풀리지 않는 腦의 수수께끼 10가지

풀리지 않는 腦의 수수께끼 10가지   

사람의 뇌는 양배추 정도 크기에 무게는 평균 1350g.

과학의 발전에 의해 사람 뇌의 비밀은 어느 정도 밝혀지고 있지만 아직도 풀리지 않은 수수께끼가 적지 않다.  

⊙ 1945년 광주 출생.
⊙ 광주제일고-서울대 전자공학과 졸업.
⊙ 월간정보기술 발행인, 국가과학기술자문회의 위원.
⊙ 저서: <미래교양사전> <지식의 대융합> <나는 멋진 로봇 친구가 좋다> 등 30여 권 저술.
⊙ 수상: 제1회 한국공학한림원 해동상(공학기술문화확산 부문), 제47회 한국출판문화상(저술부문),
    서울대 자랑스런 전자동문상 수상.    

李仁植 과학문화연구소장
 

 우주의 만물 중에서 사람의 뇌만큼 복잡한 것은 없다. 뇌는 신경계의 핵심이다. 신경계는 외부 환경의 정보를 탐지하는 감각기관으로부터 정보를 전달받아 체내에서 소통시키고 처리하는 신체기관이다.
 
  신경계의 기본 단위는 신경세포(뉴런)이다. 뉴런은 신체의 한 부위에서 다른 부위로 메시지를 전달한다. 인간의 단순한 행동, 예컨대 눈썹을 치켜뜨는 일조차도 수많은 뉴런이 공동 작업을 한 결과다. 따라서 우리는 뉴런이 메시지를 전달하는 속도보다 더 빨리 생각할 수 없고, 뉴런이 할 수 있는 정도를 넘어서는 기억능력을 가질 수 없다.
 
  뉴런은 신경계에서의 위치와 기능에 따라 제각기 크기와 모양이 다르지만 구조 면에서는 모든 뉴런이 같은 특징을 갖고 있다. 뉴런은 세포체, 수상돌기, 축색돌기의 세 부분으로 구성된다.
 
  세포체에는 유전정보가 들어 있는 핵이 존재한다. 긴 튜브 모양의 축색돌기는 다른 뉴런으로 정보를 전달한다. 세포체에 뻗어 있는 작은 가지들인 수상돌기는 다른 뉴런으로부터 정보를 받아 이것을 세포체로 전달한다. 

  바다달팽이의 신경세포(뉴런)를 배양한 사진. 출처: 서울대
  이와 같이 뉴런은 메시지를 수상돌기로부터 받아서 축색돌기를 통해 다른 뉴런으로 전달한다. 그러나 뉴런은 서로 직접적으로 연결되어 있지 않다. 각 뉴런은 다른 뉴런들과 간접적으로 이어져 있기 때문에 복잡한 정보일지라도 전체 신경계의 여러 부위에 동시에 전달되는 것이다.
 
  한 뉴런의 축색돌기 끝부분이 다른 뉴런의 세포체 또는 수상돌기와 아주 근소한 간극을 두고 접속된 부위를 시냅스(synapse)라고 한다. 뉴런은 시냅스에 의해 정보를 주고받는 것이다. 말하자면 시냅스는 신경정보가 한 뉴런에서 다른 뉴런으로 이동하는 부위다.
 
  사람의 뇌는 보통 양배추만한 크기에 무게는 평균 1350g이다. 뇌에서 정보처리는 뉴런에 의해 이루어진다. 사람 뇌에는 1000억 개의 뉴런이 얽혀 있고, 이들은 각각 1000~1만 개의 시냅스를 갖고 있다. 따라서 100조 개 이상의 시냅스가 성인의 뇌 안에 존재하는 셈이다. 뇌 안에서 1초마다 100만 개의 새로운 시냅스 연결이 형성되는 것으로 짐작된다.
 
  뇌 안에는 뉴런보다 10배 가까이 많은 신경교세포(glial cell)가 들어 있다. 1856년 접착제인 아교(glue)를 뜻하는 이름이 부여된 까닭은, 뉴런이 제자리를 유지하도록 도와주는 역할을 하기 때문이다. 뉴런은 서로 꼭 붙어 있지 않아서 신경교세포의 도움을 받지 않으면 제자리를 지키지도 못한다. 

