우리 뇌의 정보 기억 원리
학습이란 어떤 새로운 것을 인지하고 배우는 과정이다. 그 과정에서‘기억’으로 저장된다. ‘기억’이란 지금 들어오는 자극이 과거에 경험한 것인지, 새로운 것인지를 인지하는 능력이다. 과거에 경험한 것은‘회상’을 통하여 다시 재생되어 현재의 환경에 적절히 반응하도록 도움을 준다. 만약 학습과 기억이 없으면 자극에 대해 항상 동일하게 반응하여 생존의 확률은 그만큼 감소한다. 학습과 기억을 담당하는 곳은 중추신경계뿐만이 아니다. 세포 간에도 정보를 전달한다. 모든 세포들은‘혈액’을통해 정보신호를 주고받는다. 외부 정보는 대뇌 아래에 있는 ‘시상하부’에 모인다. 시상하 부는 모든 정보가 집합하고 명령이 나가는 곳이다. 시상하부에 정보를 주는 것은 호르몬뿐 아니라 온몸에 펴져있는 자율신경계이다. 우리는 의식적으로 우리 몸안의 상태를 모르지만 시상하부는 모두 알고 있다. 이는 시상하부가 의식의 주체인 대뇌피질로 정보를 바로 보내지 않기 때문이다. 조상이 보고, 듣고, 맛보고, 냄새 맡고, 접촉했던 결과 등 시상하부의 정보는 변연계에 저장되어 대대로 이어진다. 이것이 바로‘본능’이다. 학습과 기억은 대뇌피질에서 담당한다. 대뇌피질은 의식의 주체이며 한 개체가 행위를 하게 하는 명령 자이다. 그 행위 중에는 후천적 학습과 기억 행위가 포함된다. 아기의 대소변 훈련이 반려동물의 훈련보다 쉬운 것은 사람이 동물보다 대뇌피질이 훨씬 크기 때문이다.
학습과 기억의 주체는 대뇌피질
사람들은 유전적으로 이미 고차원적인 기억과 학습을 위한 훌륭한 도구를 조상으로부터 물려받았다. 그 도구 중 대부분은 언어와 관련된다. 대뇌피질의 상당 부분은 언어를 이해하고 가공하는 곳에 배정이 된다. 사람도 언어가 없었다면 문명을 이룰 수 없었을 것이다. 우리가 의식하는 외적 정보가 실시간으로 들어와 통합되는 곳은 대뇌피질이 유일하다. 오감을 통해 새로운 외적 정보가 대뇌로 들어오면 각각의 감각을 해석하는 피질 영역을 지나 대뇌피질 측두엽 상부의 베르니케 영역에서 모두 모여 가공되고 언어로 해석된다. 이 정보는 대뇌 전두엽의 전전두피질 영역으로 보내지는데 여기에서 이미 대뇌와 소뇌 피질 등에 저장되어 있는 기억 정보와 변연계의 정보가 합쳐져 새로운 정보에 대한 특성을 최종적으로 판단하고 행위가 필요하면 명령을 내린다. 학습과 기억의 주체는 대뇌피질이지만 그 동기부여는 변연계가 한다. 즉 변연계가 판단하여 생존에 필요한 것일수록 대뇌피질의 학습과 기억능력은 배가된다.
'공부머리’, ‘운동 머리’따로 있지만 노력으로 극복 가능
새로운 정보들에 대한 기억은 회상이라는 기전을 통해 다시 전전두피질로 간다. 단기 기억이 장기기억으로 되려면 변연계의 해마가 꼭 필요하며 수면 시에 이루어지는 것으로 알려져 있다. 변연계의 해마와 내측 두엽이 중심이 되고, 시상과 전두엽이 관여하는 학습과 기억을 명시적(서술적, 의식적)이라 한다. 이 부분이 파괴되면 지적 학습과 기억능력이 떨어진다. 반대로 김연아 선수 같은 운동에 대한 학습과 기억은 암시적(반사적, 무의식적)이라 하고 다른 뇌 부위가 관계한다. 즉 운동 뇌로 알려진 소뇌와 기저핵, 대뇌 감각 및 운동피질이 관계된다. 그러나 변연계가 동기부여를 하는 것은 마찬가지이다. 평범한 사람이 아무리 공부해도 아인슈타인이 될 수 없고, 아무리 반복 훈련을 해도 김연아 선수가 될 수 없는 것은 뇌조직이 선천적으로 이들만큼 뛰어나지 못하기 때문이다. 이는 그들만의 혜택인 것이다. 그렇다고 실망할 필요는 없다. 특정한 몇몇을 제외하면 인간의 두뇌는 거의 차이가 없어 후천적 노력만으로도 충분히 선천적 차이를 극복할 수 있다. 대뇌피질이 담당하는 학습과 기억은 두 대뇌반구에서 약간의 차이가 있다. 반구 중 언어기능을 우월적으로 수행하는 반구를 우성 뇌 반구라하고 보통(70%)은 좌뇌 반구가 여기에 해당된다. 여기에서는 언어적, 연산적 지적 기능을 수행한다. 열성 뇌 반구는 예술 뇌라고 도 하듯이 음악, 미술, 건축 관련 작업을 한다. 우뇌 반구이다. 본인의 어느 쪽 뇌가 조상으로부터 혜택을 더 받은 것인지 미리 판단하는 것도 직업을 정하는데 중요할 것이다.
정보 조정 기능에 이상 생기면 생명이 위험
그럼 분자 수준에서 학습과 기억은 어떻게 이루어지는 것일까? 아직은 미지의 분야이지만 일단 신경세포와 신경세포를 연결하는 ‘시냅스’라는 단위로 특정 뇌 부위에 걸쳐 회로식으로 연결될 것으로 생각된다. 시냅스에는 한 신경세포가 분비하는 신경전달물질이 있고, 다른 한 신경세포는 그에 대한 수용기가 있다. 자주 쓰는 뇌의 시냅스는 계속 발달하고, 쓰지 않는 뇌의 시냅스는 퇴화한다. 요약하자면 뇌에서 일어나는 학습과 기억은 생존본능에서 출발하는 것이며, 상위 정보는 하위 정보를 우선한다. 상부 뇌로부터 하부조직으로 내려가는 조정기능이 옳은 방향이 아니거나, 여의치 않아지면 그 개체는 외부의 적에게 지거나, 자체 반란에 직면하게 되거나(암세포), 아니면 자멸로 이어지는 것이다. 생명체의 생존원리가 인간이 속해 있는 국가의 생존원리와 같다는 것이 흥미롭다.
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