접 경험하고 반복하면서 배우는 과정이에요.

정주영 회장님의 "자네 해봤어?"라는 말처럼, 직접 몸으로 부딪혀 보는 것이 중요해요. 새들이 유리창에 부딪히면서 빠져나갈 구멍을 찾는 것처럼 말이죠. 수십 번 부딪혀 보다가 우연히 빠져나가는 구멍을 찾게 되는 것, 이게 바로 시행착오예요.

하버드 대학의 손다이크라는 학자는 100년 전부터 시행착오에 대해 연구해 왔어요. 시행착오는 처음에는 우연으로 시작하지만, 보상을 얻거나 벌을 피하면서 반복되고 강화되는 과정을 거쳐요.

대리 시행착오: 생각과 상상

하지만 시행착오는 때로는 위험하고 비용이 많이 들 수 있어요. 그래서 등장한 것이 바로 대리 시행착오예요. 이건 직접 경험하는 대신 생각하고 상상하는 과정이죠. 우리가 하는 생각, 의식, 감정 등이 모두 대리 시행착오의 결과라고 볼 수 있어요.

뇌의 신비: 동일한 구조, 다양한 기능?

뇌 과학의 가장 큰 미스터리 중 하나는 바로 대뇌 피질의 구조가 거의 동일한데도 불구하고, 우리가 보고, 듣고, 느끼고, 생각하고, 사랑하고, 미워하는 등 수많은 다양한 기능을 한다는 거예요. 마치 똑같은 재료로 전혀 다른 요리를 만드는 것처럼 말이죠.

손해는 균형 감각, 고유 감각, 운동 계획 등 특별한 기능을 하기 때문에 특별한 구조를 가지고 있어요. 해마도 기억을 만드는 특별한 기능을 하기 때문에 특별한 구조를 가지고 있죠. 그런데 대뇌 피질은 그렇지 않다는 거예요.

대뇌 피질의 비밀: 하나의 기능, 다양한 해석?

이 책은 대뇌 피질이 우리가 생각하는 것처럼 수십 가지 기능을 하는 것이 아니라, 어쩌면 딱 하나의 기능만 할 수도 있다고 이야기해요. 우리가 그것을 시각, 청각, 추상적 사고, 논리 등으로 다양하게 해석하고 있을 뿐이라는 거죠.

그렇다면 대뇌 피질의 단 하나의 기능은 무엇일까요? 바로 세계를 예측하는 것이에요. 우리는 세상을 모델링하고, 그 모델을 바탕으로 미래를 예측하며 살아가는 거죠. 우리가 사과를 보면 '맛있는 사과'라고 떠올리는 것처럼, 경험과 학습을 통해 개념을 만들고 이를 바탕으로 예측하는 거예요.

맥락의 중요성: 시행착오를 줄이는 힘

시행착오는 무수히 많은 반복을 통해 이루어지지만, 실제로는 맥락이라는 것이 있어서 탐색의 경우의 수를 극단적으로 줄여줘요. 맥락이란 우리가 어떤 상황에 놓여 있는지, 주변 환경은 어떤지 등을 파악하는 거예요.

예를 들어, 목욕탕에서는 옷을 벗을 수 있지만 길거리에서는 안 되잖아요? 이처럼 맥락을 이해하면 불필요한 시행착오를 줄일 수 있어요. 맥락을 잘 파악하는 사람을 '센스 있다', '총명하다'고 하는 이유도 여기에 있어요.

결론: 탐색, 시행착오, 그리고 상상

결론적으로, 우리 뇌의 작동 원리는 크게 탐색, 시행착오, 그리고 상상으로 요약될 수 있어요.

• 탐색: 새로운 것을 찾아 나서는 과정
• 시행착오: 직접 경험하고 반복하며 배우는 과정 (모델 프리)
• 상상: 대리 시행착오, 즉 생각하고 예측하는 과정 (모델 베이스)

이 세 가지가 바로 우리 뇌의 엔진이며, 6억 년의 진화를 이끌어온 힘이에요. 특히 시행착오는 직접적인 경험을 통해 배우는 가장 근본적인 학습 방법이며, 맥락을 통해 효율성을 높일 수 있어요.

그러니 여러분도 머리로만 생각하지 말고, 직접 해보고 부딪혀 보세요! 정주영 회장님의 말처럼, "자네 해봤어?"라는 질문에 답할 수 있을 때 우리는 더 성장할 수 있을 거예요.