언제나 정확하고 빠르게 접근할 수 있는 컴퓨터의 디지털 기억과 달리 인간에게는 크게 2가지 종류의 기억이 있다. 단기기억(또는 작업기억)과 장기기억이 그것이다. 단기기억은 해마(hippocampus) 지역이 주로 담당하는 것으로 알려져 있지만, 장기기억은 대뇌 전반에 산재되어 있고, 기억을 회상하려고 할 때 활성화된다는 것이 현재까지의 뇌과학 연구결과가 밝혀낸 것이다. 물론 컴퓨터에도 램(RAM)으로 접근할 수 있는 주기억과 하드디스크나 최근에는 클라우드 저장장치를 통해 접근할 수 있는 보조기억으로 나누어볼 수 있지만, 이는 접근의 속도 정도의 차이가 있을 뿐 크게 본질적인 차이는 없다고 할 수 있다.

또 한 가지 컴퓨터의 디지털 기억과 인간의 뇌의 기억이 다른 점은 인간은 감정에 따라 경험과 기억의 정도가 크게 달라진다는 점이다. 이는 편도체(amygdala)라고 부르는 뇌의 부위가 인간의 기분에 따라 기억을 처리하는데 커다란 영향을 미치기 때문이다. 예를 들어, 전쟁이나 테러와 같은 끔찍한 사건을 경험한 사람들은 그 기억을 쉽사리 떨쳐버리기 어려우며, 당시의 영상을 생생하게 떠올리는데 비해, 별다는 감정이 없었던 경험들은 시간과 함께 쉽게 잊혀지며, 기억이 떠올라도 희미하게 조각조각 기억을 해낼 뿐이다. 그에 비해 컴퓨터는 어떤 종류의 카메라로 찍은 사진이 올라오더라도 명확하게 저장하고, 필요로 할 때 꺼내어 볼 수 있다. 인간의 뇌가 기억을 코딩하는 방식은 이처럼 순간순간 달라지며, 주변환경의 맥락에 따라 달라진다. 이는 신경망이 계속해서 변한다는 것을 의미하는 것이며, 어떤 것을 회상할 때마다 계속해서 뇌가 변화하고 있기 때문에 그 이전의 나의 기억과 회상을 한 이후의 기억은 완전히 똑같을 수가 없다. 그에 비해 디지털 기억은 굉장히 안정적이다. 

만약 디지털 기억이 인간의 뇌와 비슷하게 계속해서 변하고, 환경에 따라 영향을 받는다면 어떨까? 예를 들어, 이미지 파일이 있는데, 자주 접근하는 사진들은 계속해서 그 품질을 유지하지만, 잘 보지 않았던 사진들의 이미지의 질이 나빠지고, 메모리에 차지하는 공간이 줄어들면서 압축의 정도가 높아지는 상황을 생각해볼 수 있다. 그리고, 새로운 학습이 이루어지면 해당 영상이 더욱 좋아지고 연관성도 높아진다. 어떤 경우에는 알아서 잘 쓰이지 않았던 기억들은 완전히 잊혀지게 할 수도 있을 것이다. 이런 경우 컴퓨터의 경우에는 대용량의 장기 보조기억장치로 이관시키면 된다. 주변 환경과 관련해서는 소셜 미디어를 연결하는 상황을 가정해 볼 수 있다. 사진을 공유하면, 해당 사진들에 어떤 것들이 태그되고, 어떤 댓글과 캡션이 달리는지에 따라서 디지털 기억이 변화하도록 할 수 있다. 페이스북이나 트위터에 어떤 위치에서 사진을 올렸을 때, 페이스북 타임라인에 올라온 사진을 보고 다른 사람들이 다른 사진을 올려주거나, 댓글을 달아주면 해당되는 디지털 기억의 연관성이나 집단성, 영향력 등이 달라지도록 디지털 기억을 변화시키고, 연관성을 추출하고 향후에 활용할 수 있는 형태로 접근할 수도 있을 것이다. 과거의 디지털 기억이 보다 완벽한 재현을 중시하고, 거대한 용량을 처리하는데 초점을 맞추었다면, 이렇게 불완전성을 가지고 맥락에 따라 변화할 수 있는 디지털 기억을 처리하는 기술이 앞으로는 더욱 중요해 질지도 모른다.

