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지난 시간 창자에 plexus층 2개, 근육층도 2개 있는 것 기억하고, Vagus와 sympathetic trunk, DRG 뿌리 뽑아야 한다. 헷갈리면 안 된다. 올해 강조한 IML(intermediolateral nucleus)이 교감의 실체이다. 공부를 하면 실체가 뭔지 빨리 봐야 한다. 정 실체를 모르면 있다고 가정해야 한다. 브레인이 그렇게 되어 있다. 교감이란 말을 늘 쓰지만 실체를 한 번도 확인해 보지 않은 사람은 스스로 허전해지고 넘어진다. 공부는 물리적 실체가 있으면 그것을 딱 봐야 한다. 그 이상 없다. 그것을 자연에 있는 “causal structure”라고 한다. 다이아몬드를 본 사람은 의심하지 않는다. 산삼을 캐 본 사람은 경악한 놀라움이 남아 있어 그 후 뭐든지 확신을 갖고 본다. IML에 확신을 갖지 않으면 브레인 작용의 30% 이상 되는 교감이 뭔지 모르고 있는 것이다. 교감의 물리적 실체를 본 사람은 다음은 편안하게 나갈 수 있다.

IPAN(intrinsic primary afferent neuron)도 마찬가지다. 장하고 브레인 연결되었다고 백날 이야기 하면 뭐하는가? 장신경총에 있는 뉴런 이름 하나를 연구자들이 연구하고 있다면 이것은 명확한 실체이다. 실체가 몇 가지 안 된다.

실체를 안다는 것이 그만큼 중요하다. 다미주이론 강의한지 1년 넘었는데, 그때도 강의 하면서 전체는 알겠는데, “정말 믿어도 돼?”가 남아 있었다. 다미주이론을 전개한 사람이 한 가지를 확신을 갖고 이야기 하는데, 배쪽미주와 등쪽미주가 있어 다미주가 되었는데, 배쪽미주가 속도가 빠르다는 이야기를 계속하였다. 결정적 실체를 보고나면 맥락적 구조가 보여서 어떤 이론이든지 간파해 들어갈 수가 있다. 횡경막 밑으로 나가는 신경은 무수이고, 횡경막 위는 유수라는 이야기를 계속한다. 속도가 빠르다. “배쪽미주 신경은 유수신경이다”는 것이 이론의 핵심이다. 속도가 빨라야 한다는 것은 인간이 말을 할 수 있다는 것과 연결된다.

말을 빨리도 하지만 인간의 언어 소리는 엄청 빨리 듣는다. 인간의 소리는 포먼트(Formant)라고 하여, 남자는 5개, 여자는 3개이다. 포먼트는 입의 구강구조에 의해 공학적으로 공진주파수가 결정되는데, 구강구조가 달라 사람마다 약간 다르다. 인간이 말하는 소리는 구강구조에 의해 특정 주파수가 증폭되는데, 그 주파수가 3-5개쯤 있다. 그 주파수 대역을 포먼트라고 하며 언어학의 핵심이다. 우리는 이야기를 하면 “어~”하면 자연의 소리에 가까운데, 안으로 들어가면 구강구조가 달라, 주파수가 밴드를 가진다. 남자는 5개이다. 그 소리만을 증폭하기에 발음이 되고, 듣는 쪽도 그 대역에 민감해지기에 인간은 무수히 많은 소리 중 사람소리를 들으면 브레인에서 빠르게 프로세스한다. 여기서 핵심은 속도이다. 속도를 빨리 하려면 창자나 심장의 근육과 다르다. striated muscle이다. 액틴과 미오신이 ‘신경근연접(neuromuscular synapse)’으로 아세틸콜린을 분비하여 움직인다. 다른 근육은 그렇게 안한다. 심장이나 창자 근육은 염주알처럼 된 gap junction이다.

