뇌의식의 기초

 

뇌의식의 기초

 

안티 레본수오 교수님의 '뇌의식의 기초' 책 내용을 요약해 보았습니다.

이 글은 책 내용을 요약한 것이니 의식과학에 대해 더 알고 싶으시거나 책 내용이 궁금하시다면 이 책을 읽어주세요.

 

2장. 의식이란 무엇인가?

- 현상 의식    의식의 가장 기본적인 형태

  - 다른 모든 의식은 현상 의식에 기반하여 발생함

  - 현상 의식은 감각된 경험으로 구성되며, 경험은 경험자에게 모종의 느낌을 줌^[각주:1]

  - 현상 의식의 지각 및 감정 경험은 하나의 세계로 통합되어 있음

  - 현상 의식은 주의가 집중되는 중심부, 그 밖의 흐릿하고 약한 현상적 배경 (또는 주변부 의식)으로 나뉠 수 있음

 

- 반성 의식    감각된 경험을 처리하는 더 복잡한 형태의 의식 (일상에서 생각이라고 불리는 것)

  - 반성 의식은 개념과 언어를 사용하여 내면의 목소리를 통해 경험에 대한 생각을 만들어 냄^[각주:2]

  - 반성 의식에 도달한 정보는 장기 기억, 언어, 평가, 미래 계획, 언어화, 자발적 행위 등 수많은 인지 기능에 접근할 수 있음

  - 현상 의식은 불수의적인 것이지만, 반성 의식은 수의적임

 

- 자의식    자기 자신의 자아에 관해서 생각하는 것 (반성 의식의 특수한 형태)

  - 자의식은 단순히 경험을 겪기만 하는 것이 아니라, 그 경험의 주체가 누구인지도 자각하는 것

  - 자아는 체화되어 있으며 의식은 그 몸속에 위치함

  - 자의식의 과정 (e.g. 거울 속 자신을 인식)

    1) 현상 의식이 거울 속 나의 이미지를 경험함

    2) 반성 의식의 고등 인지 과정이 내 이미지를 처리함

    3) 장기 기억에서 스스로 자기 표상과 자전적 기억이 활성화되고, 반성 과정이 자아와 관련한 정보를 처리함

    4) 반성 의식은 현재의 경험(거울 속 모습)과 기억 속 자기 표상을 비교하고, 두 정보가 일치하면 '나'인것을 인식^[각주:3]

  - 스스로 신체 자아를 인식하는 것뿐만 아니라 시간적 연속성을 의식하는 것 역시 자의식에 매우 중요

    - 현상 의식은 지금, 현재에서만 일어나지만, 자의식은 현상 의식의 각 순간을 이어붙여 나라는 사람이 출생부터 죽음까지 겪는 기나긴 경험의 흐름을 구성함^[각주:4]

 

- 무의식

  - 의식적 상태에서는 지각 내용이 현상 의식을 채우며, 그 결과 우리는 주변 환경을 자각함

  - 무의식적 상태에서는 우리는 아무것도 경험하지 못함

 

3장. 의식의 철학

- 상호작용 이원론(데카르트 이원론)    의식과 뇌가 다른 실체로 이루어져 있고, 서로 인과적인 상호작용을 한다고 주장

  - 뇌는 물리적 실체, 의식은 비물리적 실체로 보는 것

  - 한계

    1. 비물리적 실체가 존재한다는 것을 증명할 수 없음

    2. 물리적 실체인 뇌와 비물리적 실체인 의식이 어떻게 상호작용하는지 설명하지 못함

 

- 환원주의^[각주:5] 유물론    의식을 생물학적 현상이나 물리적 현상으로 환원할 수 있다고 생각하는 유물론

  - 뇌 활동에 대한 객관적 서술은 환원할 수 있지만, 의식에 필수적인 주관적 경험의 감각질을 환원주의로 설명할 수 없음

 

