뇌
1. 개요
'''腦''' / '''Brain'''
뇌는 신경 세포들이 뭉쳐 큰 군집을 이루고 있는 덩어리이며 동물의 중추 신경계를 관장하는 기관이다. 순우리말로는 골이라고도 한다.[2]
인체의 머리에 위치하며, 연구 결과에 따라 다르지만 최대 1000억개 이상[3]에서 최소 26억개[4]의 신경세포으로 구성되어 있으며, 가장 널리 알려진 바로는 140억 개의 신경세포로 이루어져 있다.[5] 사람의 뇌는 실핏줄이 많이 분포되어 분홍빛이지만, 해부 시에는 글리아 세포의 영향으로 하얀 부분과 회색 부분이 나뉘어진 것을 관찰할 수 있다.
2. 기능
뇌는 움직임, 행동 대부분을 관장하고, 신체 항상성을 유지하며 인지, 감정, 기억, 학습 등을 담당한다.
심장과 함께 없어서는 안 될 척추동물의 필수 기관이다. 동물 대부분은 신경계 중추가 뇌다. 거의 모든 동물에게 존재하는 장기이고 중요한 장기이며, 기능이 손상되면 정체성이 소멸되거나 기억을 잃고, 심하면 의식적인 움직임이 불가능한 상황에 이르거나 사망에 이르는 등 여타 장기들보다 기능 저하시 그 피해가 극심하다.
굉장히 예외적인 사례로 머리가 잘린 채로 1년 이상 생존했던 닭의 사례가 있는데, 한쪽 귀와 반대쪽 아래턱을 잇는 선을 따라 머리가 잘려나간 채로 1년 반 가량 생존했다. 이에 대한 자세한 내용은 머리 없는 닭 마이크 문서 참조.
뇌가 크다고 지능이 높은 것은 아니며, 뉴런 회로망의 설계가 더 큰 영향을 준다는 것이 대체적인 중론이다. 예컨데 고래[6]와 코끼리[7]는 뇌의 크기가 인간보다 거대해 뉴런의 수가 더 많음에도 불구하고 지능은 인간보다 더 떨어진다.
3. 연구
오늘날 뇌에 대한 학술적 연구는 흔히 뇌과학이라고 불리는 신생 학제인 신경과학(neuroscience)에서 이루어지고 있다.
뇌를 연구하는 뇌과학은 단순히 생물학에 국한되지 않고 전반적인 모든 과학 분야에 정통해야 하는 아주 힘든 학문이다. 연구자의 연구 방향의 따라 다르지만 수학, 물리학, 화학, 생물학의 기초 분야와 컴퓨터과학에 심리학까지 요구되는 경우 또한 존재한다. 물론 한 사람이 모든 것에 정통한 것은 아니며, 보통은 서로 의사 소통이 될 정도로만 익히고 각 분야의 전문가들과 팀을 짠다.
4. 보호
이와 같은 중요성 때문에 두개골은 인간 신체에서 가장 단단한 뼈로 되어 있다.
두개골은 신체 중 이를 제외하면 가장 단단한 부위이다. 두개골 안쪽에는 3층 정도의 막과 뇌척수액(뇌수)이 있어 뇌를 보호하는데, 구조로만 따지면 딱따구리와 동일하다.
공룡 중 파키케팔로사우루스의 경우 '''두개골 두께만 무려 25cm'''[8]로 두꺼운 머리뼈를 자랑한다. 다만 파키케팔로사우르스는 뇌를 보호하는 용도보다 박치기하는 용도로 써야 해서 두개골이 두꺼웠던 경우다. 정확히 말하면 박치기를 하여 두개골이 두껍지 않아서 도태되었다 볼 수 있다.
두개골이 있다 해도 내·외부 충격으로 인해 뇌 세포가 죽을 수도 있다. 뇌는 두개골 안에서 뇌척수액에 떠 다니는 상태인데, 외부의 충격으로 인해 진동이 일어나 뇌가 두개골과 충돌할 경우 신경계 전체에 타격이 전해질 수 있다. 게다가 뇌 세포는 거의 재생이 되지 않기 때문에 매우 위험하다. 재생된 뇌세포는 갓 태어난 상태와 같으므로 기존에 일을 하던 신경세포들과는 달리 반복하던 작업이나 기억이 없는 상태이다. 그렇기 때문에 뇌는 재생에 매우 신중한 기관이다. 이렇게 뇌가 두개골과 충돌하는 상황을 뇌진탕이라 하며 심할 경우 뇌출혈 등이 일어날 수 있다. 또한 만성적으로 계속 충격을 받으면 무하마드 알리가 걸린 것으로 유명한 펀치 드렁크라고 불리는 파킨슨병에 걸릴 수도 있다.미국의 프로 스포츠계에서 선수 관리 핵심 사안이자 가장 골치 아픈 문제가 선수들의 뇌진탕으로 인한 문제다.
물리적 충격만이 아니라 온도에도 가장 쉽게 영향을 받는 장기이다. 병증(病症) 중 고열로 인해 가장 위험에 빠지는 것이 바로 뇌로, 체온이 섭씨 40도를 넘기면 뇌 조직이 열로 변성되거나 파괴될 위험이 있어 '''뇌가 익는다.''' 이 때문에 고열을 동반한 질병을 앓으면 목숨을 건진 뒤에도 청각장애인이 되거나 심하게는 헬렌 켈러 같은 케이스, 또는 지성이 떨어져버리는 등의 일이 벌어지기도 한다.
5. 뇌의 진화
진화학에 따르면 척추의 말단에서 비대해진 신경절이 뇌가 되었는데 이 신경절은 장의 앞부분에 있던 신경이 변형된 것이 시초라고 한다. 또한 정설이라고 할 수는 없으나 분화 과정에서 장내 신경총이 최초로 구심성 - 원심성 회로를 갖추었고 이것이 재분화되면서 뇌신경계와 장내신경계로 다시 나뉘었다는 의견도 제시되고 있다. 애초에 둘 다 외배엽 기원이라 둘은 이러나 저러나 상당히 긴밀한 관계이다. 실제로도 소화기관은 감정에 상당히 영향을 많이 받고 반대로 뇌도 소화기관에 영향을 많이 받는다. 둘 모두 내분비계와 직접적으로 긴밀하게 연결되어 있고 감정에 따라 분비되는 호르몬 등에 영향을 크게 받기 때문. 이는 이러한 진화학의 주장을 뒷받침하는 근거 중 하나이다.
뇌가 없는 동물들도 있는데, 그들은 단지 외부 자극에 반응하여 본능적으로 움직이는 것일 뿐이다.[9] 기생충, 해파리와 같은 동물들은 모두 뇌가 없고 가재와 같은 갑각류도 뇌가 없다. 다만 신경 세포가 결집한 신경절과 같이 뇌와 유사하게 생긴 부분이 있고, 이를 뇌로 간주하는 경우도 있다.
리딩 대학 (University of Reading)의 연구자들이 이끈 국제 과학자팀은 뇌의 크기가 비슷한 동물 사이에서 밀도에 매우 큰 영향을 미친다는 사실을 확인했다.#
5.1. 인류의 뇌 진화
최초의 인류라고 할 수 있는 오스트랄로피테쿠스의 두뇌 체적은 435㎤ 정도로 다른 육상 포유 동물에 비해서 꽤 큰 크기였지만, 그래도 현대인에 비해서는 부족했다.[10] 뇌의 용적의 증가는 초기에는 10만 년당 4.6%씩 100만 년 동안 가파르게 증가하였고, 호모 사피엔스가 나타났을 때에는 10만 년당 7.6%에 달하는 엄청난 비율로 증가했다.
- 뇌 용량이 기하급수적으로 늘어난 것에 대해선 육식과 관계가 있다는 연구도 있다. 육식을 통해 효율적인 에너지 섭취가 가능해져 소화기관이 소비하는 열량이 줄고 결국 잉여열량이 뇌의 발달에 기여했다는 것이다. 또한 육식을 위해서는 사냥이라는 더욱 고도의 능력이 필요하고 이에 따라 뇌가 더 발달했다는 것이다.
- 지능의 수준은 두뇌의 절대적인 무게에 비례하는 것도 아니고 몸무게 대비 두뇌의 상대적인 무게에 비례하지도 않는다. 예를 들어 고래의 경우 뇌의 크기가 제일 크지만 제일 똑똑하지 않으며 일부 설치류의 경우 몸무게 대비 뇌의 무게가 사람보다 크지만 지능 수준은 사람보다 낮다. 그러나 여러 포유류 종의 몸무게, 뇌크기 데이터를 바탕으로 사람 몸무게에 해당하는 동물의 뇌크기를 예측했을때[11] 뇌의 크기보다 실제 인간뇌의 크기가 월등히 크다는 점이 알려져 있다.
- 인간은 직립 보행을 하면서 손으로 도구를 쓰기 시작하며 각종 복잡한 작업들을 해내기 시작한 것이 두뇌의 발달을 불렀고, 뇌의 발전으로 증가한 지능으로 도구를 효율적으로 다루게 되고, 새로운 방식의 도구를 잘 다루기 위해 두뇌가 발달하고... 이런 식으로 발달이 발달을 필요로 하는 식의 양성 피드백인지도 모른다.
