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1부 안봤다면,,,,인간 vs 뇌과학 1부 : http://www.ilbe.com/5593793036

이 글을 보기전에  꼭 봐라.

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심리학자 칼 래슐리와 동물학자 폴 바이스.

그들은 세포건축학적방법(cytoarchitectonic method)라는걸 이용해서 뇌의 기능지도(브로드만 지도)따위를 만들던

Localization 국소화론 주의자들을 신랄하게 까댔다.

1부에서 설명했듯이 래슐리는 자신의 실험을 통해 

뇌는 특정 부위가 아니라 전체적 작용이 기능에 핵심이라는 Mass action 법칙

뇌의 각 부분은 어떤 일이든 수행 가능하며 부위별로 특화되어있지 않다는 Equipotentility 법칙을 주장했다

그리고 폴 바이스는 신경세포가 무엇으로든 기능할 수 있단것을 실험적으로 증명하며 칼 래슐리의 주장에 힘을 보탰다.

"신경계에는 사전에 짜인 체계가 없고 "어떤일이든 일어날 수 있다"

라는 생각은 그 당시 시대의 신경계를 연구하던 사람들에게 팽배해 있었다

영국의 헨리 헤드와 독일의 쿠르트 골드슈타인

이들은 칼 래슐리의 법칙을 실어증 연구에 적용하여

자신의 임상연구에서 환자들을 관찰한것을 바탕으로 역시 칼 래슐리를 지지했다.

그러나..

"족까!'

폴 바이스의 제자이자 칼텍 심리학과 교수던 로저 스페리.

스페리는 그의 스승 바이스에 법칙을 두고 이렇게 언급했다

"시냅스 연결의 증가가 완전히 랜덤하고 보편적인, 그리고 분산된 방식의 후속 접촉을 통해 이루어진다고 보는 것"

바이스는 기능적인 활동이 신경회로의 형성에 주도적인 역할을 수행하며 신경의 발달이 이루어진다고 믿었다.

"기능이 생김새, 형태에 선행한다"는 것이다

그러나 스페리는 이에 대해 "좆까" 시전을 하며 

신경재건 수술 받아도 환자들이 아무런 차도가 없다고 보고했던 의사 Frank Ford와  Barnes Woodal의 연구를 떠올렸다.

스페리는 스승의 법칙을 자기가 직접 검증해 보기로 했다.

쥐의 양 뒷발에서 발을 구부리는 근육은 굴근(Flexor)과 발을 펴는 신근(Extensor)에 있는 신경 연결을 서로 바꿔치기해놓고

바이스가 말한 것 처럼 기능적으로 쥐가 발을 제대로 움직이는 법을 학습할 수 있는지 관찰했다.

결과는 놀랍게도, 아무리 오랜 훈련을 거쳐도 쥐는 발을 제대로 움직이지 못했다.

예를들면

발을 올려야 할 때 내리고

내려야 할 때 올리려고 했다.

폴 바이스는 새로운 신경회로가 만들어지면 정상적인 기능이 돌아올 거라 여겼으나

스페리가 운동신경은 상호교환이 불가능한 것을 발견한 것이다

다음으로 스페리는 쥐의 감각계를 실험하기 위해

쥐의 양쪽 발의 피부 신경을 바꿔치기 했다.

이번에도 역시 쥐는 감각교란을 일으켰다.

오른다리에 자극을 주면 왼다리를 들어올리고

오른다리에 통증이 느껴지면 왼다리를 핥았던 것이다.

신경계의 재생은 개구리, 도룡뇽등의 하등 척추동물에게서만 나타났다.

바이스는 자신의 실험에서 인간을 대신할 동물 모델로 도룡뇽과에 속하던 newt를 선택하는 실수를 저지른 것이다.

결국 스페리는....

스승 폴 바이스의 견해를 버리고 스페인의 산티아고 카할이 19세기 말과 20세기 초반 사이에 처음 제시했던 

뉴런이론(neuron doctrine)과 세포연결주의 견해로 돌아서 버렸다.

이 외에도 스페리는 신경회로의 성장은 신경 접촉을 일으키는 세밀한 유전자 코드화의 결과라고 생각했다.

그는 이를 증명하기 위해 수십여 가지의 기발한 실험들을 진행했다.

수술을 통해 개구리의 눈을 위아래로 뒤집어 놓고 파리를 보여 줬다

개구리는 파리의 반대방향으로 혀를 뻗었다.

이 개구리는 눈이 뒤집힌 상태로 수 개월을 보냈음에도 불구하고 여전히 학습을 할 수 없었다.

계속 잘못된 방향으로 혀를 내밀었다.