- 창발 유물론    물질 세계가 다층 체계라면, 의식이 가장 높은 층에 위치하고 있을 거라는 주장

  - 뇌의 활동이 고도로 복잡해지면, 상위 단계의 물리적 실체인 의식이 창발한다고 주장함

 

- 유심론    의식 혹은 정신만이 실재하며, 물질은 그저 허상에 불과하다는 주장

  - 물질세계 그 자체를 직접 본 사람은 존재하지 않음 (모두 감각적·지각적 이미지를 통해 간접 증거만을 얻은 것)

 

- 중립적 일원론    우주가 제3의 실체로 구성되어 있다는 주장

  - 범심론    이 세상 모든 물질이 의식적·정신적 요소를 가지고 있다고 봄

    - 즉, 주관성과 감각질은 복잡한 물리 현상으로부터 창발한 것이 아니라 만물이 가진 기본 속성인 것

    - 통합 정보 이론(IIT, Integrated Information Theory)이 이에 따름

      - 의식은 통합된 정보로 구성되어 있으며, 일정 수준 이상으로 정보를 통합할 수 있는 모든 물리계는 의식을 가짐

      - 인간의 뇌는 정보를 통합하는 수준이 아주 높으므로 가장 발달한 형태의 의식이 나타남

  - 기능주의    의식을 기능과 동일시함 (인과 관계가 인간 심리의 본질이라고 말함)

    - 기능주의자 중 대다수는 유물론자이기도 함

    - 뇌를 컴퓨터 프로그램과 같은 정보 처리 체계로 바라봄

    - 환원주의 유물론과 마찬가지로 감각질에 대해 아무것도 설명하지 못함

 

4장. 심리학 속 의식의 역사

의식과학의 첫 번째 황금기

- 페히너(Fechner)

  - 경험을 야기할 수 있는 가장 약한 자극은 최소 식별 자극, 그 자극의 세기는 지각 역치라 부름

  - 두 물리 자극 간의 의식적으로 알아차릴 수 있는 가장 작은 차이는 최소 식별 차이라 부름

  - 베버-페히너 법칙: 자극에 대한 경험의 세기가 자극의 물리적 세기의 로그값에 비례

ΔP= ΔS/S, P=k·logS

 

- 빌헬름 분트(Wilhelm Wundt)    실험심리학의 아버지

  - 심리학 최초의 과학적 접근법인 내성주의를 창시함

  - 내성은 감각을 경험한 뒤 그 경험에 주의를 기울여 언어로 서술하는 것

  - 내성주의란 내성법으로 의식을 탐구하는 것을 의미

 

- 에드워드 티치너(Edward Titchener)^[각주:6]

  - 의식에는 특정한 구조가 있으며, 매우 단순하고 기본적인 의식 경험이 조합되어 우리가 일반적으로 경험하는 의식을 구성한다고 주장 (구조주의)^[각주:7]

  - 하지만, 분석적 내성법을 통해 의식을 분해하면 누가 어떻게 분석하냐에 따라 원소의 개수가 달라진다는 한계가 존재

  - 따라서, 이후 게슈탈트 심리학과 같이 의식이 원자론적 현상이 아닌 전체론적 현상이라는 주장이 대두됨

 

의식과학의 침체기

- 프로이트의 정신분석학

  - 무의식이 인간 정신의 본질이라고 주장함 (하지만, 무의식은 숨겨져 있기 때문에 내성으로 관찰할 수 없다고 주장)

  - 또한, 무의식은 다양한 방식으로 의식의 내용에 영향을 준다고 주장함

  - 따라서, 프로이트는 의식의 기능을 아주 미미하다고 봄

 

- 행동주의

  - 의식이나 영혼의 존재는 과학적으로 입증할 수도, 객관적으로 관찰할 수도 없는, 순전히 형이상학적인 추측이라고 생각함

  - 따라서, 외부에서 관찰 가능한 행동과 객관적인 물리 자극, 그리고 그로 인해 발생하는 행동의 관계만을 다룸

 

새로운 황금기를 향해

- 인지과학    생명체의 심적 상태를 이론적으로 탐구하는 것이 가능하다고 봄

- 뇌 손상 연구    뇌 손상이 의식에 어떻게 관여하는지를 통해 의식을 연구함

 

행동주의와 인지심리학

행동주의와 인지과학의 관계에 대해 더 자세히 알고 싶으시다면 위 글을 참고해주세요.