- 실제로 조용현의 저서 "정신은 어떻게 출현하는가"에서는 인간의 정신이 출현한 것을 바로 이런 과정을 통해서라고 주장하고 있으며, 그 근거로 추상적인 개념을 표현하기 위한 상형문자가 그 개념을 표현하기 위해서 손으로 취하던 제스쳐를 그림으로 따라 그린 것에서 출발하는 적이 많다는 것과 인간의 뇌에서 손동작을 담당하는 부분의 비율이 매우 크다는 것 등을 제시한다. 물론 확실하게 검증하려면 뇌에 대한 연구가 좀 더 많이 진행되어야 알겠지만.
- 도구를 다룰 수 있는 동물도 있지만, 굳이 인간의 지능이 이렇게 발전한 것은 불리한 신체 조건을 가지고 있었기 때문이라는 이론이 있다. 날카로운 발톱이나 이빨을 가진 동물은 자신이 가지고 태어난 신체만 다루면 그만이기 때문에 지능의 발달이 필요가 없었겠지만, 발톱은커녕 털가죽도 없는 인간이 살아남기 위해서는 효율적인 도구의 사용과 지능의 발전이 필수적이었기 때문일 것이다.
- 반대로 신체 조건 자체가 뇌 발달에 도움이 되었다는 학설도 있다. 인간은 이빨을 안 쓰고 도구를 통한 원거리 공격에 특화된 종족이였기 때문에 이빨이 퇴화되고 뇌가 발달해도 상관 없었다는 학설이다. 사냥감을 물어뜯어 공격하는 타입이 아니기 때문에 큰 송곳니가 필요 없었고, 큰 송곳니는 자연스럽게 퇴화할 수 있었다. 그만큼 뇌의 용량이 커지게 된다 → 뇌의 용량이 커지게 되니 지능이 증가 → 지능이 높아지니 도구의 질이 높아지고 → 점점 이빨을 사용할 일이 줄어들고 → 다시 이빨이 퇴화하고 → 뇌 용량이 증가 → 지능이 높아짐 → 지능이 높아지니 불을 사용하게 됨 → 다시 이빨 크기가 줄어들고, 지능이 증가.
- 인류가 수렵 활동을 하면서 장거리 추적을 위해[12] 뇌가 커졌다는 학설도 있다. 높아진 체온에서도 뇌가 온도의 영향을 덜 받으려면 뇌의 부피 자체가 커져야 하는데 이러한 뇌 용적 증가가 본의 아니게 지능 발달에 도움을 주었다는 것[13]
- 의외로 널리 알려지지 않은 사실인데, 최근 2만 년 사이에 인류의 대뇌 용적이 줄어들었는데 석기시대 인간의 평균이 1500cc였던 것에 비해 현대인은 평균 1350cc. 거의 테니스공 하나 정도의 체적이 사라진 셈이다. 이는 농경 사회와 정착 생활로 인한 영향이라는 분석이 있다. 주식으로 식물성 탄수화물을 안정적으로 확보하기 시작하며 사냥꾼의 경험을 해보지 않는 사람들이 늘어났기 때문.
- 참고로 개는 늑대보다 신피질이 작으며, 가축화된 소는 야생 들소보다 신피질이 작다. 이는 천적을 피하면서 먹이를 찾아야 하는 야생 동물과 그로부터 파생된 가축을 비교하면(야생닭 vs 가축 닭, 야생오리 vs 가축 오리 등) 공통적으로 관찰되는 현상인 것으로 밝혀졌다. 뇌는 엄청난 에너지를 소모하는 기관이기 때문에, 이처럼 가축화(천적이 없으며 먹이가 저절로 얻어짐)된 동물은 뇌에서 필요없는 부분이 점차 퇴화된 것으로 생각된다고. 뇌는 엄청난 에너지를 필요로 하는 기관이기 때문에 용적을 조금만 줄일 수 있어도 생물에게 매우 유리하다. 인간의 대뇌 용적 감소 역시 문명사회를 이루어 살게 되면서 스스로를 가축화한 것이 아니냐는 추측이 있다.
- 인류가 수렵 생활을 하던 석기시대에 뇌 용적이 최대였다가 줄어든 것에 대한 가설로는 대규모 사회가 성립되기 이전 기록 매체조차 없던 때에는 모든 것을 개개인의 기억력에 의존할 필요가 있었다는 주장이 있다. 사회 인프라라고 할 만한 것이 없던 수렵 시대에는 사냥의 기술, 먹을 수 있는 것과 없는 것을 구분하는 채집에 관한 지식, 주변 환경과 근처 지리, 도구를 만들고 터전을 잡는 방법에 이르기까지 모든 것을 각 개체가 자신의 머리로 해결해야만 했으며 전부 기억하고 있다가 뒷 세대에게 전해주어야만 했다. 이로 인해 뇌 용적이 큰 것이 직접적으로 생존 경쟁에 영향을 미쳤으며 부족을 구성하는 단위가 커지고 사회가 구성되면서 생존에 필요한 모든 것을 기억할 정도로 뇌가 크지 않은 개체도 충분히 생존할 수 있게 되면서 자연스럽게 뇌의 용적이 줄어들었다는 이야기다.[14] 사실 이건 뇌 용적만의 이야기가 아니다. 인류가 농경의 시작과 함께 사회를 이루면서 생존에 필요한 근력, 지구력, 면역력 등의 최소 요구 레벨이 전부 줄어들었다.
- 다른 관점에서 해석한 내용도 있다. 지능 자체의 변화보다는 뇌가 '추상화'라는 기술을 익히게 되면서 IQ가 높아졌다는 인식. #
- 칩 윌터의 진화론은 굶주림이 뇌의 발달을 야기했다고 말한다. 동물이 굶주리면서 어려운 시기를 겪을 때에 노화 속도가 느려지고, 세포 단위에서 건강은 개선되며 에너지가 절약된다. 실제로 초파리, 생쥐, 쥐, 개 등 다양한 동물의 굶주림 실험에서 수명이 길게는 30퍼센트 가량 늘어난다. 이러한 에너지 절약에 예외가 하나 있는데 그것은 뇌 세포의 성장이다. 굶주린 동물은 가뜩이나 부족한 영양 자원을 뇌로 보내는 것이다. 별로 생존에 유리한 점이 없던 인간종은 굶주리고 굶주리며 연명해 왔기 때문에, 뇌의 성장이 맹렬히 촉진됐다고 말한다. 다만, 그렇다고 소식을 하면 반드시 수명을 연장시킨다고 보면 안 된다는 것에 주의하자.
- 옛날 아프리카에는 매우 풍부한 자원이 있어서 인류의 조상이 여러 식물, 열매, 과일로 연명하며 살아가다가 결국 아프리카의 기후 변화로 건조해지자, 식물을 먹던 생존 방식은 유지될 수 없었고 멀리 이동하게 되었다. 그런데 이동하는 것은 원래 이동하지 않던 상태였을 때보다 더 많은 에너지가 필요했고 이에 따라 생존을 위해서 원래 먹지 않던 고기를 먹게 되었고 육식으로 인해 원래의 수렵과 채집에 필요한 양보다 훨씬 많은 영양분을 단번에 섭취할 수 있게 되었고 발달에 필요한 잉여 에너지를 얻을 수 있었다. 이게 사바나의 일부 인간종이 선택한 전략이였고 그게 생존한 인간종인 우리라는 가설이 있다. (1990년대 초 expensive tissue hypothesis - Leslie Aiello)
- 인류가 불을 사용하기 시작하면서 뇌의 용량이 증가했다는 주장이 있다. 뇌는 신체 에너지의 약 20% 가량을 소모하는 에너지가 엄청나게 드는 기관인데[15][16] 불로 음식을 조리할 수 있게 되면서 소화기관의 크기가 줄어들었고 그로인해 음식물을 소화하는데 쓰이는 에너지가 절약되어 뇌를 발달시키고 유지하는 게 가능해졌다는 주장이다. 실제로 소화기관이 소비하는 에너지도 상당하기 때문에 소화에 드는 에너지가 줄어들지 않는다면 뇌 발달 및 유지에 무리가 있기 때문이다.
6. 구조
이하의 내용은 데이비드 마이어스(D.G.Myers)의 유명한 심리학 개론서인 《마이어스의 심리학 개론》과 라마찬드란 박사의 '명령하는 뇌, 착각하는 뇌(V. Ramachandran,박방주 역,알키,2012)'를 참고로 하였다.
[image]
뇌는 위 그림과 같이 크게 세 부분으로 나누어진다.
- 뇌간은 뇌줄기로도 불리고, 파충류 단계에서 진화하였다. 역할은 숨을 쉬는 호흡 활동, 심장 박동 등의 기본적인 생명 활동을 통제하는 것. 때문에 손상되면 매우 치명적이다. 척수와 연결되는 부위이다.
- 소뇌는 감각 입력과 운동 출력 등을 담당하는데, 부드러운 움직임을 위해 중요하지만, 제거한다 해도 대부분의 정신 능력에는 거의 영향을 미치지 않는다.[17] 약 700억 개 혹은 1000억 개 정도의 뉴런을 가지고 있다. 대뇌보다 작지만 뉴런 수는 더 많다.
- 대뇌는 포유류와 영장류 단계를 거쳐서 진화했다. 지능[18]을 담당하고, 손상되어도 생명에는 지장이 없지만 무의식 상태에 빠지게 된다. 이 부분은 뇌의 부피 중 가장 많은 부분을 차지하는데, 전체 뇌 부피의 약 85%를 차지한다. 대뇌는 다시 우뇌(우반구)와 좌뇌(좌반구), 전두엽, 두정엽, 후두엽, 측두엽으로 나뉜다. 우리 몸은 연수[19]에서 신경이 한 바퀴 꼬이기 때문에 우뇌는 신체의 왼쪽을, 좌뇌는 신체의 오른쪽을 담당한다.