Striated는 수의근이라는 말이다. 수의근은 내 브레인에서 내가 생각하는 데로 움직여준다. 손가락, 발가락, 말하는 것 등으로 생각하는 데로 움직여주는 근육이 striated muscle이다. striated는 염색하면 stripe가 나오는데서 나온 말로, 띠가 바로 액틴과 미오신 단백질 집합체이다. 액틴과 미오신이 꿈지락 거리면서 5나노미터 정도 움직이는데, 전기 펄스가 와야 움직인다. 신경-근육 연접에서 아세틸콜린을 ‘착’ 분비하면, 그걸 따라서 움찔거린다. 아세틸콜린은 기억을 연결할 때 많이 나온다. 기억을 우리는 ‘생각’이라고 한다. 그래서 생각이 일어날 때 아세틸콜린이 마지막에 근육에 가서 움찔거려서 움직임이 일어나기 때문에 우리가 생각하는 모든 것이 움직임으로 바뀐다. 그래서 ‘내 뜻대로 움직인다’하여 수의근이다.

그런데 창자는 생각대로 안 움직인다. 심장은 생각하지 않아도 움직인다. 생각보다 더 근본적인 현상으로 신경이 염주알처럼 나가서 ‘시간-갭’이 없다. 시간-갭이 없다는 말은 ‘한꺼번에’, ‘동시에’ 움찔거린다는 것이다. 창자와 브레인의 핵심은 협연이다. 그래서 Gap junction이다. 우리가 태아 때 신경근연접이 발달하기 전에는 전체 연결이 gap-junction으로 되어 있다.

내 뜻대로 빠른 움직임을 해 주는 것이 striated muscle이다. 내 뜻이 들어가니 내 감정, 내 목적을 말로 통해서 전달한다는 것이다. 그래서 인간사회가 출현했다. 오늘 우주론 차원까지 올려본다. 그것을 Markov blanket이라고 한다.

오늘 뒤에 전개할 Markov blanket 등의 실체가 지난 시간 그림들이다. 공부를 처음 할 때는 엄청나게 해도 세부사항을 모르는 것이 아니고 ‘가가 간 줄 모르는 것’이다. 가가 간 줄 알면 끝난다. 하이어라키 구조이다. 오늘 강의 끝나고 나면 세계적인 뇌과학자인 아닐 세스(Anil Seth, 1972~)가 평생 만나보고 싶었던 사람이 꿈꾸는 세계가 무엇이었는가를 선물로 줄 것이다. 한마디로 얘기하면 BoB이다. ‘Markov blanket of Markov blanket’으로 되어 있다. 뭐가? 세포가, 조직이. 개체가 그렇다. 까고 까고 까도 동일한 형태가 나오더라. 그것을 “Scale invariant”라고 한다. 모두가 그런 식으로 된 것은 아니다. 그런 식으로 된 것들의 시스템은 라그랑지안 다이나믹스로 설명이 가능해진다.

Markov blanket 이라는 개념이 너무 탁월하다 아닐 세스가 왜 프리에너지 이론에 자기 모든 것을 걸어보고 싶다고 했는지 느낌이 온다. 이것들이 실체다. 엔트로피를 최소화하는 우주론적 프리에너지 원칙이 만들어진 개념이 Markov membrane 이다. Markov membrane은 통계적 막인데, 실체화가 된다는 것이다. 그것을 영어로 “instantiate”라고 한다. 전율할만한 단어이다. 어려운 용어인데, 알고리즘 하는 사람들이 자주 쓰는 말로 개체화한다는 것이다; 인스턴트식품이나 인스타그램이나 인스탄시에이트, 이것을 불교에서는 현현(顯現)했다고 한다. 기본원리가 형태를 갖추고 톡 튀어 나왔다는 것이다. 우주에서 인스탄시에이트 된 가장 놀라운 존재가 우리 브레인이다. 기가 막힌다. 우리는 인스탄트이다. 인스탄시에이트 되기 위한 원본이 네이쳐에 있는 causal system 이다. 이것을 우리 브레인이 흉내 낸 것이다. 그래서 브레인이나 우리 모든 것, 세포나 사람, 사회, 어떤 막으로 쌓여 있는 것들이 그렇다. 사회는 막으로 쌓여 있지 않으나 북한과 남한이 다르다. 구별할 수 있다. 통계적 막이 있다. 우리가 보는 생명현상은 Markov blanket이 유지되는 현상이다. 그런데 공짜로 유지되지 않는다. 자연의 causal structure를 흉내 내는데 에러가 생긴다. 에러를 끊임없이 줄이는 과정까지를 살아있다고 말한다.