 

6장. 신경심리학과 의식

- 결합 문제(Binding Problem)    의식 경험을 통합하기 위해 뇌가 어떻게 모든 정보를 결합하는지

  - 예로, 뇌의 시각 피질은 최소 30~40개의 영역으로 나뉘며, 이들은 각자 서로 다른 시각 정보를 처리함

  - 그러나 이 정보들이 어떤 방식으로 결합하여 시각 세계를 통합하는지는 알지 못함

 

- 무의식이 의식에 영향을 준다는 것을 보여주는 실험들

  1. 맹시^[각주:8] 실험

    - 연구자들은 맹시 환자들에게 손상 부위에 빛을 주거나 주지 않으며 그 위치에 빛이 있을지 없을지를 추측하는 강제 선택 과제를 실시함

    - 환자들은 자극이 보이지 않음에도 무작위에 의한 추측보다 훨씬 높은 확률로 정답을 맞춤

  2. 안면 인식 장애 실험

    - 환자들에게 친숙한 사람과 낯선 사람의 얼굴 사진을 무작위로 보여주면, 모든 얼굴이 낯설다고 대답함

    - 하지만, 환자의 피부 전도도는 얼굴의 친숙함 여부에 따라 다른 반응이 나타남

    - 얼굴의 익숙함에 대한 정보를 감정 각성 시스템이 처리하였으나 그것이 의식에 도달하지 못한 것

  - 이 실험들을 통해, 우리가 무언가를 지각하고 행동을 결정할 때 뇌는 의식적 수준과 무의식적 수준에서 동시에 정보를 처리한다는 것을 알 수 있음

 

- 분리뇌 증후군    좌뇌와 우뇌를 잇는 신경 섬유를 제거했을 때 일어나는 현상

  - 두 뇌반구가 독립적으로 작동하게 됨

  - 현상 의식의 경우에는 두 뇌반구가 별개의 주관적 경험을 하게 됨

  - 하지만, 반성 의식과 자의식은 분리되지 않음

 

7장. 의식의 신경상관물

- 뇌기능 영상술

  1. fMRI

    - BOLD 신호^[각주:9]를 통해 활성화되는 뇌 부위가 어디인지 알 수 있음

    - 실험 조건^[각주:10]과 통제 조건^[각주:11]의 뇌 활동 비교를 통해 의식이 변할 때 더 활성화되는 뇌 부위가 어디인지를 확인

  2. PET

    - 방사능을 띤 추적 분자(주로 방사성 물 분자)를 혈액에 주입한 뒤에 분자가 방출한 감마선을 감지하는 기술

  3. 두 기술의 특징

    - 뇌 활동을 바로바로 포착하지는 못함 (이미지 한 장을 찍는데 10~30초 정도 걸림)

    - 하지만, 공간 분해능이 높다는 장점이 있음

 

- 전자기 탐지법

  1. EEG(뇌전도)

  2. MEG(뇌자도)

  3. 두 기술의 특징^[각주:12]

    - 뇌의 전자기 변화를 시간적으로 매우 정확하게 추적할 수 있음 (샘플률이 최대 1000Hz)

      - 이를 통해, 자극 정보가 의식에 도달하는 데 걸리는 시간을 잴 수 있음

    - 두피 위 수많은 지점(채널)에서 넓은 주파수 대역에 걸쳐 전자기 에너지를 측정하기 때문에 신호가 상당히 복잡함

    - 또한 신호를 잘 분석하면 뇌의 전기 활성의 근원이 어디인지 알 수 있지만, 신호를 두피 위에서 측정하기 때문에 활성화된 뇌 부위의 위치를 아주 어렴풋하게만 반영한다는 어려움이 있음

