사람의 뇌는 무엇이 그리 특별한 걸까요?
왜 다른 동물들이 우리를 연구하는 대신
우리가 그들을 연구하는 걸까요?
사람의 뇌는 다른 뇌에 없는
그 무엇을 가지고 있거나 할 수 있는 걸까요?
제가 10여 년 전 이 질문들에 관심을 가지기 시작했을 때
과학자들은 각각 다른 뇌들이 무엇으로 만들어졌는지 안다고 생각했습니다.
비록 빈약한 근거에 바탕을 두었지만
많은 과학자들은 사람의 뇌를 포함한
모든 포유류의 뇌가
같은 방식으로 만들어졌다고 생각했고
또 신경 세포의 수는
늘 뇌의 크기에 비례한다고 생각했어요.
크기가 같은 두 개의 뇌에서,
예를 들어, 두 개의 뇌가 각각 400그램이라면
비슷한 수의 신경 세포를 가지고 있어야 한다는 뜻입니다.
자, 만약 신경 세포가
뇌의 정보처리 기능 단위라면
이 두 뇌의 주인들은
비슷한 인지 능력을 가지고 있어야 합니다.
그러나 하나는 침팬지의 뇌이고
다른 하나는 소의 뇌입니다.
어쩌면 소는 매우 풍요로운
내적 정신 생활을 영유하고 또 아주 영리해서
우리가 그 사실을 깨닫지 못하게 하기로 선택한 것일 수 있습니다.
하지만 우리는 소를 먹지요.
저는 대부분의 사람들이
침팬지가 소보다 훨씬 더 복잡하고, 정교하고,
또 유연한 행동을 할 수 있다는 사실에 동의하실 거라 생각합니다
그래서 이 사실은
"모든 뇌는 같은 방식으로 만들어져 있다" 라는 가설이
그다지 맞지는 않다라는 점을 나타내는 첫 번째 표시입니다.
하지만 일단 동조하는 척 해보죠.
그래서 만약 모든 뇌가 동일한 방식으로 만들어졌고
크기가 다른 뇌를 가진 동물들을 비교한다면
큰 뇌는 항상 작은 뇌보다
더 많은 신경 세포를 가지고 있어야 하고 또 뇌가 클수록
그 주인의 인지 능력은 더 뛰어나야 하겠죠.
그래서 그 중에 가장 큰 뇌의
인지 능력이 가장 뛰어나야 합니다.
그런데 여기 안 좋은 소식이 하나 있어요.
우리의 뇌는 가장 크지 않습니다.
꽤 성가신 일이죠.
우리 뇌의 무게는 1.2에서 1.5킬로그램 정도이지만
코끼리의 뇌는 4에서 5킬로그램 정도 되요.
그리고 고래의 뇌는 9킬로그램까지 나가기도 합니다.
이로 인해 과학자들은 우리의 인지 능력을 설명하기 위해
우리의 뇌가 특별할 것이라고
말하곤 했습니다.
인간의 뇌는 정말 특별해서
법칙에 예외가 된다고 말이죠.
더 큰 뇌가 있을 수 있지만 우리의 뇌가 더 낫다는 겁니다.
예를 들면
원래 보여야 하는 것보다 더 커 보이고
우리 몸의 크기에 비해
훨씬 더 큰 대뇌 피질을 갖고 있다는 점에서 낫다는 거에요.
그래서 단지 신체를 작동시키는 것보다
더 재미있는 일을 할 수 있게 하는 여분의 대뇌 피질을 갖게 된거죠.
왜냐하면 뇌의 크기는
보통 신체 사이즈에 비례하기 때문입니다.
그래서 우리의 뇌가 필요 이상으로 크다고
이야기하는 주된 이유는
우리 자신을 유인원과 비교하는 것에서
비롯됩니다.
고릴라는 우리보다 두세 배 더 클 수 있기 때문에
그들의 뇌도 우리의 것보다 커야 하지만
사실은 그 반대에요.
고릴라의 뇌보다 우리의 뇌가 세 배 더 큽니다.
인간의 뇌가 사용하는 에너지의 양도
특별해 보입니다.
뇌는 고작 체중의 2퍼센트 만을 차지하지만
혼자서 신체가 하루에 필요로 하는
전체 에너지의 25퍼센트를 사용합니다.
총 2,000 칼로리 중 500 칼로리가
뇌를 작용하는데 쓴다는 거죠.
인간의 뇌는 필요 이상으로 크고
필요 이상으로 많은 에너지를 사용하기에
특별한 겁니다.