'''그림 1.'''이 사람에게 적용되지 않는 이유는 동물들과 사람의 해부학적 생김새가 다르기 때문인데, 예를 들어 말(horse)을 생각해 보자. 사람과는 달리, 말과 같은 동물에서는 Anterior, Posterior / Ventral, Dorsal / Cranial, Caudal / Rostral[20] 과 같은 용어 모두가 필요하다. 즉, 말은 뒤쪽과 앞쪽, 등쪽(Dorsal)과 배쪽(Ventral) 각각의 구분이 가능하다. 하지만 사람에 있어서 이들 용어는 뒤쪽과 등쪽이 같고, 앞쪽과 배쪽이 같기 때문에 제한적인 범위 내에서 쓰인다.
사람에게는 Anterior ≠ Rostral, Posterior ≠ Caudal, Superior ≠ Dorsal, Inferior ≠ Ventral 이며, '''Anterior = Ventral, Posterior = Dorsal, Cranial(Cephalic) ↔ Caudal, Rostral ↔ Caudal''' 이다.
7. 뇌에서 일어나는 장애와 질병
자발적인 행동을 체제화하는 것이 힘든 장애. 개별 행동은 잘 수행하나 행동을 순서대로 이어나가는 데 문제가 생긴다. 예를 들어 '손가락을 까딱인다. 입을 다문다. 담배곽에서 담배를 꺼낸다.' 등은 잘 수행하지만, '주머니에 손을 넣어 담배를 꺼낸다. → 다른 손으로 한 개피를 꺼낸다. → 입에 문다. → 라이터를 꺼낸다. → 불을 붙인다.'와 같은 과정은 잘 이어지지 않는다.
사물은 잘 구분하나 사람 얼굴은 잘 구분하지 못하는 현상. 뇌에서 사람 얼굴을 인식하는 부위에 문제가 생긴 것이다. 장애까진 아니더라도 다른 사람의 표정(감정)을 잘 이해하지 못하는 것도 이쪽과 같은 원리이다.
- 뇌전증(간질)
이건 100% 뇌의 문제까지는 아니지만 뇌 특정 영역의 신호 폭주로 발작이 일어나기도 한다. 뇌는 뇌세포끼리 전기적 신호를 통해 소통하는 것으로 연산을 한다. 근데 여기서 문제가 생겨서 한 곳에서 갑작스럽게 신호가 폭주하여 간질 발작을 일으키기도 한다. 이를 완화시키는 약을 투여하거나 특정 영역이나 그곳에 이어지는 뇌섬유를 절제하여 발작을 가라앉히기도 한다. 해마 경화증은 MRI 영상으로 해마가 굳은 것으로 확인할 수 있으며, 측두엽 발작을 일으키는 주 원인이 된다.
자폐스펙트럼 환자를 MRI에 넣어서 뇌 스캔을 돌리면 NT(Neurotypical)와 확연히 다른 영상이 나온다고 한다. 그리고 2012년 6월 자폐증을 유발하는 유전자와 그 유전자가 자폐증을 일으키는 기작이 발견되었다. 현재까지 다양한 자폐증 관련 유전자가 보고되고 있으나, 그 명확한 기전은 연구가 더 필요한 상태이다.
선천적으로 뇌가 없이 태어나는 기형. 이렇게 태어난 태아는 얼마 가지 못해 사망한다. 이게 외관상으로도 명백한 기형이라서, 인도 등지에서는 이렇게 태어난 아이를 "개구리 아이"라면서 신으로 모시는 일이 있었다고.
태생기에 발육 억제 또는 붕괴에 의해 생기는 뇌의 선천성 이상. 뇌 전체가 작아지고 폭 넓은 뇌회나 뇌회반곤을 수반할 수도 있다.
가장 유명한 뇌 질환 중 하나. 각종 정신 질환에도 포함이 되어 있지만 뇌 신경 계통의 이상에 따른 질병이기도 하기 때문에 이곳에서 따로 분류를 한 질병 중 하나. 뇌의 질환 중에서 섬망과 더불어 아주 드물게 정신 질환과 신경과적 질환 양쪽 모두로 분류되는 질환으로 신경과와 정신과 두 양쪽 과에서 질행되는 질병이기 때문에 뇌 질환 중에서는 가장 다루기 어려운 질병으로 꼽힌다. 이유는 뇌 신경 계통의 이상으로 극심한 정신 이상을 수반하기 때문이다.
- 편측 무시
비우성반구[21] 손상으로 인해 발생한다. 자기 몸의 좌측을 인지하지 못하는 증상으로, 이 환자는 그림을 그려도 오른쪽만 그리며, 환자의 왼팔을 눈 앞에 들이대며 이게 누구 팔이냐고 물어보면 질문하는 사람의 팔이라고 하게 된다.
뇌의 마비로 인해, 발음과 걸음걸이에 인해 문제가 생기는 질병, 지능에도 문제가 생겨 지적 장애를 유발하기도 한다.
- 소뇌변성증
운동을 담당하는 소뇌의 퇴행으로 균형 감각 저하와 떨림과 언어 장애와 운동 장애를 유발하는 질병, 심한 경우에는 걷지를 못하고 떨림이 매우 심해져, 음식물을 먹는데 큰 지장을 끼치고, 언어에 장애가 생긴다. 유전적으로 생기는 척추소뇌변성증이 있으며, 종양이나 중풍으로 인한 따른 소뇌변성이 있으며, 그리고 알코올 중독자들에게 생기는 알코올성 소뇌변성증이 있으며 여러가지 이유로 인해 생긴다.
각종 말기 암, 간경변과 만성 신부전, 심장병, 뇌졸중, 뇌진탕과 같은 뇌 질환 및 오랜 기간 진행된 심각한 질환으로 인해 생기는 질환. 그 밖에 알코올 및 마약 중독 등의 섬망이 있지만 알코올 및 마약 중독의 경우는 그 섬망 기간이 매우 짧기 때문에, 보통의 섬망으로 분류가 되지 않는다. 환자는 급격한 기억 상실과 때로는 급격한 공격성과 혹은 착각과 환각을 가지게 된다. 혈액 검사로 나타지만, MRI에서도 바닥핵이 하얗게 나타나기도 한다. 또한 대수술 뒤 중환자실에 오래 머물다 보면 나타나기도 하는데, 이 경우에는 보통 중환자실을 벗어나면 증상이 사라진다. 겉으로 보면 치매의 증상과 유사하지만 원인이 되는 증상이 없어질 경우에는 회복이 가능하다.
자신에게 일어난 모든 일화를 기억하는 질환이다. 좋지 않은 기억들도 죄다 기억하기 때문에 정신적으로 문제가 심각한 경우가 많다.
- 감정 표현 불능증(영어명 알렉시티미아)
감정을 담당하는 편도체에 이상에 생겨 감정을 느끼지 못하는 질환이다. 손원평 작가의 작품인 '아몬드'의 주인공이 이 질환을 가지고 있다.
그 외의 질병과 장애 종류는 여기 참조.8. 손상과 회복
뇌에 기억이 저장되는 방식에 대해서는 여전히 연구가 진행 중이지만, 대부분의 연구자들이 추정하기로는 '뇌세포 간의 연결 상태가 바로 기억이다'라고 한다. 예를 들면 4개의 뇌세포가 일자로 연결되는가, 사각형으로 연결되는가에 따라 다른 형태의 기억이 저장된다는 것이다.(물론 실제로 이처럼 단순하지는 않을 것이다)
인공뉴런은 하나마다 기억을 가질 수 있는 것으로 취급한다.
때문에 뇌에 저장된 기억은 다양한 형태로 손상될 수 있다. 앞서의 4각형 예시에서 뇌세포 한 개가 죽어버린 경우 3개의 뇌세포가 ㄱ자 모양으로 연결된 형태만 남기 때문에 기억이 변할 것이라고 추측할 수 있다. 실제로도 마약이나 기타 이유로 뇌세포가 확률적으로 손상을 받는 경우 기억의 손실뿐만 아니라 변조가 관측된다는 점에서 이 가설을 뒷받침 한다.
또 뇌세포가 전부 살아 있어도 어떤 이유로 뇌세포간의 연결 상태가 변하면 (세포 간의 연결이 끊어지는 등) 마찬가지 효과가 발생한다. 이건 주로 물리적/정신적 충격에 의해서 발생하는 경우가 많은데, 특히 정신적 충격의 경우 세포가 사망할 이유가 전혀 없는데도 불구하고 완전한 기억의 변조가 관측된다는 사례가 이와 같은 가설을 뒷받침한다.
위와 같은 이유로 뇌세포는 재생 기능이 의도적으로 억제되어 있다고 여겨진다. 즉, 뇌세포가 신체내의 다른 세포처럼 손상/재생 사이클을 반복하는 경우 기억을 유지하는 데에 심각한 장애가 발생할 가능성이 높으므로[22] 뇌세포는 재생 사이클을 아예 억제하고 있다는 것이다. 이런 이유로 우리는 더더욱 영생이 불가능하다는 결론도 얻을 수 있다. 핵심적인 기억이 뇌세포의 재생으로 인해 사라질 경우 더이상 내가 나가 아니게 되기 때문.