신경계에는 카할이 말한것 처럼 특정성이 있었던 것이다.

이는 변경할 수도 없고 적응시킬 수도 없었다.

스페리는 금붕어의 망막 일부를 잘라내는 실험도 했다.

금붕어의 신경이 재생될 때 눈으로부터 정보를 받는 중뇌의 시개에서 어느 부분에 신경이 생성되는지를 관찰했다

결과는 신경이 매우 '특정한' 방식으로 생성되었다.

망막뒷쪽 신경은 시개 앞쪽으로 생성되며 자라났고

망막 앞쪽 신경은 시개 뒤쪽으로 자라났다.

스페리는 이렇게 결론을 내렸다

"중앙 신경계는 연결이 끊어지고 이식되거나 외과적 수술에 의해 거칠게 나뉘거나 섞이면

언제나 재생을 통해 정상적인 기능을 회복하며 재학습을 통해 기능을 조정하는 것은 불가능 하다"

후에 스페리는 뇌과학 역사에 길이길이 남는 씹상타취 업적을 하나 쌓게 되는데.. 

그것은 .................

좀따 나중에 나오니 일단 기다려달라,

Localization VS Holistic View

뇌는 하위 부위별로 맡는 기능이 각자 다른가

아니면 그냥 전체로서 하나의 장기로 기능하는가

18세기부터 시작하여 1950년대 까지의 두 진영에 씨름.

1부 2부 이 글 모두를 관통하는 큰 주제는 이거다.

이 지지부진한 싸움에서

전체론적 관점은 1950년대까지 여전히 약간 우세해 보였다.

....

"좆까!"

칼 래슐리의 ㅆㅅㅌㅊ 제자이던, 캐나다에서 온 촌뜨기 심리학도 '도날드 올딩 헵'은 도저히 납득할 수 없었다.

1948년..

19948년 미국의 다트머스대학.

.

     vs   

이곳에서  칼 래슐리와 그의 제자 도날드 헵은 

한 가지 질문을 놓고 존나 신랄한 토론 배틀을 했다

질문은 이것이었다.

뇌는 빈 서판(blank slate)같은 것이어서 요즘말로 "플라스틱"처럼 변형이 가능할까?

아니면 여러가지 제약을 이미 생득적으로 갖고 있으면서 그 구조에 따라 기능이 결정되는 것일까?

경험주의자 존로크에 의해 등장한 빈서판 썰

빈서판 썰은 

1부에 설명했다시피 

"아무것도 없는 빈서판(백지상태)로 태어나 감각경험에 의해 점점 채워지는 것"이라는 생각이다.

칼 래슐리가 학생이던 시절... 

래슐리는 졸업논문을 준비하면서

당시 존스홉킨스 대학 연구소장에게 엄청난 영향을 받았다.

그는 바로 '극단적 행동주의(radical behaviorism)'으로 유명한 심리학자 존 왓슨이었다.

존 왓슨은 1930년에 다음과 같은 발언으로 논란을 일으켰다.

"내게 건강하고 멀쩡한 아기 열둘과 이 아이들을 내 방식대로 키울 수 있는 세상을 달라.

그러면 나는 그중 어느 아기든 랜덤하게 골라도 내가 원하는 전문가로 만들 수 있다.

의사, 변호사, 무역상은 물론, 거지나 도둑으로 키울 수도 있다.

아이의 재능, 취향, 경향, 능력, 직업적 성향, 조상의 인종은 상관 없다."

존 왓슨과 그를 위시한 행동주의에 논리는 대표적인 빈 서판 론 이었다.

"오호! 그렇군요!"

존 왓슨의 생각과 행동주의라는 틀은 래슐리의 양작용(mass action), 등위성(equipotentiality)법칙에 딱 들어맞았던 것이다.

그리고 또한

"신경계에는 사전에 짜인 체계가 없고 "어떤일이든 일어날 수 있다"

빈서판론은 이 아이디어와도 딱 맞아 떨어지는 틀이었다.

"이의를 제기하오!"

하지만 래슐리의 제자이던 도날드 헵은 그것들에 도저히 납득할 수 없었다.

그는 스승과 함께 연구했지만 독자적인 사고방식을 가지고 자신만의 모델을 개발하기 시작했다.

그는 뉴런 연결이 얼마나 구체적인 기능을 수행하는지가 더욱 중요한 문제라고 믿었고

스승의 Mass action과 Equipotentiality법칙을 두고 "좆까" 시전을 하며 스승과 신랄하고 격렬한 논쟁을 자주 벌였다.