여기서부터 신경이 쓰이더군요.
생물학에서 우리는 전체적으로 모든 동물과 생명에
적용되는 법칙을 찾습니다.
그럼 왜 진화의 법칙은
다른 모두에게 적용되지만 우리에겐 그러지 않을까요?
아마 문제는 모든 뇌들은
같은 방식으로 만들어져 있다는 기초적 가정에 있었던 것 같습니다.
어쩌면 비슷한 크기의 두 뇌가
실제로는 매우 다른 수의 신경 세포로 이루어질 수도 있다는 거죠.
혹은 매우 큰 뇌가
작은 크기의 뇌보다
신경 세포를 더 많이 가지고 있지 않을 수도 있고요.
아니면 인간의 뇌는 실제로
크기와 상관없이 모든 뇌 중에서, 특히 대뇌 피질에
가장 많은 신경 세포를 가지고 있을 지도 몰라요.
이것은 저에게
답해야 할 중요한 질문이 되었어요.
인간의 뇌는 얼마나 많은 신경 세포로 이루어져 있고
그 수는 다른 동물들과 비교했을 때 어떠한가?
여러분은 아마 어디선가
우리가 1,000억 개의 신경 세포를 가지고 있다고 들었거나 읽은 적이 있을 거에요.
그래서 전 10년 전, 동료들에게 물었습니다.
이 숫자의 출처가 어딘지 아는가 하고요.
하지만 아무도 몰랐어요.
저는 그 숫자의 출처를 찾기 위해
참고 문헌을 뒤져봤지만
찾을 수 없었습니다.
그 누구도
사람의 뇌에 있는 신경 세포의 수나
다른 뇌의 신경 세포 수를 세어본 적이 없는 것 같습니다.
그래서 저는 세포를 세는 저만의 방법을 생각해 냈어요.
이는 기본적으로
뇌를 용해시켜 수프처럼 만드는 겁니다.
이런 식이에요.
뇌 혹은 뇌의 일부분을
세제로 녹입니다.
세제는 세포막을 파괴하지만
세포핵은 손상시키지 않아서
세포핵으로 이루어진
맑은 수프처럼 보이는
현탁액을 얻게 되죠.
이 액체에는 한 때 쥐의 뇌였던
모든 세포핵이 들어있어요.
이 수프의 장점은 액체이기 때문에
잘 휘저어서
액체 내의 세포핵을 균일하게 퍼뜨릴 수 있다는 거에요.
그리고 현미경으로
균일 용액의 표본을 4, 5개 정도만 관찰하여
핵의 수를 센다면
그 뇌의 세포수를 알 수 있는거죠
이 방법은 간단하고 명료한 데다가
정말 빨라요.
그래서 우린 이 방법을 사용해
수십 종의 신경 세포수를 세었고
그로 인해 모든 뇌들이
같은 방식으로 만들어지지 않았다는 사실을 알아냈습니다.
설치류와 유인원을 예로 들어보죠.
큰 설치류의 뇌에는
신경 세포의 평균 크기가 증가하여
뇌는 매우 빨리 팽창하고
신경 세포수를 늘리는 속도보다 훨씬 빠르게 커집니다.
하지만 유인원의 뇌가 신경 세포수를 늘릴 때는
신경 세포의 평균 크기가 더이상 커지지 않아요.
이것이 뇌에 신경 세포를 추가하는
매우 실속 있는 방법입니다.
유인원의 뇌는 항상
같은 크기의 설치류의 뇌보다 더 많은 신경 세포를 가지게 되고
뇌가 더 클수록
그 차이도 더 커지게 되는 결과를 낳죠.
우리의 뇌는 어떨까요?
우리는 평균적으로
860억 개의 신경 세포를 가지고 있음을 알아냈습니다.
그중 160억 개는 대뇌 피질에 있고
대뇌 피질이
의식적, 논리적 그리고 추상적 사고와 같은
기능을 하는 것을 고려하다면
그리고 대뇌 피질이 가질 수 있는 신경 세포의 수가
최대 160억 개라는 점을 생각해본다면
이것이 우리가 가진 놀라운 인지 능력에 대한
가장 간단한 설명이라고 생각합니다.
하지만 860억 개의 신경 세포가 뜻하는 바도 중요해요.
우리는 뇌의 크기와
신경 세포 수 사이의 관계를
수학적으로 설명할 수 있다는 걸 알아냈기 때문에
만약 우리 뇌가 설치류의 뇌처럼 만들어졌다면
그 모습이 어떨지 계산할 수 있습니다.