 

- (마취의학으로 밝혀낸) 의식이 사라질 때 시상 활동의 감소

  - 시상은 뇌의 중심부에 위치한 구조로, 감각 정보를 피질에 전달함

  - 따라서, 시상과 피질은 긴밀하고 복잡한 양방향 연결망을 형성함

    1. 국소 연결로: 특정 피질 영역과 시상 영역만 연결함

    2. 전역 연결로: 특정 시상 영역을 피질 전체와 광범위하게 연결함 

  - 마취가 시상의 전역 연결로의 신경 활동을 차단시킴

  - 전역 연결로는 뇌 전체 정보를 통합하기 때문에 의식의 배경 상태를 이루는 매개체로 기능할 것으로 추측됨

 

- 시각 의식의 NCC^[각주:13]

  - 양안 경쟁 현상

    - 두 눈에 제시된 이미지가 서로 합치되지 않으면, 두 이미지가 의식화되기 위한 경쟁을 함^[각주:14]

    - 시각 의식에 변화가 생길 때 일부 세포들의 활동도 함께 변화함

    - V1에서는 이러한 세포의 비율이 20%에 불과했지만, 복측 시각 흐름을 타고 내려감에 따라 증가하였고, 흐름의 종착점인 측두엽에서는 90%에 달했음^[각주:15]

    - 복측 흐름 가운데 얼굴 인식을 담당하는 방추상 얼굴 영역(FFA), 장면과 장소 인식을 담당하는 해마주변 위치 영역(PPA)이 있다는 것도 실험을 통해 밝혀냄

 

  - 사건 관련 전위(ERP): 시각 자극과 관련된 뇌의 전기 반응^[각주:16]

  - 시자각 음전위(VAN)

    - ERP는 시각 자극 제시 후 150~200ms부터 달라지기 시작하고 250~300ms에서 가장 큰 차이가 나타남^[각주:17]

    - 이처럼 시각 자극 제시 후 나타나는 음전위를 시자각 음전위(VAN)이라고 함

    - VAN은 시각 피질이 자리한 후두엽, 측두엽, 후두정엽에서 가장 두드러짐

 

  - 시각 정보는 20~30ms만에 V1에 도달하고, 다른 시각 영역에서도 100ms 내로 대부분의 연산이 끝남

  - 이 시간 동안의 정보 처리는 무의식적 정보 처리로, 주요 사물의 일반적인 형태만이 포함된 아주 대략적인 시각 장면을 형성함

  - 자극의 세부 요소를 의식하기 위해서는 여러 피질 영역 간에 복잡한 되먹임 작용이 필요함

  - 이 과정에서 0.15초 정도 더 걸려서 최종적으로 시각 자극을 의식하는데 0.2~0.3초 정도 걸리는 것임

 

  - 후기 양전위(LP)    EEG에서 VAN 반응 이후에 나타나는 느린 파형

    - 자극 제시 후 0.4~0.6초 동안에 나타남

    - 주의 및 작업 기억과 관련된 P3라는 EEG 파형과도 유사함

    - 주의 선택, 분류, 명명, 보고 등 반성 의식의 NCC로 추측됨

 

- 경두개 자기 자극(TMS)    정상 뇌의 특정 영역에 간섭 자극을 가하는 기술

  - 자기 충격파를 피질 표면의 특정 위치에 직접 발사함

  - 이 충격파가 뇌의 표면에 도달하면 일시적으로 인근 뉴런이 폭발적 발화를 하면서 정상적인 활동 능력을 상실함^[각주:18]

  - 충격파를 약하게 가하면 오히려 미약한 전기 활동을 유도하여 시각 경험을 일으킬 수 있음

  - 사용 예시

    - V1이나 V5 영역을 자극하면 피험자들은 섬광 현상을 경험함

    - V2를 비활성화하면 시각 자극이 보이지 않음

비침습적 뇌자극

TMS에 대해 더 자세히 알고 싶으시다면 위 글을 참고해주세요.