인간을 知的·창의적 존재로 만드는 성상교세표
1조 개가 넘는 신경교세포는 1세기가 지나도록 뉴런의 도우미 정도로 여겨졌지만 1990년대부터 새로운 기능을 가진 것으로 밝혀지기 시작했다. 그동안 뇌의 10%인 뉴런에만 연구를 집중하고 90%인 신경교세포를 무시한 것이 잘못되었음을 확인한 것이다.
 
  신경교세포는 종류가 다양하지만 네 가지 기능을 가진 것으로 밝혀졌다. 첫째, 뉴런이 제자리를 유지하도록 지탱해 주고 보호한다. 둘째, 혈액으로부터 포도당과 산소를 가져와 뉴런에 공급한다. 셋째, 뉴런의 축색돌기를 보호하는 조직을 형성하여 축색돌기의 신경정보가 주변에 있는 다른 축색돌기의 방해를 받지 않도록 한다. 넷째, 뇌의 청소부로서 병원균을 파괴하고, 뉴런이 죽으면 분해하여 뇌 밖으로 내보낸다. 요컨대 신경교세포는 아교 이상의 역할을 수행하고 있다.
 
  신경교세포 중에서 가장 많은 것은 성상교세포(astrocyte)다. 별 모양으로 생겨 모든 방향으로 연결된다는 의미에서 붙여진 명칭이다. 성상교세포 한 개가 100만 개 이상의 시냅스 둘레를 감쌀 정도다.
 
  지난 6월 하순 미국의 신경과학자인 앤드루 쿱이 펴낸 <생각의 뿌리(The Root of Thought)>에 따르면, 성상교세포는 인간을 知的(지적)이고 창의적인 존재로 만드는 데 기여한다. 성상교세포가 뉴런처럼 정보처리에 필요한 조건을 일부 갖고 있는 것으로 밝혀졌다는 뜻이다. 만일 뉴런을 포함한 뇌 안의 모든 세포 중에서 가장 숫자가 많은 성상교세포가 정보 처리 기능을 갖고 있다면, 뇌의 능력에 미치는 영향은 막대할 것이다.
 
  이처럼 성상교세포의 숨겨진 기능이 밝혀짐에 따라 신경교세포를 ‘암흑물질(dark matter)’에 비유하기도 한다. 천문학자들은 우주 공간에 분명히 실재하지만 최고 성능의 망원경으로도 찾을 수 없기 때문에 눈에 보이지 않는 것으로 생각되는 물질을 암흑물질이라 부른다.
 
  우주를 구성하는 물질의 99%가 암흑물질인 것으로 여겨진다. 우주의 99%가 우리의 눈에 보이지 않고 숨겨져 있는 셈이다. 뇌의 90%를 차지하는 신경교세포 역시 미지의 상태에 방치되어 있으므로 암흑물질에 견줄 법도 하다.
 
  사람 뇌의 비밀은 어느 정도 밝혀지고 있지만 아직도 풀리지 않은 수수께끼가 적지 않다. 2007년 미국 월간지 <디스커버> 8월호는 해결되지 않은 뇌의 수수께끼를 소개했다. 인류가 뇌에 관해 축적해 온 뇌과학 수준을 정리했다.
   
풀리지 않는 뇌의 수수께끼
 ▲ 수수께끼1: 정보는 어떻게 신경활동의 부호로 바뀌는가?
  뉴런의 구조 출처- http://www.escinfo.com/8science/images/5-15.jpg
  뉴런이 환경의 변화에 관한 정보, 곧 자극을 받으면 전기적으로 흥분하게 된다. 자극을 받은 부위의 세포막에서 1000분의 몇 초라는 짧은 시간에 전압의 변화가 발생한다. 이러한 전압을 신경충격(nerve impulse)이라 한다. 신경충격은 자극의 크기가 일정한 수준을 넘으면 발생하지만 그렇지 않으면 전혀 발생하지 않기 때문에 실무율(all-or-none rule) 전위라 한다.
 