디지털 기억과 관련하여 또 한 가지 미래에 고려해야 할 점은 기술이 지나치게 발전하고, 인간에게 편리해지며, 인간을 닮을수록 인간은 덜 생각하고, 덜 창의적이 될 수 있다는 점이다. 그리고, 컴퓨터와 기계가 너무 인간적이 되는 나머지, 사람들이 서로 얼굴을 맞대고 소통을 하는 시간이 계속해서 줄어들고, 결과적으로 인간들 사이의 관계성이 좋지 않아지는 상황이 지속된다면 이는 결코 바람직한 것이 아닐 것이다. 디지털 기억과 컴퓨팅 환경에 있어서 인간과 사회가 어떻게 영향을 받는지 고려하고, 적절한 균형점에 대해서도 고려할 때가 되었다.


참고자료:

So you're a cyborg -- now what?


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프로야구에 보면 언제나 신인인데 개막전에 맹타를 치는 선수가 나오는 경우가 있다. 물론, 이 선수의 진짜 실력은 장기레이스 결과가 다 지나간 다음에야 나온다. 그렇지만, 그 당시로 돌아가게 되면 "괴물"이 탄생했네 하면서 시끄럽게 떠들기 십상이다. 물론, 실제로 그럴수도 있지만 그럴 가능성은 낮다. 반대로 추신수 같은 타자가 첫 경기 무안타에 삼진만 당하다가 들어갈 수도 있는 것인데, 두 선수의 진짜 포텐셜이 그런 몇 경기로 다 나타나는 것은 아니다.

그런데, 의외로 이렇게 맨 처음 몇 차례의 경험이 인간에게 있어서 상당히 크게 작용하는 것이 현실이다. 예를 들어, 학교시험을 치른다고 하자. 이 때, 학생들의 기본실력을 잘 모르는 상황에서 결과가 나왔는데, 중간고사 성적이 좋은 학생과 나쁜 학생이 각각 있었다. 이제 한 학기를 마무리 짓는 기말고사 때가 왔다. 기말고사 결과는 중간고사 때와는 달리 잘 했던 학생이 성적이 떨어지고, 못했던 학생이 기말에서 성적이 많이 올랐다. 이를 어떻게 판단해야 할까? 

1.  중간고사에서 성적이 우수한 학생이 태만했고, 성적이 나빴던 학생은 열심히 공부했다.
2.  원래 성적이 비슷하거나, 별 차이가 없다.

이성적으로 판단한다면 2번이 맞을 가능성이 상당하다. 원래 성적이 비슷할 가능성이 두 학생의 성적의 차이가 클 가능성에 비해 충분하니까 ...  그런데, 상당히 많은 교사들이나 학부모들은 1번으로 생각을 하게 된다. 왜냐하면 첫 번째 시험에서의 성적이 준거점이 되어버리기 때문이다.

행동경제학 이론으로 노벨경제학상까지 받은 대니얼 카너먼(Daniel Kahneman) 교수는 군대에서 비행훈련과 관련한 실험을 한 적이 있었다. 전투기 조종 훈련에서 훌륭한 곡예비행을 한 훈련생을 칭찬하면 다음 비행에서는 제대로 못하고, 반대로 잘못한 훈련생을 야단치면 다음에 나아지는 경우가 많았다는 것이다. 이 사실을 바탕으로 "칭찬하면 제대로 못하게 되고, 야단치면 잘한다"는 법칙을 신조로 삼은 교관이 있었다고 한다. 과연 이것이 옳은 판단일까? 사실은 둘이 비슷한 수준이라, 한번 잘하면 한번 못하는 평균적인 실패의 확률이 있었을 가능성이 더 많다.

이러한 판단의 오류는 어디에서나 일어난다. 하지만, 중요한 것은 조금은 긴 숨을 가지고 지켜보고 전체적인 판단을 할 때 실수를 할 가능성이 적어진다는 것이다. 몇 차례의 우연을 진리인양 삼는 태도처럼 무서운 것이 없다. 