860억개의 신경 세포를 가진 설치류의 뇌의 무게는
36 킬로그램일 겁니다.
말이 안되죠.
그 정도로 큰 뇌는
자체의 무게로 으스러질 거고
또 이 말도 안 되는 뇌는
89 톤짜리 몸에나 어울릴 거에요.
현재의 우리처럼 보이지 않을 거라 생각합니다.
이 사실은 아주 중요한 결론을 이끌어냅니다.
우리는 설치류가 아니라는 것이죠.
사람의 뇌는 커다란 설치류의 뇌가 아닙니다.
우리는 쥐에 비해 특별해 보일지 모르지만
우리가 설치류가 아님을 알고 있는 상태에선
타당한 비교가 될 수 없어요.
우리는 영장류이고
그러기에 다른 영장류와 비교되어야 합니다.
거기서 계산을 해보면
일반적인 영장류로서
860억 개의 신경 세포를 가지고 있다면
뇌는 약 1.2 킬로그램일 것입니다
66 킬로그램의 신체에
적당해 보이죠.
제 경우엔 정확히 들어맞아요.
이 사실은 아주 놀랍지는 않지만
여전히 중요한 결론으로 우릴 이끕니다.
바로 제가 영장류라는 것이죠.
여러분도 모두 영장류이고요.
다윈도 그랬죠.
저는 다윈이 이 사실에 아주 감사했을 거라고 생각해요.
다윈의 뇌는 우리 뇌처럼
다른 영장류의 뇌와 같게 만들어졌었습니다.
사람의 뇌는 아마 훌륭할 거예요.
하지만 이 뇌가 가진 신경 세포의 수는 특별하지 않습니다.
그저 커다란 영장류의 뇌일 뿐이죠.
저는 이 겸손하고 정신을 일깨우는 사실이
자연 내의 우리 위치를 상기시켜준다고 생각해요.
그렇다면 왜 그렇게 많은 에너지를 필요로 할까요?
다른 사람들은
인간의 뇌와
다른 종의 뇌가 소비하는 에너지 양을 알아냈고
우리는 이제 각 뇌가 얼마나 많은
신경 세포로 이루어졌는지 아니까 계산할 수 있어요.
사람의 뇌와
다른 뇌가 소비하는 에너지는 거의 같다고 밝혀졌습니다.
10억 개의 신경 세포는 하루에 평균 6 칼로리를 소비해요.
뇌가 소비하는 전체 에너지는
신경 세포 수에 대한
단순한 선형 함수이고
여러분이 예상하셨던 대로 사람의 뇌는
많은 에너지를 소비하는 것이죠.
사람의 뇌가
그런게 큰 에너지를 소비하는 이유는
단순히 많은 신경 세포를 가지고 있기 때문입니다.
그리고 영장류인 우리는
다른 동물과 달리
주어진 신체 크기에 비해 훨씬 많은 신경 세포를 가졌기 때문에
우리 뇌의 상대적인 소비가 큰 거예요.
하지만 우리가 영장류라서 그런 거지 우리가 특별해서는 아니에요.
그렇다면 마지막 질문입니다.
우리는 어쩌다 이렇게 많은 신경 세포를 가지게 되었을까요.
특히 유인원이
우리보다 크다면
왜 그들은 우리보다 더 많은 신경 세포와 더 큰 뇌를 가지고 있지 않을까요?
우리가 뇌 속에 많은 신경 세포를 가지고 있는 게
얼마나 많은 에너지를 필요로 하는지 깨달았을 때
전 아마 간단한 이유가 있을 거라 생각했어요.
유인원은 커다란 몸과
많은 신경 세포를 모두 유지할 에너지를 감당할 수 없습니다.
그래서 우린 계산을 했어요.
한편으로는
영장류가 날 것을 먹으면서
얻는 하루 에너지의 양을 계산했고
다른 한편으로는 특정한 크기의 몸이
얼마나 많은 에너지를 소비하고
특정 수의 신경 세포를 가진 뇌가 얼마나 많은 에너지를 쓰는지 계산했어요.
그리고 영장류가 지닐 수 있는
신체 크기와 뇌 신경 세포 수의
조합을 살펴봤습니다.
하루에 특정 시간 동안 먹는다는 가정하에요.
그리고 우리는
신경 세포는 아주 많은 에너지를 소비하기 때문에
신체 크기와 신경 세포 수 사이에 일종의 거래가 있다는 걸 알아냈어요.