  뉴런이 전기적으로 흥분하면 축색돌기(신경섬유)의 한 부위에서 시작된 신경충격은 신경섬유를 따라서 신속하게 이동한다. 신경충격이 뇌 안의 여러 부위에 도달하면 신경섬유의 말단에서 일종의 화학물질인 신경전달물질이 방출된다. 이 화학물질은 다른 뉴런에 전기적 흥분을 일으킴으로써 뉴런 사이에 정보가 전달되는 것이다.
 
  신경충격의 실무율 전위에는 인간이 생존을 위해 외부세계로부터 획득한 정보가 몽땅 들어 있지만, 이러한 정보가 뉴런이 이해할 수 있는 부호, 곧 신경흥분으로 변환되는 과정은 수수께끼로 남아 있다. 더욱이 정보가 단일 뉴런이 아니라 뉴런 집단에 의해 처리될 경우에는 정보와 신경활동의 관계를 파악하기가 쉽지 않다.
 
  이 수수께끼에 도전하는 것은 마치 컴퓨터의 뚜껑을 열고 트랜지스터 몇 개의 전압을 측정하여 컴퓨터에서 처리되는 정보 내용을 파악하려는 것처럼 무모한 일에 비유되기도 한다. 그만큼 정보가 신경활동의 부호로 변환되는 과정은 풀기 어려운 문제로 남아 있다.
 
▲ 수수께끼2: 기억은 어떻게 저장되고 나중에 상기되는가?
 
  기억은 뇌 속에 저장되고 회상되며 지워질 수 있는 정보의 한 형태다. 다시 말해 지난 일을 잊지 않는 것, 곧 과거의 사실이나 체험을 의식적으로 사고하는 능력이다. 학습을 통해 받아들여진 외부 세계의 정보가 신경계에 저장되어 인출될 수 있는 상태를 기억이라고 말한다.
 
  기억이 형성되고 상기되는 과정은 완벽하게 밝혀지지 않았다. 문제를 복잡하게 만드는 것은 기억의 종류가 많다는 점이다. 먼저 기억은 단기기억과 장기기억의 두 유형으로 나뉜다. 단기기억은 단 몇 초 또는 암송이 계속되는 동안에만 유지되는 기억인 반면, 장기기억은 몇 주, 몇 달 또는 몇 년간 지속되는 기억이다. 우리가 통상 기억이라고 말하는 것은 과거의 정보나 체험의 단편을 의식적으로 불러낼 수 있는 능력인 장기기억이다. 
    
  기억의 저장고
  신경계 기본적인 기능적 단위인 뉴런. 100억개의 뉴런이 뇌 속에 존재한다.
  장기기억은 서술기억과 절차기억으로 구분된다. 서술기억은 과거의 사실이나 사건처럼 서술 가능한 형태의 기억인 반면, 절차기억은 악기 연주나 운동 기술처럼 의식적인 노력이 필요 없이 습관적으로 습득되는 기억이다.
 
  서술기억의 형성에는 뇌의 측두엽 피질 아래쪽에 길게 구부러져 있는 바다 말 모양의 해마가 중요한 기능을 하는 반면, 절차 기억은 소뇌가 담당한다.
 
  기억은 종류에 따라 이를 저장하는 뇌의 구조가 각각 다르지만 생물학적 기초는 비슷한 것으로 밝혀졌다. 분자 생물학으로 기억의 수수께끼에 도전하여 성과를 거둔 인물은 2000년 노벨상을 받은 미국의 에릭 칸델이다. 그는 시냅스의 생화학적 변화에 따라 기억이 형성되는 것을 밝혀냈다. 시냅스에서의 신경전달물질 농도가 변화하여 시냅스 연결능력이 강화 또는 약화됨에 따라 기억이 다르게 저장된다는 것이다.
 
  칸델은 단기기억은 시냅스 기능의 순간적 변화에서 비롯되고, 장기기억은 시냅스 수의 증가와 관련된다고 설명했다. 기억의 저장 과정은 어느 정도 규명됐지만 오래된 기억을 재빨리 생생하게 회상해내는 메커니즘을 설명한 이론은 아직 나오지 않았다.
  
▲ 수수께끼3: 지능이란 무엇인가?
 