또한 뇌세포를 실험실에 따로 떼어놓을 경우에는 다른 세포처럼 정상적으로 재생된다. 세포가 분열을 통해 재생하는 것은 인간의 유전자에 각인되어 있는 것이기 때문. 그러므로 현대 의학은 뇌세포 재생 억제를 뇌가 아닌 외부에서 하고 있다고 본다. 그리고 독성학 측면에서 희소돌기 교아세포가 생산하는 성장억제성 당단백과 황산콘드로이틴 프로테오글리칸 및 별아교세포가 생산하는 반흔이 그러한 작용을 하는 것이라고 추측한다.
한번 손상되면 다시는 재생되기 어려운 특성 덕에, 뇌는 혈액을 그대로 받지 않고 혈뇌장벽을 통해 혈액을 여과하여 받아들이고, 사람들은 뇌에 극심한 악영향을 미치는 요소들에 특히 더 거부감을 느끼기도 한다.
8.1. 뇌세포 재생
기존의 통념으로는 뇌세포(뉴런)는 재생될 수 없다는 것이 일반적인 생각이었다. 그러나 최근 연구에 의하면, 일정 수준 이상의 유산소 운동은 해마 부분의 뇌세포 재생을 촉진할 수 있다는 가설이 점점 설득력을 얻어가고 있다고 한다. 이는 동물 실험을 통해 어느 정도 입증된 내용이라고.
성인이 되면 성장이 멈추고 노쇠해가는 것만이 아니라, 살아가면서 받는 새로운 자극에 의해 시냅스를 만들고 쓰지 않은 시냅스를 정리하며 변해간다. 이에 관계된 곳이 해마이며, 해마는 새로 신경세포를 만들고 새 시냅스 연결에 관여한다. 또한 신경 손상에 의해 장애가 온 경우에도 새로운 시냅스를 만들고 기존 신경을 우회해 새로 처음부터 연결을 만들어 운동기능을 되찾는 사례도 이를 뒷받침한다.
이는 손상이 온 뇌세포에서 직접 재생을 한다던가 하는 것이 아님을 주의해야한다.
특히 유산소 운동과 식이요법, 금연은 해마에서의 시냅스 재생과 생성을 긍정적인 방향으로 이끈다. 신경세포의 재료인 오메가3, 6지방산의 꾸준한 섭취와 규칙적인 유산소 운동을 늘리고 그리고 일부 향정신성 약물과 담배등을 금하자 30대 이상의 표본에서도 유의미한 차이를 보였다. 하지만 앞서 말했듯 뇌의 가소성, 계속해서 변해가는 성질은 평생 계속되기에 이러한 노력들을 멈추게 되면 긍정적인 효과가 저하됨은 자명하다.
반대로 미국 UCSF의 알바레즈 부이야 교수 연구팀이 동물이 아닌 인간의 뇌를 가지고 한 연구에 의하면 제공받은 59개의 뇌에서는 인간 성인의 뇌가 13세 이후부터 새로운 뇌 신경세포를 만들지 않았다는 사실을 발견했다.[23]
9. 뇌의 성별 고정 androgen brain imprinting
태아 시기에 남성 호르몬(androgen)에 노출됨으로써 뇌의 성별(sex)이 남성으로 각인(imprinting)된다.
뇌성(의학)(brain sex) 문서 참조.
10. 속설
인간은 평생 3%의 뇌도 사용하지 못하고 알버트 아인슈타인은 10%를 썼다는 말[24]이 있는데, 그저 속설에 불과하다. 간단한 일 하나에도 뇌의 여러 부분이 반응하는 것이 현재 관측으로 확인되었다. 이 말을 아인슈타인 본인이 했다고도 하는데, 아인슈타인이 그런 말을 한 적도 없거니와 아인슈타인은 물리학자이지 신경과 의사가 아니다. 그리고 아인슈타인도 사람들의 탐구 의식을 고취시키기 위해 이런 발언을 했다는 시각이 현 학계의 입장이다. 이 발언이 유명해진 이유는 모 광고에 나왔기 때문이다.
활성화된 뇌를 스캔해보면 얼핏 뇌의 일부분만 사용되는 것처럼 보이긴 한다. 하지만 사고작용과 뇌세포 간의 역할 분담에 따라 특정 부위가 상대적으로 더 활성화되어 있는 것이다. 외국에도 널리 퍼진 속설인지 월스트리트 저널에 '그거 속설. 믿지 마'라는 기사까지 실렸다. 이게 사실이면 사고로 뇌의 일부를 잃은 사람이 장애를 겪는 이유를 설명할 수 없다.
다만, 인간의 뇌도 근육처럼 자주 사용하는 기능은 발달하고 덜 사용되는 부분들은 축소되기는 한다. 실제로 연구 결과 오히려 IQ가 낮은 사람일수록 같은 자극에 대하여 더 넓은 범위의 뇌가 반응을 보인다고 한다. 이는 같은 정보를 처리하는데도 단련된 사람은 더 적은 부위의 뇌만 사용한다는 의미다. 사실 이 말은 장기간에 걸쳐 특정 분야에서 전문적인 수준에 올라선 경우와 다르게 특화된 부분의 미흡으로 내부적 혼선을 야기할 수 있다는 것, 한마디로 최적화가 덜 됐다는 소리다.[25]
사람들이 자주 착각하게 되는 이유는, 뇌의 모든 부위가 항상 100% 풀 파워로 돌아가지는 않는다는 것이 사실이기 때문이다. '''그게 더 효율적이기 때문에 그렇게 진화한 것이다.''' 그렇다고 해서 이게 뇌가 100% 돌아가면 더 우수한 성능을 보인다는 뜻이 아니다. 단지 뇌의 각 부분들 중 현재 수행하는 작업에 직접 관련된 부분들이 더 활성화된다는 뜻일 뿐이다. 예를 들어 컴퓨터에서 문서 작업 중에 옆에 달린 게임 패드가 활성화된다고 해서 문서 작업의 효율이 올라가지 않는 것과 같은 것이다. 또한 활성화된다는 것 역시 상대적인 의미일 뿐, 다른 부위들이 비활성화 상태인 게 아니다. 뇌는 서로 긴밀하게 연결되어 협력하기 때문에 다른 부위들 역시 엄연히 활성화되어 있다. 단지 직접 사용되는 부위보다 덜 활성화되었다는 뜻일 뿐이다.
물론 이는 뇌의 모든 부위가 최고로 활성화된 상태를 유지할 필요가 없다는 근거는 될 수 있지만, 반드시 그 상태를 유지하지 말아야 할 이유는 되지 못한다. 사실 우리 뇌가 이렇게 직접 필요하지 않은 부위를 덜 활성화시키는 이유는 바로 에너지 효율이다. 바로 아래의 동영상을 살펴보자.
(동영상 오른쪽 하단에서 한국어 자막을 활성화시킬 수 있다.)
흔히 창작물에서는 뇌와 의식을 "전기 신호"에 비유하지만, ("인간의 의식은 전기 신호 운운") 이는 뇌파의 이미지에 영향을 받은 것이며, 실제로 뇌와 의식의 구조는 전기 신호 수준으로 단순한 것은 아니다. 다만 개별 뉴런들이 시냅스를 통해 주고받는 신호 자체는 마치 모스 부호와 비슷하게 보이는 전기적 특성을 지니고 있지만 아직 다 밝혀지지도 않은 '''아주 복잡한 화학적 신호이다.'''
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개별 뉴런이 출력하는 전기 신호.
11. 요리
뇌 요리는 그 그로테스크한 모습 탓에 어찌 보면 혐오 음식 같기도 하지만, 여러 매체에서는 최고의 요리 재료 중 하나로 꼽히기도 한다. 귀한 재료 취급받아도 이상할 게 없는 것이, 한 마리에서 딱 하나만 나오는 데다 상하기도 쉬워서 유통 난이도가 높기 때문이다. 개중에 특히 자주 등장하는 건 양과 소, 돼지 그리고 원숭이골. 원숭이골이 인디아나 존스 덕분에 특히나 유명하다.
미국에는 돼지의 뇌로 만든 통조림이 있는데 성분 표기명에 콜레스테롤 함량이 '''일일 권장 섭취량의 1170%'''라고 표기되어 있다. 이렇게 엄청난 고지방 음식인 것은 뇌가 뇌혈관에 있는 약간의 근육 빼면 근육 같은 건 전혀 없는 빽빽한 세포들의 덩어리이기 때문이며,[26] 게다가 신경 세포를 감싼 마이엘린초나 기다란 축삭 그 자체가 세포막 양을 잔뜩 늘려주기 때문이다. 하지만 이 통조림은 판매하는 미국 내에서도 취급하는 곳이 적은 심히 마이너한 물건인 듯 하다.
위와 같은 높은 지방 함량 때문에 야생에서 생존하는 가이드에서는 야생동물을 잡을 경우 뇌를 먹을 것을 권하고 있다. 야생 동물은 가축과 달리 활동량이 많아 상대적으로 지방이 적은데,[27] 그러다보니 토끼 기아라는 단백질 중독 증상에 걸릴 수 있기 때문.
원시인들의 거주 유적을 살펴보면 원숭이나 동족의 뇌와 골수를 파먹은 식인 흔적이 나타나는 뼈 유물이 발견되는 일이 나타난다. 먼 고대부터 내려오는 식문화. 유인원 중에도 자기보다 덩치가 작은 원숭이를 잡아서 살과 머리를 파먹은 개체가 있다. 이들은 원주민들의 아기를 원숭이로 착각하고 잡아가 잡아먹기도 한댄다.