의학에서도 이와 관련한 일이 꽤 많다. 특히나, 대체의학치료나 한의학적 치료방침 중에서 검증이 덜된 것을 지나치게 신봉하고, 한 두차례 또는 우연의 결과, 질병의 자연적인 과정에 의해 좋아진 사례를 가지고 이를 전도사처럼 퍼뜨리고 다니는 행태는 굉장히 위험할 수 있다. 물론, 치료효과가 있는 것들이 있을 것이다. 하지만, 뭐든지 법칙화를 하고 일반화를 할 때에는 보다 신중해질 필요가 있다. 기술이나 과학, 경제와 시장, 정책과 사람들의 생각 등도 마찬가지다. 지나치게 급하고, 성급한 일반화는 모든 면에서 좋지 않다. 조금은 길게 바라보는 훈련이 우리에게는 필요하다. 


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from Wikipedia.com



우리나라에서는 발견하기 어렵지만 땅에 굴을 파고 사는 땅다람쥐라는 녀석이 있다. 전 세계에 분포하는데, 그 중에서도 알라스카와 캐나다, 시베리아 등의 추운 지역에 사는 극지 땅다람쥐(arctic ground squirrel)는 겨울잠을 자는데, 다른 동물들과는 달리 체온이 떨어지면서 혈액순환이 느려지고, 폐나 심장과 같은 일반적인 내장기관의 활동이 저하되는 것은 물론이고 뇌에도 큰 변화를 가져오는 것으로 알려져 있다. 


극지 땅다람쥐는 겨울잠에 들어갈 때 뇌의 많은 신경세포들이 축소되고, 심지어는 많은 수의 신경세포들 간의 연결도 끊어진다고 한다. 이는 다른 겨울잠을 자는 일반적인 동물과는 다른 현상이다. 여기에서 중요한 것은 이렇게 뇌의 신경세포와 연결상태의 변화가 있은 이후에 봄이 되면 다시 원래의 상태로 회복을 하고 겨울잠에서 깨어난다는 것이다. 이들의 뇌를 관찰해보면 겨울잠을 자면서도 2~3주에 한번 씩 많은 신경세포가 주기적으로 다시 자라나고, 이들 간의 연결도 겨울잠에 들어가기 이전보다 더 활발하게 일어난다는 것을 알게 되었다. 뇌의 이런 변화는 포유류 중에서는 햄스터와 고슴도치 등에서도 나타난다고 하는데, 극지 땅다람쥐가 워낙 강렬하게 나타나기 때문에 중요하다. 이런 과정에 대한 연구는 우리의 뇌가 얼마나 가소성이 있는지를 밝히는데에도 중요하지만, 퇴행성 신경질환에서 나타나는 뇌세포의 손상을 예방하거나 되돌리는데에도 도움이 될수도 있다. 특히 최근 연구에서 겨울잠에 들어갈 때 알쯔하이머 병과 연관이 있는 단백질이 관여하는 것으로 알려지고 있어 알쯔하이머 병의 예방과 치료에 새로운 전기가 될 가능성도 점쳐지고 있다.


이런 변화는 러시아의 세포생물리학연구소(Institute of Cell Biophysics)의 빅토 포포프(Victor Popov) 등이 시베리아 땅다람쥐를 대상으로 연구하고 발표한 1992년의 연구에서 비교적 자세하게 기술이 되었는데, 서로 다른 동물들을 대상으로 한 연구에서 겨울잠을 자는 동안과 잠시 깨어나는 기간이 시작된 2시간 이후, 그리고 하루가 지난 다음의 뇌의 해마(hippocampus)를 대상으로 조사를 한 결과 시베리아 땅다람쥐만 겨울잠을 자는 동안에는 신경세포가 위축되고 덴드라이트의 수가 훨씬 적어지지만 회복기간 동안에는 마치 겨울의 황폐한 나뭇가지에 잎사귀들이 봄에 피어나듯이 많은 수의 덴드라이트가 나타나면서 봄이나 여름의 상태 이상으로 변하는 것을 확인하면서 알려졌다. 이 연구 이후에 여러 연구자들이 유사한 동물을 대상으로 연구를 하면서 햄스터와 고슴도치에도 비슷한 현상이 있음을 밝혀내기도 하였으며, 땅다람쥐의 뇌 전반에서 이와 비슷한 현상이 나타난다는 것이 다른 연구진들에 의해 알려졌다.