  지능은 여러 형태로 나타나지만 새롭고 예기치 않은 상황을 이해하고 학습하며 처리하는 능력이라 할 수 있다. 요컨대 지능은 우리가 자신의 환경에 반응하고 환경을 활용할 줄 아는 능력이다.
 
  미국의 심리학자인 하워드 가드너는 <다중지능(Intelligence Reframed)-1999>에서 지능에 대한 두 가지 질문이 지속적으로 논의되고 있다고 설명했다.
 
  첫째는 지능이 단일한 것인가, 아니면 다양하고 독립적인 지적 능력이 존재하는가에 대한 질문이다. 단일론자들은 단일한 지능에 의해 다른 지적 능력이 모두 형성된다는 ‘일반 지능’ 개념을 지지한다. 한편 다원론자들은 지능이 분리될 수 있는 많은 요소로 구성된다는 ‘다중 지능’ 이론을 지지한다.
 
  두 번째 쟁점은 지능의 유전성 여부에 대한 것으로 많은 논란을 불러일으킨다. 여러 통계 결과는 지능의 유전 가능성을 암시하고 있지만, 많은 학자들은 생물학적 혈통이 지능을 결정한다는 주장에 동의하지 않고 있다.
    
지능은 10대 시절 뇌 발육과 관련 
  지능의 생물학적 기초를 밝히기 위해 뇌의 크기나 무게, 단기기억 용량 등과의 관계를 분석하는 연구가 잇따랐으나 성과는 별로 없었다. 한편 2006년 미국의 필립 셔는 <네이처>에 뇌의 발육과 지능의 관계를 연구한 결과를 발표했다.
 
  셔는 7~18세의 학생 300여 명을 지능지수에 따라 3개 집단으로 나누어 대뇌피질의 두께를 측정했다. 지능지수 108 미만, 109~119, 120 이상으로 나눈 뒤 연령에 따른 대뇌피질의 발육 상태를 분석한 것이다. 지능지수 108 미만의 하위 학생들은 8세까지 대뇌피질의 두께가 최고점에 달한 뒤에 10대를 거치면서 얇아진 것으로 나타났다. 그러나 지능지수 120 이상의 상위 학생들은 대뇌피질이 7세에는 비교적 얇았지만 11~12세까지 계속하여 두꺼워진 것으로 나타났다.
 
  셔는 지능이 10대 시절의 뇌 발육과 긴밀히 관련된다는 결론을 내렸다. 어쨌거나 지능의 생물학적 근거를 밝히려는 연구 결과는 앞으로도 끊임없이 쏟아져 나올 것임에 틀림없다.
   
▲ 수수께끼4: 정서란 무엇인가?
사람의 마음이 하는 일은 매우 다양하지만 크게 인지와 정서로 구분된다. 인지는 일반적으로 지식, 사고, 추리, 문제 해결과 같은 지적인 정신과정을 비롯하여 지각, 언어, 기억, 학습까지 포함한다. 요컨대 인간이 자극과 정보를 지각하고, 여러 가지 형식으로 부호화하여 기억에 저장하고, 뒤에 이용할 때 상기해내는 정신과정이 인지다.
 
  한편 정서는 일반적으로 감정, 마음가짐, 기분이 결합된 현상이다. 우리는 일상적으로 어떤 상황을 지각하고, 그에 대한 정서를 갖게 되며, 그 다음에 신체적 변화를 체험하는 것으로 여겨진다. 요컨대 개인의 감정이 표정, 태도 또는 행동으로 나타나는 것이 정서다.
 
  20세기 들어 정서를 전문적으로 연구하는 사람들을 찾아보기 어려웠다. 1985년 하워드 가드너가 인지과학의 초창기 역사를 정리해서 펴낸 <마음의 새로운 과학>의 색인에 ‘정서(emotion)’라는 단어가 나오지 않은 것이 그 좋은 증거다. 정서는 너무 주관적이고 애매한데다가, 사람만이 갖고 있는 능력인 이성의 반대로 간주되었기 때문에 과학적 연구 대상으로 여겨지지 않았던 것이다.
 