그리고 

그리고 헵은, 존 왓슨의 절친한 친구이자 당대최고의 생리학자이던 '이반 파블로프'의 아이디어

"뇌는 하나의 커다란 반응체"

라는 견해도 강하게 거부했다. .

헵은 생각했다...

그리고 이렇게 판단했다.

"외부의 환경에서 일어나는 생활 속의 사건들이 

어떻게 두뇌 활동으로 표현되는지를 이해하는 것이, 

생활 속의 사건들에 대한 정보가 저장되는 

메커니즘과 위치를 설명하려는 노력에 선행해야 한다"

그렇다.

도대체 어떻게 한낮 두부에 불과한..

'물질'에서 

생각, 사고, 심상, 기억 같은 것들이 출현하는 것일까?

뇌는 그저 자극에 반응할 뿐이라고 생각했던 행동주의 학자들과 달리

헵은 자극이 없을 때도 뇌는 언제나 생동한다는 사실을 깨달았다.

그리고 그는 1940년대에는 얼마 되지도 않던 뇌기능에 관한 자료들을 가지고 씨름을 하기 시작한다.

그 과정에서 헵은 자신의 연구를 바탕으로 가설을 세워나갔다

그리고 1949년

"The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory"

 행동의 구조: 신경심리학 이론

이라는 제목의 뇌과학 역사상 존나 중요한 ㅆㅅㅌㅊ 저서 하나를 발간한다.

이 책이 등장함으로써

존 왓슨을 위시한 극단적 행동주의는 종말을 해 버렸고..

뉴런연결을 중요시 여기던 초창기 개념이 다시 주목을 받았다.

이 책에는 다음과 같은 뇌과학 역사상 존나 중요한 개념을 담은 문장들이 많이 써있다.

대표적으로...

"외부 환경으로부터 자극을 받았을 때 반응하는 대뇌피질의 

모든 세포들에 의해 외부환경에 존재하는 물체에 대한 

두뇌 내부 표상 (Internal representation)이 만들어진다.

외부 정보에 대한 심상, 사고, 기억이

'물질'인 두뇌에 어떻게 표상되는지를 설명한

최초의 구체적인 가설이 등장한 것이다.

헵은 심상이나 특정한 생각과 관련된 모든 세포들이 상호 연결되어있다고 생각했다.

이렇게 동시에 점화(활성화(되는 뉴런들의 집단을 세포군(Cell Assembly)라고 명명했고

두뇌 내부 표상은 자극에 의한 뉴런의 활성화가 세포군에서 꾸준하게 유지되는 한

정보가 일종의 '기억'으로 저장되어 있을 것이며,

이런 세포군을 구성하는 뉴런들이 서로 함께 점화되는 상태를 계속 유지한다면...

그 뉴런들이 서로 연결 강도를 강화시켜주는 과정을 통해

더욱 연결이 확고히 확립될 것이라는 가설을 제시했다.

헵은 이러한 뉴런들이 동시에 함께 점화되어 지속되는 결과가 바로 기억memory이라는 형태로 나타나고

생각thinking 이란 바로 이런 세포군의 연속적인 작용이라고 주장했다.

간단히 말해 헵은 뉴런 연결이 중요하다는 세포연결주의자의 핵심을 지적한 것이다

이 개념은 오늘날 까지도 신경과학의 핵심논제로 남아있다.

세포군의 요체는 바로...

'동시에 함께 점화되는 뉴런들은 함께 연결된다'

라는 것.,...

....

그는 자신의 책에서 또 이렇게 언급한다

"A 세포의 축삭이 B세포를 자극할 만큼 두 세포가 인접해 있고, 

A세포가 반복적으로 혹은 지속저으로 B세포를 점화시키면,  

B세포를 점화시키는 세포로서 A세포의 효율성이 증가하는 방향으로 

두 세포중 하나 또는 둘 모두의 성장 과정이나 대사에 변화가 일어난다."

더 짧게 말한다면...

두 개의 뉴런이 동시에 반복적으로 활성화된다면,

이들간의 연결은 첫 번째 뉴런에서 두 번째 뉴런으로 연결이 강화된다.

이것은 현대 신경과학계에서 '함께 점화되는 뉴런들은 함께 연결된다'

라는 말로 알려져 있는

 시냅스 가소성(synaptic plasticity)의 헤비안 규칙 Hebbian Rule

으로 불리며 오늘날 학습 및 기억에 대한 분자신경학적 이론의 토대를 형성하고 있다.

오늘날 신경과학에서의 헤비안규칙, 헤비안 회로, 헤비안 시냅스란..