 

8장. 꿈

- 꿈은 변성 의식 상태로, 작동 방식이나 경험의 형태가 정상적인 의식과 전혀 다른 의식 상태임

- 수면은 꿈 없는 수면, 수면 정신활동, 꿈의 세 가지 단계로 나눌 수 있음

  - 꿈 없는 수면에서는 무의식적 상태임

  - 수면 정신활동에서는 단일한 양상으로 구성된 하나의 이미지가 계속 되풀이됨

  - 꿈에서는 다양한 감각으로 구성된 복잡하고 체계적인 심상들이 시간에 따라 동영상처럼 연속적으로 흘러감

 

- 꿈의 내용

  - 꿈은 좋은 주제보다 나쁜 주제가 더 흔함 (뒤쫓기거나 공격받는 꿈이 보편적인 꿈의 주제)

  - 우리는 꿈속에서도 모든 감각을 느낄 수 있지만, 시각 경험이 제일 많이 관찰됨

  - 약 50~70%의 꿈은 색깔이 존재함

  - 대부분의 꿈에는 꿈의 주인공에 해당하는 중심 인물인 꿈 자아가 존재함

  - 대부분의 꿈에는 다른 사람이나 동물이 등장함 (혼자 있는 꿈은 극히 드뭄)

  - 꿈속 요소가 비현실적이거나, 나타나지 않을 장소에서 등장하는 부조화성을 띰

 

- 꿈을 꾸는 이유^[각주:19]

  1. 무작위 활성화 이론에서는 꿈을 뇌 기능의 부작용으로 바라봄

  2. 문제 해결 이론에서는 꿈이 깨어 있는 동안에 풀지 못한 문제를 해결하기 위한 창조적인 활동이라고 주장함

  3. 시뮬레이션 이론

    3.1. 원의식(proto-consciousness) 이론

      - 출생 직전 태아의 왕성한 렘수면을 의식이 처음 형성되었다는 신호로 해석함

      - 렘수면이 가상 현실 세계를 재생하여 태아가 현실 세계를 대비할 수 있게 한다는 것

    3.2. 위협 시뮬레이션 이론

      - 현실에서 훈련하기에는 너무 위험한 상황을 꿈에서 체험하여 미리 대비할 수 있다는 이론

      - 실제로 위험한 환경에 사는 사람들은 위협적인 꿈과 악몽을 더 자주 꾼다고 함

 

- 입출면 환각

  1. 입면 상태: 깨어 있다가 잠들기까지의 짧은 과도기 상태

  2. 출면 상태: 잠들어 있다가 깨어나는 짧은 과도기 상태

  - 이때 마음속에서 생성되는 이미지를 각각 입면 환각, 출면 환각이라고 함

  - 뇌의 각성이 사라지거나 생겨날 때 꿈 이미지를 형성하는 렘수면 메커니즘이 활성화되기 때문에 각성과 꿈의 특징이 뒤섞인 독특한 변성 의식 상태가 만들어지는 것

 

- 수면 마비(가위 눌림)

  - 렘수면으로 인한 근육 이완이 각성과 혼합된 상태

  - 수면의 시작이나 끝에 주로 발생함

 

- 자각몽

  - 꿈속에서 반성 의식은 장면의 진위 여부를 의심하지 못함

  - 하지만, 렘수면 중에 억제되어 있어야 할 뇌 부위들이 활성화되면 반성적 사고가 가능해지면서 자각몽을 꿈

  - 수면 중에 뇌의 앞부분을 전기로 자극했더니 자각몽을 꿀 확률이 훨씬 높아졌다는 연구도 존재함

 

- 야경증    자다가 갑자기 비명을 지르며 겁에 질린 채로 깨어나는 현상

  - 깊은 비렘수면과 각성 상태가 뒤섞인 변성 의식 상태

  - 다시 잠들거나 반대로 잠에서 완전히 깨어나면 해소됨

 