  정서 연구가 사라진 학계에서 두 사람이 끈질기게 매달렸다. 미국의 심리학자인 폴 에크먼과 신경과학자인 조지프 르두다. 얼굴 표정과 감정의 관계를 연구한 에크먼은 여섯 가지 감정을 나타내는 얼굴 표정이 모든 사회에서 동일하다는 사실을 밝혀냈다. 
  
데카르트의 오류
기본 감정이라 불리는 여섯 가지는 기쁨, 슬픔, 놀람, 두려움, 분노, 혐오다. 한편, 르두는 두려움을 집중적으로 연구하여 뇌의 변연계에 위치한 편도체가 공포를 담당하는 부위임을 확인했다.
 
  1994년 미국의 신경과학자인 안토니오 다마지오는 전두엽 손상으로 정서 기능이 상실된 환자를 연구한 결과를 <데카르트의 오류(Descartes Error)>에 소개하고, 정서는 이성과 반대이며 이성적 판단이 감정적 판단을 앞선다는 고정관념이 오류임을 밝혀냈다.
 
  다마지오의 연구로 이성과 정서가 함께 긴밀하게 작용하지 않으면 의사 결정을 제대로 내릴 수 없는 것으로 결론이 났다. 정서 장애와 관련된 각종 정신질환, 우울증, 공격 성향 따위의 생물학적 기초는 아직 제대로 밝혀지지 않은 상태다.
  
▲ 수수께끼5: 뇌는 어떤 ‘기준 활동(baseline activity)’을 할까?
뇌가 휴식 중일 때 일어나는 일을 ‘기준 활동’이라 한다. 사람 뇌는 몸무게의 2%를 차지하지만 몸이 사용하는 에너지의 20%를 소모한다. 따라서 뇌가 쉬는 동안에 어떤 일들이 발생하는지 궁금하지 않을 수 없다.
 
  우리는 외부 자극이 없어도 추억을 하고 충동을 느끼며 계획을 세우기도 한다. 이러한 일들이 뇌의 기준 활동에 포함되는 것으로 여겨진다. 이런 기준 활동은 뇌의 특정 부위에서 일어나는 것으로 밝혀졌다.
 
  뇌가 휴식하는 동안에 발생하는 활동 역시 우리의 정신 활동의 일부이기 때문에 기준 활동에 대한 연구는 기대를 모을 수밖에 없다.
   
▲ 수수께끼6: 왜 우리는 잠을 자고 꿈을 꾸는가?
  알버트 아인슈타인 박사의 뇌.
  우리는 날마다 8시간 정도 수면을 취한다. 인생의 3분의 1을 잠자면서 보내는 셈이다. 매일 밤 우리는 4단계의 수면을 거친다. 1단계는 우리가 잠들면서 바깥 세상과 접촉이 끊어질 때다. 2단계는 얕은 수면 상태로서 뇌가 외부세계와 더욱 차단된다. 3단계부터 깊은 수면에 이르고 몸의 기능 대부분이 상당히 느려진다. 가장 깊은 수면상태가 되는 4단계에서는 푹 잠든다.
 
  1~4단계는 徐波(서파)수면이라 한다. 뇌의 활동이 아주 느린 파동(서파)을 유발하기 때문이다. 1단계에서 4단계에 이르는 데 약 1시간이 걸린다. 잠에서 깨어나려면 4단계에서 1단계로 되돌아간다.
 
  그런데 1단계에 이르러 깨어나기 전에 우리의 눈동자가 앞뒤로 매우 빨리 움직이기 시작한다. ‘빠른 눈 움직임(rapid eye movement)’을 뜻하는 렘(REM)수면을 하게 되는 것이다. REM 수면 단계에서 눈은 여전히 감긴 상태이고 여전히 잠들어 있지만 뇌는 아주 활동적이어서 거의 깨어 있는 거나 마찬가지다.
  
  
 

 인간이 잠을 자고 꿈을 꾸는 이유
 
  REM 수면시간은 5~15분이다. REM 수면 중인 사람을 깨우면 대개 꿈을 꾸고 있었다고 말한다. 뇌는 REM 수면에서 다시 2·3·4단계로 가기 때문에 정상적인 수면 주기는 90분 정도 소요된다. 우리는 밤마다 이러한 수면주기를 5회 정도 반복한다. 따라서 사람들은 하룻밤에 4~5회 꿈을 꾸게 되는 것이다. 사람이 잠을 자는 이유는 여러 가지로 설명된다. 그러나 우리는 꿈을 꾸는 이유를 정확히 모르고 있다.
    