하루에 8시간 동안 먹는 영장류는
최대 530억 개의 신경 세포를 감당할 수 있지만
그 신체는
25 킬로그램 이상 커질 수 없습니다.
그보다 더 커지려면
신경 세포를 포기해야 해요
그래서 커다란 신체
아니면 많은 수의 신경 세포를 가지는 것이죠.
영장류처럼 먹으면
둘 다 감당할 수 없어요.
이러한 신진대사의 제약에서 벗어나는 한가지 방법은
날마다 먹는 시간을 늘리는 것이지만
이 방법은 위험하고
특정한 시점이 지나면 불가능해집니다.
예를 들어 고릴라와 오랑우탄은
하루에 8시간 반 동안 먹으면서
300억 개의 신경 세포를 감당할 수 있어요.
그게 그들이 감당할 수 있는 최대치로 보입니다.
하루 9시간의 음식 섭취가
영장류의 실질적인 한계치로 보입니다.
우리는 어떨까요?
860억 개의 신경 세포와
60 ~ 70 킬로의 신체를 가진
우리는 하루에
9시간 이상을 먹어야 하는데
그렇게 하는 건 불가능해요.
우리가 영장류처럼 먹었다면
우리는 여기에 없었을 겁니다.
그렇다면 우린 어떻게 이 자리에 있게 되었을까요?
우리 뇌가 필요한 만큼
많은 에너지를 소비하고
우리가 깨어있는 매시간을 먹으며 보낼 수 없다면
오직 한가지 실제적인 대안은
같은 음식에서
더 많은 에너지를 얻는 것입니다.
그리고 놀랍게도 이 방법은
150만 년 전 우리의 조상들이
발명한 것과 일치합니다.
요리를 발명한 시점이죠.
요리라는 건 불을 사용해
음식의 소화가 잘 되도록 몸 밖에서 조리하는 겁니다.
요리된 음식은 더 부드러워서 더 쉽게 씹히고
입 안에서 완전히 죽으로 변해
장 내에서 완벽한 소화와
흡수를 가능하게 해요.
짧은 시간 안에 보다 많은 에너지를 얻게 하는 거죠.
그래서 요리는 우리에게
날마다 흥미로운 일을 하고
신경 세포와도 함께 할 수 있는 시간을 줍니다.
하루 종일 단순히 먹을 것만 생각하고
먹을 것을 찾아다니고
먹는 대신에요.
요리 덕분에
한 때는 중대한 짐이었던
위험할 정도로 많은 수의 신경 세포를 가진 큰 뇌가
지금은 중요한 자산이 되어
이제 우린 많은 신경 세포를 유지할 에너지를 섭취할 수 있고
신경 세포와 같이 재미있는 일을 할 시간도 가질 수 있습니다.
그래서 전 이 사실이 인간의 뇌가
빨리 커지며 진화한 이유를 설명할 수 있다고 생각해요.
여전히 영장류의 뇌인데도 불구하고 말이죠.
요리로 인해 커다란 뇌를 감당할 수 있어서
우리는 날음식에서 문화,
농업, 문명, 식료품 가게,
전기, 냉장고로 재빨리 옮겨갔고
요즘 이 모든 것들은
여러분이 좋아하는 패스트푸드 식당에서
하루에 필요한 모든 에너지를
한 번에 얻을 수 있게 해줍니다.
한 때는 해결책이었던 것이
이제는 문제가 되었고
아이러니하게도 우린 그 해답을 날음식에서 찾고 있어요.
그렇다면 인간이 가진 장점은 뭘까요?
대체 다른 동물에게는 없는
무엇을 우리가 가지고 있는 걸까요?
제 대답은 우린 대뇌 피질에
가장 많은 신경 세포를 갖고 있고
그것이 우리의 뛰어난 인지 능력에 대한
가장 간단한 설명이라고 생각합니다.
또한 우리는 하지만 다른 동물은 하지 않는,
제가 그것이야말로 우리가
대뇌 피질 속에 가장 많은 신경 세포를
가질 수 있게 한 근원이라고 믿는 것은 뭘까요?.
두 단어로, 우리는 요리한다는 겁니다.
다른 동물은 요리를 하지 않아요. 사람들만 요리를 하죠.
전 그로 인해 우리가 인간이 되었다고 생각합니다.
인간의 뇌에 대한 연구는 제가 음식을 생각하는 방향을 바꾸었어요.
저는 이제 부엌을 보면서
인사를 하고
우리를 인간이 되게 이끈
발명을 하신 조상들께 감사드립니다.
감사합니다.
(박수)