시냅스 후 뉴런(postsynaptic neuron)이 점화되는 것과 

거의 동시에 어떤 시냅스가 반복적으로 활성화되면

그 시냅스에서 구조적, 화학적 변화가 일어나서 연결이 강화하는 것을 말한다.

헵의 가설은 당시의 기술 수준보다 앞선 것이었다,.

당시의 과학자들에게는 시냅스의 가소성을 탐지할 수단이 없었다,

사실, 그 당시는 시냅스 가소성은 커녕 시냅스의 세기조차 측정할 수 없었다.

헵은 뇌의 메커니즘에 대한 발견이 늘어나면 

자신의 이론을 다시 검토하고 수정해야 할 거라고 생각해지만,

여기저기 다양한 분야에 산재 해 있는 신경계의 연구들..

생물학과 심리학, 그리고 수학, 물리학을 모두 함께 다뤄야 한다는 그 주장은

당시엔 있지도 않았던 단어, 10년이 조금 지나 등장한... 

'Neuroscience' 신경과학

이라는 종합학문의 새로운 장을 열어 주었다.

또한 헵의 당시 아이디어는 두뇌의 신경망 회로가 

컴퓨터와 비슷한 원리로 기능할 것이라는 학문분야의 초석을 마련하였다.

연결주의(connectionism)라는 학파의 탄생인 것이다.

연결주의 이론은 20세기ㅣ 후반에 여러 세대에 걸쳐 많은 연구자들에 의해 발전되었다.

몇십년 동안 이 이론에 대한 일련의 집요한 비판이 이어졌다.

1951년.

칼 래슐리는 다음과 같은 제목의 유명한 논문을 또 발표한다.

"The Problem of Serial Order in Behavior"

"행동의 직렬 순서 문제"

래슐리는 이 논문으로 연결주의 이론에 대한 신랄한 공격을 발표했다.

그의 첫번째 비판은

뇌는 겉으로 척 보기에 무한히 다양한 위계를 산출할 수 있고 이런 시냅스 사슬이 

시를 암송하거나 하는식으로 매번 동일한 서열의 단어들을 산출하는 일에는 이상적일 지 모르나

동일한 문장이 똑같이 반복되는 일은 거의 없는 일상언어에는 적합해 보이지 않는다

라는 것이다.

이에 대해 헵은..

" ㄴㄴ. 그문제는 간단함"

헵은 도로 분기점 처럼, 단 두개의 사슬로 갈라지는 시냅스 사슬을 예로들며

그것이 엄청나게 다양한 신경활동의 위계를 산출 할 수 있음을 보였다.

이건 신경계가 엄청나게 간단하다고 알려진 예쁜꼬마선충의 네트워크다.

당시 래슐리가 이것을 봤다면 기겁을 했을 것이다.

그러나 문제는 래슐리의 두번째 비판이었다.

"문법에 맞는 문장을 만들어 내는 것을 신경계 위계로 대입할 때

존나 상상을 초월하게 복잡해진다 이기"

래슐리의 두번쨰 비판은 구문syntax 문제에 초점을 맞추고 있었다.

래슐리는 두번째 비판에서도 답을 했지만 

이에 대한 자세한 설명은 이 정보글의 범위를 벗어 나는 것이다.

래슐리의 두번째 비판에 대한 생각은..

언어학자 노암 촘스키로 하여금 구문 문제에 몰두하도록 하는 계기가 되었다.

노암 촘스키와 관련된 썰은 좀따 나중에 다시 나온다

기다려 달라.

자 다시 이 정보글을 관통하고 있는 문제로 돌아가자

Localization VS Holistic View

localizaion 기능국소화에 대한 증거는 점점 더 쏟아지기 시작했다.

필립 바드, 에드가 에이드리언, 웨이드 마샬

이들은 고양이의 신체 부위를 자극할 때 

부위에 따라 대뇌피질의 구별되는 영역들에서 전기활동이 생김을 알아내었다.

이 신체표면의 체계적 탐사를 통해서..

브로드만 지도는 점점 더 정교한 지도를 완성 해 가기 시작했다.

코르비니안 브로드만은 기능적으로 구분되는 피질 영역들이

세포유형과 층 형태, 세포연결과 같은 해부학적 기준과

행동에 관여하는 기능에 따라

명료하게 정의되어 구별될 수 있다고 믿었다.

도날드 헵의 짝궁이자 절친이던 와일더 펜필드. 

그는 환자의 감각계를 조사하여 이런 뇌지도를 만든다.

그리고 그 지도를 바탕으로

그 유명한

호문쿨루스가 나왔다.

Wilder Penfield 와  George Ojemann

이들은 이 전까지는 가능하지 않던 좀 더 정교한 방법으로

언어에 관여하는 영역들의 기능을 연구하였다.