이리, 척수, 뇌는 맛이 비슷비슷하며 실제로 먹어보면 쫄깃쫄깃한 두부같다고 한다. 뼈다귀 해장국을 먹을 때 맛볼 수 있는 척수(등뼈 안쪽 구멍에 든 말랑말랑한 그거)를 떠올리면 된다. 물론 두부에 비해 쫄깃하다는 것이며, 다른 내장들보다는 훨씬 부드럽다. 당연한 것이, 뇌에는 근육이 전혀 없이 모조리 뉴런 덩어리다. 식감을 뺀 맛 자체는 밋밋하기에, 보통 참기름 등에 찍어먹는다. 혹은 가열해서 조리하면 진한 맛이 배어나온다는데, 진한 맛은 이리나 척수 등을 먹을 때 입안에 감기는 그 맛이다.
어째서인지 서양권에선 좀비가 인간 자체가 아니라 뇌만 먹는 것으로 표현하는 작품들도 많다. 식물 vs 좀비라는 게임에서 나오는 좀비들은 사실상 뇌를 먹기 위해 살아간다는 수준이며 좀비 설명들도 뇌 타령으로 점철되어 있다. 신음 소리도 '''브레이이인-'''
각 동물의 뇌를 시식하는 영상.(혐오주의)
영화 한니발에서는 한니발 렉터가 희생자의 뇌를 산 채로 일부 뜯어내서 요리한 후 뇌에 대한 이런저런 설명을 늘어놓으며 희생자, 즉 뇌의 주인에게 먹이는 충격적인 장면을 연출했다. 소설에선 먹이진 않는다. 저 뇌 일부가 전두엽인데 미리 처치를 해둔 피해자의 두개골을 들어내고 티스푼처럼 생긴 도구로 전두엽을 덜어내고 즉석에서 능숙하게 요리를 하는 한니발 선생의 모습이 아주 잘 묘사된다. 피해자는 전두엽이 손상을 받자 갑자기 헛소리를 늘어놓기 시작(...).
어찌 보면 괴식처럼 보이겠지만 엄연히 고급 요리 재료다. 한식대첩에서도 소 뇌 요리가 소개된 적이 있으며, 역시나 고급 식재료로 취급했다.
중국판 무한도전을 보면 YES / NO 특집에서 돼지 뇌 요리를 대접받고(물론 매우 고급 음식이다) 출연자들의 반응이 이상해지는 것에서 네 발 달린 건 책상 빼고 다 먹는다는 현대 중국인들에게도 호불호는 갈리는 것 같다[28].
12. 기타
12.1. 뇌가소성
매우 드문 경우지만 뇌 중 일부가 손상되어도 기능 대상(뇌가소성)이 일어나 다른 뇌의 일부가 손상되거나 없는 부분의 기능을 대신하여 일반인처럼 생활하는 사람들이 존재한다. 외국의 어떤 아이는 사고로 오른쪽 대뇌를 거의 잃었음에도 한동안 휠체어 신세를 진 것만 빼고 정상 생활을 하였으며 다른 나라의 한 소녀도 병으로 왼쪽 대뇌 대부분을 제거했는데 그럼에도 얼마 뒤 정상 생활을 하게 되었다.[29] 또한 뇌의 표피라 부를 만한 부분 이외에는 다 물만 차 있어 일반인의 1/5 미만의 뇌 크기를 가진 사람이 아무 문제 없이 생활하고 IQ 126으로 대학에서 우등생이 되는 사례도 있었다. 나중에 병원에 갔다가 우연히 자신의 뇌 상태를 알았다고 한다.[30] 사이언스지에 실리기도 했는데, 우측은 원문이다. # 대뇌의 70%를 절제하였으나 멀쩡히 살아서 노래하는 경우도 있다.
물론 위 사례들만 가지고 뇌 손상을 입고도 일상생활을 할 수 있다고 생각하면 곤란하다. 위 사례들은 극히 특수한 경우이며, 일반적으로 작은 영역이라도 뇌가 손상되면 마비나 온갖 인식 장애 및 이상한 행동을 보이게 되는 경우가 대부분이다. 예를 들어 왼쪽에 있는 물건은 인식하되 오른쪽에 있는 물건은 인식할 수 없다든가.
12.2. 뇌 수술
환자가 깨어있는 상태로 진행되는 뇌종양 (핍지교종 (Oligodendroglioma)) 절제술.[31]
일부 뇌 수술의 경우에는 전신 마취를 하지 않고 '''환자가 깨어 있는 상태에서 수술'''하기도 한다. 하지만 뇌 자체의 경우 감각을 담당하는 세포가 없으므로 만져도 고통을 느끼지 않기에 고통은 문제가 되지 않는다. 다만 두개골을 절개할 때의 통증, 그리고 심리적인 공포가 문제일 것이다.[32] 특이한 경우로 에디 에드콕이라는 뮤지션은 손떨림 증상을 치료하기 위해 뇌 수술을 받는 도중에 악기를 연주하기도 했고, 슬로베니아 출신의 한 테너는 뇌종양 제거 수술을 받으면서 슈베르트의 겨울나그네를 부르기도 했다.[33]
물론 모든 뇌 수술이 이렇게 진행되는 것은 아니고, 맵핑[34]이 필요한 경우나 언어 / 운동 중추 등 중요한 부위의 종양 등을 최대한 정교하게 도려내면서 상태를 모니터링해야 할 때나 한다. 그리고 이러한 수술을 시행하더라도 머리를 열 때나 닫을 때는 당연히 전신 마취를 하고, 뇌의 일부분을 절제할 때만 마취를 약하게 해서 의식을 되돌리는 방법으로 집도한다.
전두엽 절제술 문서도 같이 보면 좋다.
12.3. 뇌 VS CPU
흔히들 CPU를 컴퓨터의 뇌라고 비유한다. 그러나 CPU는 뇌의 기능 중에서도 연산 기능만을 수행하기에 완전한 1:1 비교는 힘들다. '''상징적인 의미로 뇌라고 비유되는 것이지, 실제 뇌와는 기능이 다르다.''' 뇌의 해마는 컴퓨터의 주기억장치(램) 처럼 단기 기억을 리프래쉬 해주며, 시냅스 네트워크는 컴퓨터 보조저장장치(SSD, HDD 등) 처럼 장기 기억을 가지고 있고, 그래픽 카드 처럼 영상/음성 등 감각 처리부위나, CPU의 제어부(Control Unit) 같은 운동령 부분[35]이 각각있고 메인보드 처럼 이들을 묶어주는 뇌량같은 데이터 버스가 있기 때문이다. 즉, 굳이 비유하자면 인간의 뇌는 '''컴퓨터의 많은 핵심 부품들을 하나로 묶은 패키지 AP 또는 SoC인 셈.'''
CPU의 폰 노이만 구조는 뇌가 돌아가는 걸 모방해서 만든 것이 아니다. 뇌가 동작하는 방식을 모방한 것은 CPU가 아니라 인공지능의 인공신경망 개념으로, 이미 수십 년 전에 등장했다. 하지만 CPU의 성능이 따라주지 않아서 인간이 하는 패턴인식의 수준에까지는 미치지 못했다. 그러나 CPU의 성능이 계속해서 발전하면서 뇌를 모방한 인공 지능을 실제로 하드웨어에서 동작하게 할 수 있게 되었다. 그 과정에서 구글 딥마인드 챌린지에서 큰 화제를 모았던 알파고 등이 등장하게 된 것이다.
연산 속도를 비교하면 일반적으로 인간의 뇌의 처리 속도[36][37]는 초당 15[38] ~ 200[39]Hz 정도이며[40] 정도에 차이가 있지만 그래도 1khz 이하로 추정된다. 반면 현재 일반적으로 쓰는 CPU의 작업 속도는 1 ~ 5Ghz로 그 속도는 압도적으로 CPU가 빠르다.[41]
또한 CPU는 간단한 구조의 기계어를 사용하지만 뇌는 자연어를 직접 처리한다.
저장용량으로 가면 CPU가 더 불리해진다. 뇌는 연산과 저장을 동시에 수행하지만 CPU는 처리만 하지 정보를 저장하지는 못한다. 기껏해야 연산을 돕기위해 약간의 캐시 메모리나 edROM만이 존재할 뿐이다. 게다가 대다수 휘발성이어서 전원이 끊기면 완전 백지 상태로 돌아간다. 뇌는 의식을 잃어도 장기 기억이 뉴런의 시냅스 네트워크에 저장되어 있어 의식이 돌아오면 기억도 함께 돌아오는 것이 특징이다.
CPU와 뇌의 성능 비교가 아닌, 복잡도 비교의 관점에서는 다음과 같은 연구 결과가 있다. 예시로 스탠포드 대학 연구팀의 보고서에서는 높은 복잡도 때문에 현대 과학이 총동원 되어도 뇌의 모든 구조를 완벽히 파악하는 데엔 무리가 있다고 밝혔다. '''각 시냅스는 마이크로프로세서(CPU)처럼 기능하는데''' 이들 가운데 '''수만 개'''는 하나의 뉴런(신경 단위)을 다른 신경 세포와 연결시켜 준다. '''대뇌피질에서만''' 약 '''125조 개의 시냅스'''가 있는데 이는 전신의 체세포 수보다도 많은 것이다. 즉 클럭은 낮은데 125조 개나 되는 코어 물량빨로 승부하는 멀티코어 프로세서에 가깝다.[42] CPU의 경우 초 고사양 서버로 가야 100의 자릿수 코어를 쓰므로[43] 자릿수 자체가 넘사벽.