- 몽유병    복잡한 행동, 특히 걷기 행동을 동반하는 변성 의식 상태

  - 주변 환경을 부분적으로 인식하지만, 자신이 잠들어 있으며 환상을 보고 있다는 사실을 자각하지 못함

 

- 렘수면 행동 장애(RBD)

  - 렘수면 중에는 뇌간에서 마비 메커니즘이 작동하여 대뇌피질에서 근육으로 가는 모든 운동 명령을 차단함

  - 하지만, 마비 메커니즘에 이상이 생기면 꿈을 꾸는 동안에 신체 움직임을 보임

  - 렘수면에서 꿈을 꾸는 동안에도 운동 피질은 활발하게 활동하기 때문

 

 

 

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1. 앞으로, 경험이 주는 느낌을 감각질이라 표현하겠습니다 [본문으로]
2. 반성 의식을 통해 우리는 현상 의식의 내용을 언어로 만들어 경험의 내용을 타인에게 전할 수도 있음 [본문으로]
3. 이때 새롭게 유입된 정보는 장기 기억 속 자기 표상을 변화시키기도 함 [본문으로]
4. 자신을 정의하는 과거의 중요한 기억은 자기 정의 기억, 미래에 일어날 것으로 생각되는 나의 모습을 자기 정의 미래 전망이라고 부름 [본문으로]
5. '사물을 분자와 원자로', '생명체를 세포로' 등과 같이 환원을 통해 물리적 실체들을 설명하고자 하는 접근법 [본문으로]
6. 빌헬름 분트의 제자 [본문으로]
7. 의식의 원자론적 구조를 찾고자 함 [본문으로]
8. V1의 일부가 손상되어 전체 시야 가운데 손상된 부위에 대응하는 부분에서 시각 자극을 더 이상 보지 못함 [본문으로]
9. blood oxygen level dependent(혈류 산소 수준)으로 산소화된 헤모글로빈과 탈산소화된 헤모글로빈의 비율을 뜻함. 뇌의 특정 부위가 많은 에너지를 사용하며 헤모글로빈을 탈산소화시키면, 사용에 대한 반응으로 해당 부위로 혈액 흐름이 증가함 [본문으로]
10. 피험자의 마음에 연구하고자 하는 의식 상태 또는 특정 지각물이 생생히 떠올라있는 상태 [본문으로]
11. 피험자의 마음에 연구하고자 하는 의식 상태 또는 특정 지각물이 전혀 존재하지 않는 상태 [본문으로]
12. 뇌기능 영상술과 장점과 단점이 상반된 것을 볼 수 있음 [본문으로]
13. Neural Correlates of Consciousness(신경상관물) [본문으로]
14. 피험자의 왼눈에 토끼 사진을, 오른눈에는 꽃 사진을 보여주었을 때, 피험자는 몇 초간 꽃을 지각하다가 갑자기 또 몇 초간은 토끼를 지각하고, 그러다 다시 꽃을 지각함 [본문으로]
15. 복측 흐름은 '무엇 경로'라고 불리며 형태 인식 및 대상 표현과 관련됨. 반대로, 배측 흐름은 '어디 경로'라고 불리며 움직임, 물체 위치의 표현과 관련됨 [본문으로]
16. EEG에는 외부 자극과 무관한 뇌의 자발적인 활동 신호도 함께 담겨 있기 때문에 구분 필요 [본문으로]
17. 자극 정보가 의식에 진입하기 이전에 시각 피질에서이를 처리하는데 약 0.2~0.3초가 걸린다는 것 [본문으로]
18. 완전히 회복 가능한 기능적 뇌 손상을 일시적으로 일으키는 것 [본문으로]
19. 아래 제시된 이론 말고도 많은 꿈 이론이 있으며 아직 꿈을 꾸는 이유가 확실히 밝혀지지는 않음 [본문으로]