5. 싸우거나 도망치거나 2017-03-23T10:35:08+00:00

5. 싸우거나 도망치거나

생존과 번식을 위한 원초적인 욕망

신피질이 생겨나기 이전부터 존재했던 올드브레인은 아직도 인간의 인지작용에 중요한 기능을 수행한다. 올드브레인은 우리에게 원초적인 동기를 제공하며, 또 해결해야 할 문제를 끊임없이 던져준다. 정보처리 측면에서 이들은 어떤 역할을 하며, 또 신피질과 어떻게 협력하는지 살펴보자.

Key Point

  • 감각의 경로: 패턴인식 마음이론에서 설명했듯이 모든 감각정보—시각, 청각, 후각, 촉각 등—는 신피질로 전달되는 과정에서 1차원적인 전기신호로 변환되어야 한다. 모든 감각정보는 뇌간과 중뇌를 거쳐 시상으로 올라간다.
  • 시상: 시상은 우리 몸에 들어온 감각정보를 최종적으로 1차원적인 데이터로 변환해 신피질로 넘겨주는 종합관제센터와 같은 역할을 한다(후각은 다른 경로로 신피질에 입력된다). 시상은 신피질의 맨 아래에 있는 6층에 속한 뉴런들과 끝없이 정보를 주고받는다. 시상이 손상되면 신피질이 정상이라고 해도 의식불명상태에 빠진다.
  • 해마: 신피질은, 시상에서 올라온 정보 중에 한번도 경험하지 못한 새로운 정보라고 판단되는 것을 해마로 내려보낸다. 해마는 계층적으로 정보를 처리하지 못하며, 정보를 잠깐 동안만 저장할 수 있다. 하지만 새로운 정보가 반복적으로 입력되면 해마는 그 정보를 다시 신피질에 전달한다(이로써 계층적인 장기기억으로 전환된다). 해마가 손상되면 새로운 기억을 만들어내지 못한다.
  • 소뇌: 야구공만한 크기로 인간의 운동기능을 관장한다. 이동, 움직임, 동작의 결과를 선형적인 관점에서 계산하고 예측한다. 소뇌는 신피질이 진화하기 전 인간의 움직임을 온전히 통제했지만, 지금은 그 기능을 상당부분 신피질에게 넘겨주었다.
  • 쾌감과 공포: 원시적인 뇌는 생존욕구가 충족되었을 때 쾌감으로 보상하고, 생존욕구가 위협받을 때 공포를 느껴 즉각 반응을 하도록 유도하는 시스템을 만들어냈다. 생존욕구를 위급하게 느낄 필요가 없는 오늘날까지도 이러한 반응시스템은 신피질의 기능을 압도하는 위력을 곧잘 발휘한다. 하지만 오랜 진화과정을 거치면서 신피질은 이러한 본능적인 반응까지도 어느 정도 통제할 수 있는 수준에 올라섰다.

주석

1. 뇌라는 우주, 또는 감옥

Vernon B. Mountcastle, “The View from Within: Pathways to the Study of Perception,” Johns Hopkins Medical Journal 136 (1975): 109― 31.

2. 시신경의 희소코딩 메커니즘

Roska and F. Werblin, “Vertical Interactions Across Ten Parallel, Stacked Representations in the Mammalian Retina,” Nature 410, no. 6828 (March 29, 2001): 583― 87; “Eye Strips Images of All but Bare Essentials Before Sending Visual Information to Brain, UC Berkeley Research Shows,” University of California at Berkeley news release, March 28, 2001.

3. 청각정보가 신피질로 전달되는 모형

Lloyd Watts, “Reverse-Engineering the Human Auditory Pathway,” in J. Liu et al., eds., WCCI 2012 (Berlin: Springer-Verlag, 2012), 47― 59. Lloyd Watts, “Real-Time, High-Resolution Simulation of the Auditory Pathway, with Application to Cell-Phone Noise Reduction,” ISCAS (June 2, 2010): 3821― 24. 그 밖의 논문은 http://www.lloydwatts.com/publications.html 참조.

4. VMpo와 인슐라는 “물리적인 나를 표현하는 시스템”

Sandra Blakeslee, “Humanity? Maybe It’s All in the Wiring,” New York Times, December 11, 2003

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5. 신피질과 시상을 연결하는 신경다발

E. J. Behrens et al., “Non-Invasive Mapping of Connections between Human Thalamus and Cortex Using Diffusion Imaging,” Nature Neuroscience 6, no. 7 (July 2003): 750― 57.

6. 우리는 작업기억을 한 번에 네 개씩 저장할 수 있다.

Timothy J. Buschman et al., “Neural Substrates of Cognitive Capacity Limitations,” Proceedings of the National Academy of Sciences 108, no. 27 (July 5, 2011): 11252― 55.

7. 인공해마 임플란트를 통한 쥐의 학습능력 강화실험

Theodore W. Berger et al., “A Cortical Neural Prosthesis for Restoring and Enhancing Memory,” Journal of Neural Engineering 8, no. 4 (August 2011).

8. 기저함수

기저함수basis function란 가까이 위치한 비선형적 함수에 (다중 가중치를 가진 기저함수를 더함으로써) 선형적으로 결합될 수 있는 비선형적 함수다. A. Pouget and L. H. Snyder, “Computational Approaches to Sensorimotor Transformations,” Nature Neuroscience 3 , no. 11 Supplement (November 2000): 1192― 98.

9. 소뇌의 반복구조

R. Bloedel, “Functional Heterogeneity with Structural Homogeneity: How Does the Cerebellum Operate?” Behavioral and Brain Sciences 15, no. 4 (1992): 666― 78.

10. 아이들의 글씨쓰기 훈련과정에서 소뇌의 역할

Grossberg and R. W. Paine, “A Neural Model of Cortico-Cerebellar Interactions during Attentive Imitation and Predictive Learning of Sequential Handwriting Movements,” Neural Networks 13, no. 8― 9 (October― November 2000): 999― 1046.

11. 소뇌의 동작지각능력을 인공적으로 재현하려는 시도

Javier F. Medina and Michael D. Mauk, “Computer Simulation of Cerebellar Information Processing,” Nature Neuroscience 3 (November 2000): 1205― 11.

12. 쾌감중추

James Olds, “Pleasure Centers in the Brain,” Scientific American (October 1956): 105― 16. Aryeh Routtenberg, “The Reward System of the Brain,” Scientific American 239 (November 1978): 154― 64. K. C. Berridge and M. L. Kringelbach, “Affective Neuroscience of Pleasure: Reward in Humans and Other Animals,” Psychopharmacology 199 (2008): 457 ―80. Morten L. Kringelbach, The Pleasure Center: Trust Your Animal Instincts (New York: Oxford University Press, 2009). Michael R. Liebowitz, The Chemistry of Love (Boston: Little, Brown, 1983). W. L. Witters and P. Jones-Witters, Human Sexuality: A Biological Perspective (New York: Van Nostrand, 1980).

ratexperi

쥐의 뇌에 전극을 꽂아 레버를 누를 때마다 전기가 흐르도록 하여 쥐 스스로 측좌핵을 자극할 수 있도록 한 실험. 측좌핵은 대표적인 쾌감중추다. 쥐는 결국 먹거나 교미하는 것도 잊은 채 끊임없이 레버를 누르는 행위만 반복하다가 마침내 굶주리고 탈진한 상태로 죽었다.