가령 2006년에 세계 최고의 슈퍼 컴퓨터로 등극한 블루진/L은 8192개의 CPU로 280.6 테라플롭스의 성능을 가지고 있지만 시뮬레이션에서 시냅스 3000개[44] 가량 있는 뉴런을 1만개[45] 시뮬레이션 하는데 그첬으며, 레이턴시는 무려 10배나 높아서 사실상 벌레만도 못한 수준이라고 봐야 한다.
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과거 연구에 따르면 페타 플롭스급이면 쥐와 맞먹는 수준을 엑사 플롭스 수준이면 인간과 맞먹는 수준으로 보았으나, 현재 엑사 플롭스급 슈퍼컴퓨터가 등장하고 있지만 인간은 고사하고 쥐 수준의 자아를 가진 컴퓨터도 못 만들어 내고 있다. 또한 뇌는 위에 서술되어 있듯 대부분의 리소스를 생각보다는 감각처리[46], 운동제어[47]에 사용함으로, 실재 생각이나 창의력 같은 고등한 지능에 필요한 연산량은 그보다 많이 필요할 수도 있다. 다만 현재 반도체 소자 기술의 발전을 생각하면 언젠가는 따라 잡힐 것으로 보인다.
상위 항목에서 나오듯 사실 사람 뇌는 뉴런과 뉴런 사이 커넥톰은 커녕 뉴런 숫자도 연구마다 오락가락 하는 만큼 뇌 자체에 대한 자료가 부족해 사람뇌를 CPU나 컴퓨터로 구현하는 연구는 매우 더딘편이다. 일단은 사람 뇌의 뉴런숫자를 1000억개, 시냅스는 1000조개로 가정하고 연구중이며, 2020년대에는 사람뇌의 1% 구현을 '''목표'''로 1억개의 트랜지스터를 직접한 전용 연산 프로세서 수만개를 넣은 슈퍼컴퓨터를 만들어서 시뮬레이션 하는 수준이다. 맨체스터 대학 연구
시냅스가 아니라 뉴런을 트랜지스터로 대응해도 2020년 기준으로 거대 칩들은 대다수가 100억개 이하의 트랜지스터를 가지고 있어서 이 숫자로도 밀린다. 다만 공정이 점점 정밀해지면서 2030년 전까진 1000억개의 트랜지스터를 가진 대형 칩[48]이 나올 가능성이 있다. 트랜지스터 1개의 성능은 뉴런 1개보다 떨어짐으로 이보다 더 많이 밀도가 올라야 1칩으로 뇌를 따라잡을 수 있을것이다.
그리고 뇌는 약 20 W 정도의 에너지를 소비하지만[49] CPU는 모바일 AP는 2~3W 내외 개인용 컴퓨터 CPU는 40~80 W 내외 대형 서버류 CPU는 수백 W를 먹는다. 그래서 전성비 면에서도 상대가 안된다.[50]
하지만 CPU와 이를 사용하는 컴퓨터도 뇌에 비해서 장점이 많다.
반복되는 간단한 사칙연산이 뇌에 비해서 매우 빠르다. 당장 에니악 처럼 80년대 손바닥 만한 계산기만도 못한 초기형 컴퓨터도 '''9만7367의 5천승''' 연산을 2시간만에 처리했는데 이는 수학자들 100명이 1년은 걸려야 연산할 수 있는 수준이였다. 그래서 초창기 컴퓨터 광고에서 유행한 문구가 수학자 XXX명이 AAA년 걸려 하는 일은 000컴퓨터는 X초만에 수행한다 였다.[51] 이보다 더 빠른 현대의 컴퓨터는 말할것도 없다.
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그리고 이전 자료를 빠르고 정확하게 불러 올 수 있다. 기억 항목에서 나오듯 뇌는 추상화를 너무 심하게 하기 때문에 정확한 기억은 아니고 그나마 잘 까먹기도 한다. 다시 말해서 정보의 무결성(Integrity)이 보장되기 어렵다.
그리고 뇌는 생성, 성장, 교육에 못해도 18년[52]이라는 기간이 필요하고 그나마도 개체 차이가 심해서 표준화가 사실상 불가능 하지만 CPU나 컴퓨터의 부속자재는 말그대로 찍어내고 자료를 복사하면 끝이기 때문에 생산성 측면에서 상대가 되지 않는다.
또한 애초에 동물이기 때문에 신진대사에 필요한 식사시간, 휴식시간, 배설시간[53] 등을 보장해줘야 하며, 집중 시간도 그리 길지 않다. 이 때문에 고대부터 있었던 인간 컴퓨터 직업이 현재는 기계식, 전자식 컴퓨터 같은 도구로 완전히 대체 되었다.
13. 이야깃거리
- 뇌는 자신의 이름을 직접 작명했다고 할 수 있다.[54]
- 사실상 인간의 아이덴티티는 뇌 그 자체이기 때문에, 뇌 이외의 신체를 모두 교환하는 뇌 이식에 대한 관심이 높아지고 있다. 이론적으로 뇌를 다른 신체나 기계장치에 연결하여, 다른 장기의 기능부전으로 인한 죽음을 극복하는 것이 가능하다.
- 공감각이 다른 인식 부위끼리 꼬여서 비정상적으로 작동해서 발생한다는 설이 있다.
- 눈을 담당하는 부분은 멀쩡한데 뇌로 보내지는 이미지를 해석하는 부분이 다쳐서 사람의 얼굴을 인식하지 못하는 안면인식장애 증상도 존재한다. 다른 건 다 인식한다. 이는 사람의 얼굴을 인식하는 부분과 사물을 인식하는 부위가 다르기 때문에 생기는 현상이다. 이 부위가 나뉘어진 것은 생각보다 사람의 얼굴을 인식하고 감정 상태를 알아내는 것은 매우 복잡하고 시간을 많이 잡아먹는 연산이기 때문이다. 때문에 얼굴이 조금만 달라져도 (가령 외국인) 감정이나 상태, 심지어는 나이조차 정상적으로 인식하기 어려운 이유이다. 사실 이런 예는 의외로 흔하다. 안경 쓰는 사람들은 안경을 벗으면 다른 건 그렇게 안 보이진 않는데 유독 사람 표정 읽는 것만 엄청나게 어려워지는 경험을 해 본 적이 있지 않나? 유명한 사례로 아내의 얼굴을 모자로 착각해 얼굴을 잡아 뜯으려고 했던 이야기가 유명하다. <아내를 모자로 착각한 남자>라는 책 참고.
- 뇌의 특정한 부분[55]이 망가져서 성격이 아예 완전히 바뀌는 경우가 있다. 피니어스 게이지(Phineas Gage)라는 사람이 사고를 당해 착실한 성격에서 공격적이고 천박한 성격으로 바뀌었다. 쇠파이프가 대뇌의 전두엽 쪽을 뚫고 지나가 머리에 세 손가락이 들어갈 만큼 구멍이 난 상태에서 아물지 않고 살아가야 했다.[56]
- 뇌를 갉아먹고 사는 유충이 있다! → 다만 이는 쇠파리 구더기가 뇌를 갉아 먹고 사는게 아니라 희생자가 운 나쁘게 쇠파리가 구강 근처에 구더기를 낳아서 생긴일로 대부분 살만 파먹는다. 쇠파리 문서 참고.
- 사고 때문에 기억상실증을 당했는데 사고 이전의 일은 기억하지만 이후의 일은 기억하지 못하는 경우. 혹은 그 반대의 경우도. 최악의 경우 단기 기억 장기 기억이 모두 망가져서 말 그대로 현재에만 살아갈 수 있다. 실제로 클라이브 웨어링(Clive Wearing)이라는 영국의 작곡가는 최악의 기억 손상을 당해서 몇 분마다 잠에서 깬 것처럼 행동한다. 농담이 아니라 자신의 피아노 연주를 끝내자마자 연주했다는 사실 자체를 인지하지 못한다. 인도 영화 '가지니'가 이런 상태의 주인공을 다룬다. 해마 부위가 다치면 이런 일이 발생한다. 해마는 기억을 관장하는 뇌 부위로, 고작해야 30초 정도나 지속되는 단기 기억을(CPU 캐시 메모리) 다시 재전송(리프래쉬)하여 4시간 ~ 6시간 이상 지속되는 전격 기억으로 바꾸어 준다(RAM). 이것이 지속되면 시냅스 네트워크와 단백질 구조가 바뀌어 기억이 평생 지속되는 장기 기억으로 바뀌어(HDD/SSD) 기억이 오래도록 남는다. 단, 실제로 가장 많은 사례는 사고 당시의 기억만 잃어버리고 그 앞뒤로는 다 기억하는 경우이다. 그리고 폭염으로 인해 뇌세포가 익어버려서 27년의 기억이 모두 없어진 사례도 있다.
- 상상을 담당하는 영역과 기억 회상을 담당하는 영역은 같은 영역이다. 이 때문에 유도심문, 암시를 통한 세뇌로 있지도 않은 기억을 진실로 믿는 경우도 생긴다. 생사람 잡아 억울하게 옥살이시킨 일도 있으며, 과거의 트라우마로 인해 기억이 왜곡되거나 과장, 축소되는 경우도 이 경우에 속한다. 이런 이유로 목격자 심문 시 지나친 유도심문은 금지되어 있으며, 상상력이 풍부한 시기인 어린이의 증언은 증거로 잘 제출되지 않는다.