▲ 수수께끼7: 뇌는 시간의 흐름을 어떻게 알아차릴까?
사람의 뇌는 마치 스톱 워치처럼 경과한 시간을 재는 능력을 갖고 있다. 이러한 뇌의 시간 측정 기능은 24시간 주기 리듬(circadian rhythm), 밀리 초 타이밍, 간격 타이밍(interval timing)의 세 종류가 있다.
 
  24시간 주기 리듬은 하루 24시간을 주기로 잠들거나 깨어있는 행동을 조절한다. 밀리 초 타이밍은 정교하게 운동 기능을 제어한다. 간격 타이밍은 대개 분 단위로 시간이 경과하는 것을 의식적으로 감지하는 기능이다.
 
  24시간 주기 리듬이나 밀리 초 타이밍에 대한 생물학적 기초는 비교적 잘 파악되었으나 간격 타이밍에 대해서는 아직까지 아무도 그럴 만한 설명을 내놓지 못한 상태다.
   
▲ 수수께끼8: 뇌는 어떻게 미래의 행동을 예측할까?
화재를 진압할 때 소방대장은 새 불길이 솟아오르면 그의 동료들을 어느 방향으로 이동시키는 것이 가장 좋은지 재빨리 판단한다. 위험을 무릅쓰고 그런 행동을 해보지 않고서도 미래의 행동을 머릿속에서 모의실험을 할 수 있다는 것은 인간의 생존을 위해 여간 다행스러운 일이 아니다.
 
  그러나 뇌의 미래 모의실험 기능이 어떻게 작용하는지 알려진 것은 거의 없다. 한 가지 그럴 법한 설명은 뇌가 가령 눈앞으로 날아오는 야구공을 바라볼 때처럼 외부 자극에 대해 반응할 뿐만 아니라, 그 공이 공중에서 어떻게 움직일지 미리 아는 것처럼 외부 세계에 대한 지식을 사전에 알고 있기 때문에 미래의 행동을 시뮬레이션할 수 있다는 것이다.
 
  하지만 뇌가 외부세계에 대해 비교적 정확한 예측을 하는 메커니즘은 아직 수수께끼로 남아 있다. 이런 기능을 전담하는 기억이 뇌에 존재할지 모른다는 주장이 나와 있을 따름이다.
 
  이 아이디어가 새로운 것은 아니다. 2000년 전 그리스 철학자 아리스토텔레스는 기억이 미래를 성공적으로 예측하도록 하는 도구라고 강조했으니까.
  
수퍼컴퓨터도 따라오지 못하는 정보처리 속도
 
▲ 수수께끼9: 뇌의 여러 전문 기능은 어떻게 통합되는가?
 
  어른의 뇌는 세계 지도처럼 다양한 영역으로 나뉘어 있다. 각 영역에서는 다른 형태의 정보가 처리된다. 가령 정서를 처리하는 신경회로가 모여 있는 변연계는 제각기 특정의 정서 반응과 관련된 부위로 구성된다. 예컨대 시상하부에서는 공포, 편도체에서는 분노가 발생한다. 이처럼 기능이 다른 부위는 서로 연결되어 함께 정보를 처리한다. 그러나 상이한 기능을 가진 뇌의 여러 영역이 하나의 네트워크를 형성하여 정보를 공동으로 처리하는 메커니즘은 아직 밝혀지지 않고 있다.
 
  더욱이 뇌의 여러 부위가 신속히 협동하는 것도 수수께끼로 남아 있다. 신경충격의 속도는 매우 더디다. 신경충격은 축색돌기에서 1초에 1피트를 이동하므로 컴퓨터에서 신호의 전송 속도와는 비유가 불가능할 정도로 더딘 셈이다.
 
  그러나 컴퓨터는 가령 사람의 얼굴을 인식하는 데 오래 걸리지만 우리는 눈깜짝할 사이에 알아볼 수 있다. 속도가 더딘 신경충격을 사용하여 뇌가 그처럼 신속하게 반응을 나타내는 것은 쉽게 납득이 되지 않는 문제였다.
 