또 하나의 중요한 연구는 독일 라이프지히 대학의 토마스 아렌트(Thomas Arendt)가 주장한 tau 단백질의 역할이다. 이 단백질은 세포의 마이크로튜뷸의 형태를 유지하는데 중요한 역할을 하는데, 이 단백질에 과인산화(hyperphosphorylation)가 진행되면 마이크로튜뷸이 형태를 바꾸면서 신경세포의 형태를 바꾸고 기능을 제대로 못하게 만든다. 이것이 알쯔하이머 병을 비롯한 많은 퇴행성 신경질환과 연관이 있다는 것으로 알려져있다. 아렌트의 연구팀은 겨울잠을 자는 유럽의 땅다람쥐의 뇌에서 과인산화된 tau 단백질을 발견하였다. 그리고 이런 단백질의 양이 많을수록 뇌의 연결이 줄어든다는 양적인 연관성도 밝혀내었다. 그리고, 회복이 될 때에는 반대로 이 과인산화된 tau 단백질이 거의 발견되지 않았다. 


이런 연구결과는 결국 겨울잠을 자는 동물들에 대한 연구가 알쯔하이머 병에 대한 연구에 커다란 도움이 될 수 있다는 것을 의미한다. 앞으로도 많은 연구자들에 의해 겨울잠을 자는 동물들의 뇌의 변화과정에 대한 신비가 밝혀진다면, 어쩌면 고령화 시대에 접어들면서 가장 중요한 질환 중의 하나인 퇴행성 뇌질환에 대한 의학적인 해법을 밝혀내는 결정적인 열쇠가 될지도 모르겠다. 인간도 결국에는 자연의 일부이다. 의학연구에 있어서 어쩌면 이와 같이 자연의 신비를 좀더 구체적으로 탐구하고, 여기에서 인간과의 연관성을 찾아내는 그런 통섭적인 연구가 앞으로 더욱 필요할지도 모르겠다. 주로 생물들의 다양한 기능과 구조를 본따서 기술에 접목한 사례도 많았는데, 의외로 일부 곰팡이나 버섯 등을 약제로 이용하는 것을 제외하고는 되려 의학 연구자들이 지나치게 자연에 무심하지 않았나 뒤돌아보게 하는 사례이다.



참고자료:


Repeated changes of dendritic morphology in the hippocampus of ground squirrels in the course of hibernation


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by ocean.flynn from Flickr


우리의 뇌의 구조와 동작하는 방식은 인류 역사상 가장 중요한 연구주제임에 틀림이 없습니다.  19세기 까지만 하더라도 뇌의 구조에 대한 관점으로 상명하달(Top-Down)로 바라보는 경우가 많았습니다.  뇌의 일정 부분에서 여러가지 결정이 내려지고, 이에 대한 명령을 하달하기 위한 다양한 통로로서 신경세포의 신경초들이 이용된다는 시각입니다.

그런데, 최근 복잡계(complex system)와 인터넷과 같은 네트워크와 관련한 다양한 연구들이 수행되면서 인간의 뇌 역시 이런 네트워크의 관점에서 바라보는 시각이 많이 늘어나고 있습니다.  제가 과거에 포스팅한 바 있는 시냅틱 웹(synaptic web)은 뇌의 구조를 되려 웹에 적용해서 바라본 시각인데, 반대로 인터넷 연구에서 알아낸 많은 연구결과들이 뇌의 연구에 다시 응용되기 시작하였습니다.  특히, 스트레스, 우울감, 식욕 등과 같은에 의해 발생하는 뇌의 아주 작은 지역에서 발생하는 신호가 뇌의 지역들 사이의 연결을 따라 전달되는 것을 추적할 수 있는 기술들이 개발되면서 이런 연구가 활기를 띠고 있습니다.


연관글:


최근 유명한 학술저널인 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)에는 신경계의 전체 맵을 구성하는 시도에 불을 당길지도 모르는 논문이 발표되었습니다.  USC(University of Southern California)의 래리 스완손(Larry Swanson)과 리차드 톰슨(Richard Thompson) 박사는 쥐의 뇌의 즐거움과 보상과 관련한 부분을 인지하는 매우 작은 지역을 분리한 뒤에 '트레이서(tracer)'라는 물질을 뇌 조직의 매우 작은 지역에 투입을 하였습니다.  이 분자들은 조직 사이의 신호의 움직임에 관여하지 않지만, 현미경으로 이런 움직임을 관찰하는 것을 도와줍니다.