- 뇌의 정보 처리 중추 개념을 강조한 설 중 하나가 통 속의 뇌이다.
- 당연히 동물마다 뇌의 형태가 다르다. 이 중에서도 오징어의 뇌가 유난히 특이한데, 식도를 축으로 하는 고리 형태로 되어 있다. #
- 고대 이집트에선 뇌를 콧물 만드는 기계, 또는 피를 식히는 기관 정도로만 취급해서 미라를 만들 때 그냥 코에 집게 넣고 끄집어내 버렸다고 한다. 사실 아래에도 나와있듯이 익지 않은 뇌는 푸딩 같은 촉감이라 집게로 집어서 꺼내는 것은 힘들다. 그래서 집게나 철사 갈고리 같은 것을 코로 넣은 후 빙빙 돌려서 걸쭉한 액체 비슷한 상태로 만든 다음 시신을 뒤집어서 코로 뇌를 쏟아냈다고 한다.
- 인간의 뇌는 의외로 열량 소모가 큰 기관으로 전체 열량 소모의 19%는 뇌가 차지한다. 하루 평균 권장 열량을 2600kcal로 보는데, 이 기준에서 뇌가 하루에 소모하는 열량은 약 500kcal 정도이다.
- 영양 상태가 정상일 때 뇌는 포도당을 주 에너지원으로 사용한다. 부수적으로 케톤체나 중쇄지방산, 젖산, 일부 아미노산을 사용하는데, 특히 기아 상태가 지속되면 혈중 케톤 농도가 증가하면서 케톤을 에너지원으로 많이 사용하게 된다. LCHF식단을 시행하는 경우도 완전한 기아 상태는 아니지만 케톤체 형성이 촉진되고 뇌에서도 이를 많이 이용하게 된다.
- 인간의 뇌가 착각이나 착시를 일으키는 이유 중 하나는 부족한 연산 능력을 보충하기 위한 현상이라고 한다. 주변 색에 의해 색을 착시하거나 항상 쓰는 문장에 변형을 주어도 항상 쓰던 문장이라 착각하거나 하는 경우 등이 있다. 재미있는 예를 하나 들어보자면 히스토리 채널의 뇌의 착시를 다루는 프로그램인 Your bleeped up brain이라는 프로그램에서 소개된 케이스로 영국군은 독일의 유보트를 낚을 때 여장 작전을 썼다고 한다. 해병들을 여장시키고 갑판에 내보내면 방심한 독일군의 유보트가 모습을 드러냈는데 그렇게 낚은 유보트가 약 70대, 파괴한 유보트가 14대 라고 하니...
- 익히지 않은 뇌의 촉감은 푸딩 같다고 한다. BBC 다큐멘터리 Blood and Guts a History of surgery E01 Into the brain 편의 진행자 마이클 모즐리가 돼지의 뇌를 만져보고 말한 소감이다.
- 미국 뉴욕의 로체스터 대학교에서 쥐의 뇌에 인간 태아에게서 추출한 신경교세포[57]를 주입하는 실험을 하였다. 그 결과, 쥐의 뉴런은 그대로였는데도 쥐의 지능이 훨씬 높아졌으며 기억력 또한 4배로 늘었다고 한다. 이 연구를 진행한 연구진은 윤리적 문제 등을 이유로 원숭이를 대상으로 한 실험은 포기하였다. 더불어 캘리포니아 대학 센디에이고에서 인간의 줄기 세포를 10개월간 배양해서 작은 크기의 뇌를 만들었는데, 여기서 뇌파가 검출된 것이 발견되었다. 25-39주 미숙아의 뇌파 패턴과 유사하다고.
- 멍게는 유생 시절 뇌와 비슷한 복잡한 신경계를 가지고 있지만, 정작 성체가 되면 신경계 대부분을 스스로 소화시켜 퇴화해 그저 바닥에 뿌리를 내리고 산다.
- 전기 충격 요법이라는 치료는 환자의 뇌에 전기 충격을 가해 치료 효과를 얻는다. 즉 인공적으로 간질 발작을 일으켜 정신 질환을 치료하는 방식(...). 과거에는 귀찮은 정신병자들을 조용하게 만들기 위해 전두엽 절제술과 더불어 남용되어서, 이 치료법으로 뇌에 큰 손상을 입은 사례가 많다. 현재는 좋은 약물과 요법들이 나와 이전처럼 적극적으로 시술되지 않지만, 증상이 심각한 경우 어쩔 수 없이 시행하는 경우도 있다.
- 흔한 오해이지만 뇌의 수명은 사람의 수명과 대체로 비슷한 편이다.[58]
- 운동이 두뇌에 좋다는 주장도 있지만, 입시 전쟁터에서 승리한 서울대생들은 막상 체력적으로 약하다는 연구 결과도 있다.[59] 물론, 표본 집단이 매우 적은 연구이고, 연구 결과가 발표되고 상당한 시간이 흐른 지금에 와서도 이 주장과 일치한다고는 볼 수 없다. 운동을 통해 자신감 등을 향상시켜서 공부에 도움이 된다는, 즉, 지능에 대한 효과는 의문점이 존재한다. 이와 반면에, 운동이 두뇌에 좋다는 의견도 많다. 오히려 이쪽의 의견에 대한 연구가 많다. 자신감 향상 효과가 아니라도 규칙적인 운동을 통해 혈액순환이 좋아지면 뇌혈류가 개선되면서 도움을 준다고 한다. 또한 치매의 예방과 진행 지연에도 운동이 긍정적 효과를 준다는 연구 결과가 많다.
- 잠을 잘 때는 뇌의 크기가 평소보다 조금 작아진다. 자세한 건 수면을 참고.
- 뇌에 가장 큰 손상을 주는 행위는 턱을 때리는 행위이다. 턱을 때리면 머리가 순간적으로 크게 흔들리는데 이때 뇌가 안에서부터 두개골에 부딪혀 손상을 입는다. 권투 같은 직업을 가져 이러한 손상이 누적되면, 펀치 드렁크라는 뇌손상 증상이 나타나게 된다.
- 지금까지 뇌와 심장, 근육 연결 조직 등엔 모세혈관전 괄약근이 존재하지 않는다는 설이 유력했었다. 그러나 2020년 1월 덴마크 과학자들이 생쥐 실험으로 뇌에서 모세혈관 전후의 혈액 흐름을 조절하는 '모세혈관전 괄약근(precapillary sphincters)'이 실제로 존재한다는 걸 처음 확인했다. 이 발견은 편두통·알츠하이머병·혈관성 치매 등의 치료법 개발에 도움이 될 수 있다는 점에서 특히 주목된다. #
- 사람 단 한 종을 제외한 나머지 동물들은 몸 전체에서 뇌가 차지하는 비중이 매우 적다 던지 뇌는 에너지를 굉장히 많이 소모하고 편식도 심해 포도당만을 연료로 고집한다는 것도 대표적으로 잘못 알려진 사례다. 실제로는 인간보다 뇌 비율이 큰 동물도 많고(뉴런 항목 참조), 포도당이 다 떨어지면 케톤체 등 다른 에너지원도 끌어다 쓴다. 아마도 뇌 비율은 인간의 신피질이 육체 전체 대비 비율로 가장 크다는 것이 뇌 비율로 잘못 알려진 것으로 추정된다.
- 2008년에 영국 요크셔 지방의 헤슬링턴(Heslington)이라는 곳에서는 요크 대학교에서 지반 공사를 하던 중에 기원전 약 500년 무렵의 인간 뇌가 완벽하게 보존된 상태로 발견되어 전세계적인 화제가 되기도 했다. # 이는 세계적으로 가장 오래 보존된 뇌 표본으로 남아 있으며, 어떻게 이렇게까지 온전할 수 있었는지에 대해서도 과학자들의 연구가 진행 중이라고 한다.