  가장 그럴 법한 설명으로는 뇌가 여러 일을 동시에 처리하는 이른바 병렬처리 장치이기 때문에 컴퓨터를 능가하는 성능을 발휘할 수 있다는 것이다.
  
▲ 수수께끼10: 의식이란 무엇인가?
 
  현대과학이 풀지 못한 최대 수수께끼의 하나는 의식이다. 의식은 무엇이며, 의식은 왜 존재하는지를 완벽하게 설명해 낸 이론은 아직까지 없다. 의식에 관한 이론이 다양함에도 불구하고 공통적으로 언급되는 의식의 중요한 특성은 ‘자기自覺(자각·self-awareness)’이다.
 
  자기자각은 일반적인 자각과는 그 개념이 다르다. 자각은 고통의 실제적인 감정이나 갈증을 느끼는 감각처럼 단순히 자신의 바깥을 알아채는 것이다. 그러나 자기자각은 “나는 추위를 느낀다”고 생각하는 것처럼 스스로 자신의 내면을 느껴서 아는 것을 의미한다. 요컨대, 자각을 주관적으로 경험하는 능력이 자기자각이다. 말하자면 자기자각은 우리가 어떤 것을 안다는 사실을 우리가 아는 것을 뜻한다. 자기자각하는 능력의 결과로 나타나는 마음의 상태를 ‘의식 있는 마음’이라 한다.
 
  의식은 주관적인 현상이기 때문에 객관성에 의존하는 과학의 연구대상으로 인정받지 못했다. 그러나 신경과학의 발달에 따라 과학자들은 의식이 과학적으로 설명될 수 없다는 고정관념을 거부하고 의식의 수수께끼에 도전했다.

의식의 수수께끼
    의식을 과학의 영역으로 끌어들인 사람은 영국 태생의 물리학자 프랜시스 크릭이다. 1953년 디옥시리보핵산(DNA) 분자의 구조가 이중나선임을 밝혀 1962년 노벨상을 받은 인물이다. 크릭의 20년 가까운 의식 연구에 자극을 받은 미국 신경과학회는 1994년 의식에 관한 최초의 심포지엄을 갖기에 이르렀다.
 
  크릭에 따르면, 의식은 뇌의 상이한 부분에 있는 신경세포들이 동시에 동일한 주파수에서 진동할 때 생긴다. 크릭은 사람의 정신 활동을 전적으로 뉴런의 행동에 의한 것으로 설명한 자신의 이론을 ‘놀라운 가설’이라고 명명했다.
 
  크릭과 손잡고 의식에 도전한 크리스토프 코흐는 의식의 메커니즘을 탐구하는 지름길은 의식과 상관된 신경세포들, 이른바 NCC(neural correlates of consciousness)를 발견하는 것이라고 주장한다. 뇌 안에서 의식과 가장 관련이 많은 신경세포들을 찾아내서 그 기능을 밝혀내면 의식을 이해할 수 있다는 뜻이다.
 
  한편 미국의 철학자인 데이비드 찰머스는 의식을 ‘쉬운 문제’와 ‘어려운 문제’로 구분한다. 쉬운 문제는 뇌가 정보를 처리하는 메커니즘을 밝히는 것이다. 예컨대 의식과 상관된 신경세포(NCC)를 찾아내는 일이다. 이러한 문제들은 21세기 안에 해결될 것이므로 ‘쉬운 문제’라고 불렀다.
 
  그러나 뇌 안에서 주관적 경험, 곧 의식이 발생하는 메커니즘을 설명하는 것은 아무도 그 해답을 모르고 있는 상태이므로 ‘어려운 문제’라고 규정했다. 주관적 경험이 신경세포의 정보처리에 의해 발생하는 메커니즘을 설명하는 것은 현대과학의 능력을 벗어난 문제라고 여겼기 때문에 ‘어려운 문제’라고 부른 것이다.
 
  의식이란 무엇인가? 이 질문이 정확히 무엇을 의미하는 것인지조차 합의되지 않은 상황에서 신경과학자들이 의식의 뿌리를 찾아낼지 두고 볼 일이다.