이 둘은 간질환자들을 이용해 언어를 생성한다고 알려진 피질 영역들을 다시 조사했다.

간질치료를 위해 뇌 수술을 할 때

국소 마취를 한 상태에서

뇌를 노출시키고, 

피질 여러영역에 직접 작은 전극으로 자극을 주며 

동시에 깨어있는 환자에게 말을 하게 시켰다.

살아있고 의식이 있는 사람들에게서

브로카와 베르니케가 찾아냈던 언어영역을 확실히 확인할 수 있었다.

또한 브로카영역 깊은 지역에 놓여 있는 또다른 언어영역들을 발견하였다.

브로카와 베르니케가 제안 했던 것 보다 언어에 대한 신경네트워크는 매우 광범위하고 복잡했다.

양전자방출단층 촬영술(PET)와 fMRI기술이 등장했다.

이 투시장비들은

살아있는 사람의 뇌 활동, 생각하는 활동, 

관찰 불가능하다고 여겼던 심리적 속성들을 관찰가능 하게 만들었다.

뇌과학 연구의 새로운 장이 시작 된 것이다.

찰스 다윈

그는 이런 주장을 했따.

"어린아이들은 단지 부모가 말하는 것을 듣고 모국어 문법을 습득한다. 

문법규칙에 대해 가르칠 필요가 없다.

언어는 인간의 직립보행처럼 선천적인 본능이다"

1960년대의 ㅆㅅㅌㅊ 언어학자이던 노암 촘스키는

다윈의 이 생각을 발전시켰다

그는 다양한 다른 종류의 언어들을 매우 심도있게 분석하고 실험한 결과

인간은 영장류와 달리

제한된 자원으로 부터 완전하고도 논리정연한 언어를 일반화시키는

'제약을 생득적으로 갖고 있다'고 주장했다.

빈서판론을 따르던 학자들의 패배를 선고하는 순간이었다

또한 그 제약이란것은

바로 모든 인간 자연언어에 있는 보편문법(Universal Grammar)라는 공통된 체계라는 것이다.

그것을 선천적으로 갖고 내장한 채로 태어난다는 것이다.

이것은 다음의 질문을 자연스럽게 유도한다.

"그런 시스템은 뇌 어디에 있는가?"

미국의 Joy Hirsch, 이탈리아의 Andrea Moro, Maricacristina Musso

이 세사람은 과거 베르니케가 주장했던, 

브로카 영역이 언어의 문법규칙을 담고 있을 것이다

라는 주장과 촘스키의 보편문법을 검증해 보기로 했다.

그들은 브로카영역은 제 2외국어를 모국어로 배울 때만 설립되고 활동됨을 알아내었다.

그 제 2외국어가 촘스키가 주장한 보편문법 규칙을 위반해서 만들어진 '인공언어(artificial language)일 때는

브로카영역에서의 활성이 증가하지 않았다.

베르니케, 촘스키가 옳았다

그리고.....

Localization VS Holistic View

대세는 Localizaion 국소화론의 승으로 기울고 있었다.

이 외에도 좌반구가 손상된 수화 사용자들로

시각적 언어도 수행하였고

결과는 마찬가지었다.

이 연구자들은 결론을 냈다.

1. 언어의 인지적 처리는 좌반구에서 일어나며 

언어에 쓰이는 감각 및 운동처리에 관여하는 경로들과는 독립적이다.

2. 기능적인 청각계와 운동계가 좌반구의 언어능력의 출현과 작동에 꼭 필요한 조건은 아니다

3. 말하는 언어(spoken language)는 좌반구에 의해 이뤄지는 여러 언어능력들 중 한 가지 불과하다.

4. 뇌에는 구별되는 인지 체계들이 있다.

Localization VS Holistic View

Holistic view, 전체론자들의 완전한 패배였다.

드디어 지지부진한 싸움에서

Localization론자들이 승리한 것이다.

1줄요약

"기능적 국소화론 fuctional localization이 맞았당께"

2부에 다 끝낼려고 했는데 ......못했다

3부에서는

모듈처리론, 

노암 촘스키 바통 받고 이어지는 감정, 정서, 느낌 연구의 역사

크리스토프 코흐, 프란시스 크릭, 제랄드 에델만, 스타니슬라스 등으로 이어지는 의식의 뇌과학

쓰다가 만 스페리의 의식에 관한 ㅆㅅㅌㅊ 연구업적 

그리고 오늘날의 첨단 뇌과학에 대해 다뤄 보겠다.

일베로 배우는 뇌과학!!

그럼.......

내일봐용~!