14. 참조 문서 및 자료
[1] 쿠르츠게작트의 영상.[2] 뼈 골(骨)과는 전혀 다른 단어다. 즉, 순우리말로 뇌(腦)는 골, 골(骨)은 뼈다.[3] 소뇌에만 1000억개의 뉴런이 존재 한다 #[4] Pakkenberg B의 가장 최근 연구의 따르면 대략 26억개로 추정된다.[5] 신경해부학 책에는 140억 개로 기술되어 있는 경우가 많다.[6] 참거두고래는 약 376억개의 뉴런을 가지고 있다.[7] 아프리카 코끼리는 약 2000억개의 뉴런을 가지고 있다.[8] 이 정도면 전력용 원자로 압력용기의 두께랑 같다.[9] 다만 이 부분은 해석에 주의를 요한다. 본능적으로 움직인다고 해서, 학습 능력이 없다고 생각하면 매우 곤란하다. 예를 들어 인간이 언어를 익히는 것도 일종의 본능이다. 문어에게 스위치를 올리고 내리는 것과 먹이 주는 사람 정도는 인식할 수 있다는 것을 확인한 사례도 있으며, 깡총 거미는 사냥하는 루트에 대한 것을 학습하는 능력이 있다. 또한 어떤 개미의 경우 두 무리가 싸우기 전에 일렬로 나열하는데, 이때 정찰 역할을 하는 개미는 돌아다니면서 자신의 군체와 만나는 빈도를 센다. 자신의 무리와 만나는 빈도가 상대방의 무리와 만나는 빈도수와 같거나 보다 작으면 싸움을 피하고 보다 높다면 싸운다. 벌의 경우는 잘 알려진 것처럼 꿀이 있는 방향을 같은 벌집의 벌들에게 알린다.[10] 예외로 현생인류의 뇌 용적을 뛰어넘었던 남아프리카의 보스콥인이 있다.[11] 회귀분석을 돌렸다는 얘기다[12] 인간은 마라톤을 보면 알 수 있듯 다른 동물에 비해 느리지만 오래 달릴 수 있는 편이다.[13] 더불어 말을 제외한 다른 동물들과 달리 인간은 전신으로 땀을 흘린다는 점도 인류가 장거리 달리기에 유리한 방향으로 진화했다는 학설의 근거 중 하나다.[14] #유튜브 프리미엄 컨텐츠임 이 연구처럼 순간기억력의 경우 침팬지가 (상당수준의 고등교육을 받았을 정도로 똑똑한) 해당 다큐의 디렉터보다 좋다. 이 연구는 인간이 그림이나 문자를 사용하여 자신이 아는 정보를 두뇌가 아닌 외부에 저장할 수 있게 되면서 뇌의 일부 기능이 축소되고 대신 언어능력, 추상화 능력 등 두뇌의 다른 능력들을 선택적으로 발달시킨 것이라는 가설에 힘을 실어준다.[15] 같은 무게의 다른 신체부위와 비교하면 시간당 소모 열량이 약 12배 가량 높다.[16] 참고로 단일 장기중 가장 많은 에너지를 소모하는 기관은 간이다. 워낙 많은 화학반응을 처리하기 때문에 에너지 소모가 적을래야 적을 수가 없다.[17] 소뇌의 손상은 감정이나 인지에 일부 영향을 끼친다.[18] 감정, 논리적 사고 등, 인간의 가진 거의 모든 정신 능력의 핵심이 대뇌에 있다.[19] 뇌간의 일부.[20] 사람에게는 잘 쓰이지 않는다.[21] 오른손잡이의 경우 오른쪽 반구. 왼손잡이의 경우 인구의 반은 왼쪽, 반은 오른쪽 반구를 뜻한다[22] 재생된 뇌세포가 어딘가에 결합하면서 기억을 변조시킬 우려가 있다.[23] 사실 이렇게 새로운 뇌 신경세포 생성이 거의 없거나 적은 게 자아 유지에 중요한 역할을 하고 있을 수도 있다. 이게 사실이면 머리에 충격을 주는 운동은 조금 위험할 수도 있다.[24] 버전에 따라선 아인슈타인이 "일반인들은 5%~6%를 쓰지만 자신은 7%을 쓴다"고 말했다는 내용인 경우도 있다.[25] 간단한 예를 들면, 기본적으로 동일한 조건의 (업그레이드나 업데이트 같은 후발적 변수 없이) 컴퓨터를 기준으로 수요용량은 동일하다. 이때 하나의 서버만을 가동시키는 경우 더 빠른 출력과 속도를 냄으로서 목적에 접근하기 수월해진다. 반면에 여러 개의 서버를 병렬 가동시키게 되면, 여러 가지 경우를 동시 확보할 수는 있어도 업무 사이를 오고가는 동안 최적의 목적에 도달하는 데 상대적으로 많은 시간과 에너지가 소요된다. 인간의 두뇌 또한 컴퓨터의 메커니즘과 크게 다르지 않다. 몇 가지 큰 차이가 있다면 생체 리듬의 유무로 인한 기억 소실 및 맥락 이해, 인위적인 기능 강화 여부 등이 있을 뿐이다.[26] 세포막은 지질로 되어 있으며, 다시 말하면 콜레스테롤 막이다.[27] 가축들은 이런 야생동물들을 잡아다 키우면서 점차 인류에게 걸맞는 방향으로 강제로 진화시킨 것들이다. 그러니 식품이나 도구로서의 가치는 높아진 반면, 독립된 생물로서의 가치는 몹시 떨어져서 이제는 인류가 보살펴주지 않으면 운좋은 소수를 제외하고는 스스로 생존하지를 못하여 멸종할만큼 변형되어있는 상태이다.[28] 당연한 얘기지만, 중국인이라도 젊은 세대거나 도시 거주민이면, 다른 나라 사람들과 입맛이 크게 다르지않다. 벌레꼬치같은 괴식에 질겁하는 중국 사람도 널리고 널렸는데, 이는 한국인들 중에서 상대적으로 젊은 사람들이 삭힌 홍어회같은 것을 못 먹는 것과 같은 이치다.[29] 미치오 카쿠 씀. 불가능은 없다 p.146 김영사[30] 다만 당시 CT 성능이 21세기인 현재만큼 좋지 않았기 때문에 정말로 뇌가 수 mm만 남아 있었는지 검사 결과를 의심하는 학자들도 있다.[31] 참고로 이 영상의 주인공인 찰스 트리피(Charles Trippy)는 '''7년 동안 하루도 빠짐없이''' 본인의 일상을 다룬 비디오 블로그를 올린 인물로 기네스북에까지 올랐다. 브이로그란 단어가 나오기 훨씬 전부터 수년간 브이로그를 만들어온 셈.[32] 인간이 느끼는 공포나 통증은 단순한 엄살이 아니다. 그 자체로 생명이 위험해지는 경우도 있다! 통증이 심함에도 불구하고 부분 마취로 이루어지는 많은 수술의 경우 심박수를 항상 모니터하는데, 환자에 따라 통증이 심해질 경우 심박이 극단적으로 빨라지거나 느려지는 경우가 발생하고 이 경우엔 수술을 잠시 쉬어가거나 중단하게 된다.[33] 2분 40초쯤에 혀가 꼬이면서 목소리를 제대로 내지 못하는 모습까지 볼 수 있다.[34] 뇌의 어느 부분이 무슨 일을 하는지 세밀하게 찾아가는 과정. 예컨대 어떤 부분을 전기로 자극했더니 환자가 말을 못하게 되면 브로카 영역 등으로 기록하는 식이다.[35] 생각보다 뇌에서는 몸 제어 부분이 생각 자체를 하는 부위보다 많다. 아니 거의 대다수를 차지하고 있다.[36] 흥분정도에 따라 달라진다[37] 뇌파가 클럭에 기준이 된다면 0~ 250 hz 정도이나 뇌파 항목에서 보듯 뇌파는 클럭보다는 잡음에 가깝다는 이론이 있을 정도로 정확하지 않다.[38] 어두운 환경에서 이미지 처리[39] 밝은 환경에서 이미지 처리[40] 앞서 말한 흥분 정도나 훈련여부에 따라 좀 더 늘어날 수도 있다. 미공군에서 시험한 결과 일부 전투조종사들은 512hz의 이미지를 구분했으며 프로야구 타자들도 비슷하게 빠른 주사율의 이미지를 인지(처리)한바 있다.[41] 그러니까, 뇌의 IPC가 어마무시하게 높은 것이다.[42] 물론 뇌의 각 부위별로 정해진 기능이 있기 때문에 특정한 정보처리나 연산에 뇌의 시냅스들을 전부 활용하지는 못한다.[43] 인텔 제온 시리즈, AMD EPYC 시리즈 등을 여러 개 탑재한 서버[44] 일반적인 뇌는 5000개에서 최대 10000만개 까지도 있다.[45] 참고로 장수말벌이나 누에나방 같은 대형 곤충류만 해도 10만개가 넘는 뉴런을 가지고 있다.[46] 사람 뇌의 경우 거의 시각처리에 대부분의 리소스를 사용한다.[47] 뉴런은 대뇌 보다 오히려 몸의 운동을 제어하는 소뇌에 더 많다.[48] 커스텀 칩중에서는 1000억개급 트랜지스터를 가진 연산칩이 2021년에 등장하기도 했다.[49] 그래도 신체 에너지의 5분의 1을 뇌에서 소비한다. 여러가지 사고 혹은 연산 작업 탓에 사람의 뇌나 컴퓨터의 프로세서나 전체 시스템에서 전원이 제일 많이 들어간다. 다만 인간을 비롯한 다른 동물들은 전체 열량을 여전히 뇌보다는 근육에서 더 소비하고 있다.[50] 여기에 램이나 보조 저장장치, GPU등을 포함하면 컴퓨터의 에너지 소비량은 뇌에 비해 넘사벽으로 높아진다.[51] 물론 진짜 수학자 수백명이 수십년 동안 참여하는 프로젝트는 컴퓨터가 하는 단순한 반복 연산이 아니라 더 복잡한 수학이론 증명 등 할 수 있는 일이 더 많다.[52] 사람 기준[53] 영화 히든 피겨스에서도 비슷한 일화가 나와 있다. 주인공인 NASA의 인간 컴퓨터는, 흑인 여성 화장실이 사무실에서 20분 거리에 떨어져 있어 화장실에 가는 행위에만 많은 시간을 소모하게 된다. 이후는 문서 참고.[54] 뇌의 이름을 뇌라고 지은 생물은 사람인데, 그 사람의 뇌가 뇌라는 이름을 생각해내고 지었다고 볼 수 있기 때문이다.[55] 특히 전두엽.[56] 전두엽은 성격, 특히 인성에 영향을 준다.[57] 뉴런을 지지하고, 영양 등을 공급하는 세포. 한마디로 뉴런의 보조 역할을 하는 세포다.[58] 사실 이론상으로는 더 길지만 뇌 손상 같은 것들이 없을 때 이야기이고 대체로 나이를 먹으면 점점 죽어가기 시작한다.[59] "서울대생 체력 또래에 크게 뒤져", 2006년 7월 12일, 연합뉴스