이 연구에서 동시에 같은 지역에 투입된 2개의 트레이서들이 하나는 나가는 신호를, 다른 하나는 들어오는 신호를 추적할 수 있어서 뇌의 연결의 방향을 보여줄 수 있게 되었습니다.  이는 그동안 일부 신경학자들이 주장했던 신경세포의 단방향성 연결(들어오거나 나가거나)에 따라 일사분란하게 움직이는 뇌보다는 인터넷과 같이 거대한 상호작용과 양방향 신호전달에 의해 뇌가 동작한다는 것을 뒷받침하는 결과라 하겠습니다.  

실제로 이렇게 복잡하게 연결되어 있는 뇌구조와 그에 따라 뇌가 전체적으로 판단한다는 가정은 여러 학자들에 제시한 바 있지만, 실험적으로 이런 내용이 증명된 사례는 그다지 많지 않았습니다.  이런 연구가 활성화 되어 뇌의 전체적인 연결구조가 인터넷의 연결을 파악하는 것과 마찬가지로 알 수 있게 된다면 우리의 뇌의 신비를 풀어내는데 큰 전기가 마련될 것입니다.   어쩌면 우리가 아직도 풀어내지 못하고 있는 의식과 무의식, 인지와 관련한 여러가지 문제에 대한 답을 제시할지도 모릅니다. 


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최근 Jordi Quoidbach 가 이끄는 연구팀에서 Psychological Science 지에 발표한 리포트에 따르면 부를 가지면 많은 것을 살 수 있는 기회가 생기지만, 이들을 즐길 수 있는 능력을 빼앗아 간다는 연구조사 결과가 발표되었습니다.  다시 한번 부와 행복의 관계에 대한 이야기가 도마 위에 오른 것입니다.

이 팀의 첫 번째 연구는 벨기에 리게 대학(University of Liège)의 교직원들을 대상으로 수행되었는데, 부를 많이 쌓고 있는 직원들이 의외로 자신들의 생활에서 강한 긍정적인 경험(positive experience)을 느끼는 능력이 저하되는 것으로 조사되었습니다.  여기에 더해 돈을 생각하는 것만으로(엄청난 양의 유로 지폐가 쌓여있는 그림을 보여줌)도 이런 경험을 향유하는 능력이 저하되었습니다.

이 연구를 바탕으로 두 번째 연구는 16~59세의 UBC(University of British Columbia) 직원들을 대상으로 수행하였는데, 초콜렛을 맛보는 것을 미끼로 한 실험을 하엿습니다.  초콜렛을 맛보기 위해서는 먼저 간단한 설문지를 작성하여야 했는데, 절반의 사람들에게는 설문지에 캐나다 지폐의 사진이 설문지 중간에 삽입되어 있었고, 나머지 사람들은 설문지만 들어있었습니다.  설문지와는 상관없는 사진이었기 때문에, 대부분의 사람들은 그냥 지폐를 흘깃 쳐다보는 정도로 지나갈 수 밖에 없는 상황이었지만, 지폐 사진이 삽입된 설문지를 작성한 그룹에서 놀랍게도 초콜렛을 맛보는 시간도 적고, 만족도도 훨씬 낮았습니다.

이런 현상을 어떻게 설명할 수 있을까요?  연구자들은 부라는 것이 실제로 많은 것을 할 수 있는 기회를 제공하지만, 반대로 생각하면 작은 행복과 즐거움을 향유하는 능력에는 부정적인 영향을 미친다고 설명하였습니다.  사람들이 행복을 느끼는 방식은 누구나 다릅니다.  어떤 이는 최고급 와인과 근사한 레스토랑에서 식사를 하지 않으면 행복을 느끼지 못할 수 있지만, 친구와 가까운 커피숍에서 커피 한잔을 나누고, 비가 온 뒤에 햇빛이 비치는 것을 보면서도 행복을 느낄 수도 있습니다.  이런 행복을 느끼는 것도 연습입니다.  복권 당첨자들을 대상으로 한 연구도 있었는데, 1970년대 $5만 달러 이상의 복권당첨금을 받을 사람들 대부분이 그다지 행복하지 않았고, 소소한 즐거움과 행복을 느끼는 능력이 심각하게 저하되었다고 합니다.

우리가 삶을 살아가고, 이를 향유하는 것은 우리들의 선택에 달려있는 경우가 많습니다.  어떻게 자신과 가족의 행복을 찾아갈 것인가?  이에 대해 더욱 고민을 많이 해봐야 할 것 같습니다.


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