모두가 인스탄시에이트 된 것이다. 네이처가 가지고 있는 causal structure가 biological system으로 probability distribution이 encoding된 것이다. 자연이 가지고 있는 확률적 경향성을 encoding한 것으로 우리는 encoding machine이다. encoding은 소프트웨어이다. 소프트웨어를 가지고 빌딩을 만들면 된다. 만들어진 빌딩이 몸체이다. 모두 인스탄시에이트 된 것이다. 인스탄시에이트 된 것은 blanket으로 싸여야 한다. 모든 생물은 선이 끊어지지 않는다. 사각형의 윤곽선이 Markov blanket이다. 간이나 비장이나 살아 있을 때는 형태를 유지하나 죽으면 붕괴가 된다. 형태를 갖고 물질화되는 것이 인스탄시에이트이고, 원본 설계도가 네이쳐이다. 인과적 구조로 된 것을 우리가 encoding을 했다. 브레인은 엔코딩머신이다. Markov blanket만 이해하면 생명에서부터 우주 전체를 관통한다.

Astrocyte의 wake와 sleep 전체 이야기는 막고 여는 것이다. open과 close하는 것을 gating이라고 한다. 어떤 식으로 하느냐? 완전히 막으면 독립된 실체이고, 완전히 열면 자연과 같이 된다. 완전히 막으면 두 개가 되는 것을 확률에서 exclusive independent라고 한다. 이 경우 이 두 시스템을 확률적으로 계산하려면 경우의 수를 다 곱해줘야 돼서 양이 너무 많아 힘들다. 시냅스에서 낮 동안에는 글루타미네이트가 새지 않도록 성상세포가 막아주고, 밤에는 post-synaptic spine이 줄어들면서 공간을 열어준다. 그러면 glymphathic flow가 생겨서 베타아밀로이드를 씻겨내서 치매를 방지한다.

“열고, 닫고” 모두가 이런 구조로 되어 있다. 닫아놓으면 독립된 실체, 열어놓으면 구분이 없다. Markov blanket은 열고 닫는 막이다. 언제 열고 언제 닫는가? 전부 확률적인데, 열고 닫는 값을 만들어 주는 것이 예측이고, 예측하는 머신이 바로 브레인이다.

생성모델(Generative model)이 인공지능의 핵심이다. 무엇을 생성하는가? 예측값을 생성한다. 우리가 사물을 볼 때도 예측값을 풍부하게 산출하는 사물이 있고, 산출값을 잘 못 만드는 사물이 있다. 그래서 사람마다 개성이 다 다르고 좋아하는 것이 있다. 그것도 설명이 된다.

완전히 닫으면 A와 B는 독립이다. 상호 독립일 경우 계산량이 대단히 많다. 베이지안 이론 (Bayesian Theroy)이 파워풀해진 것은 계산 가능한 쪽으로 바뀌기 시작하면서이다. Markov blanket이 열고 닫는데 “conditional independence”라는 것이다. 그러면 조건만 찾으면 된다. 그래서 베이지안 확률은 조건확률로 구해진다. 우리 생명은 Markov blanket으로 shielding되어 있다. 깜깜한 막이 아니고 보이는 창문이 나 있는데, 바로 세포막의 이온채널이다.

이런 이야기를 들으면 추상적 사고가 판타스틱하게 들리는데, 그래서 So What? 구체적으로 어떻게 되었단 말인가? 브레인은 추상성과 구체성의 끊임없는 대화이다. 그렇기에 구체적 세계에서 명확한 실력을 쌓아야 한다. 구체적 세계에서 명확한 실력을 안 쌓은 사람이 자꾸 뜬구름 같은 이야기를 하면 조선시대에 “음풍농월(吟風弄月)‘이라고 한다. 성리학이 거기에 빠져서 아무것도 산출 못하고 넘어져 버렸다. 어떤 측면에서는 위대한데, 그 위대함을 받쳐주는 구체성이 있어야 한다. 공부의 초기단계에는 엄청나게 많은 계산을 하고 실재 돌아가는 구체성을 하나하나 작동시켜 보아야 한다. 그 과정을 거치고 나면 추상성의 세계가 황당한 이야기가 아니고 인스타그램처럼 끊임없이 무엇을 만들어낼 수 있는 추상성이 된다. 그것을 ’창의성‘이라고 한다. 창의성은 학생용이 아니고 전문가용이다. 전문가 반열에 올라갔을 때 그 사람이 가지고 있는 추상성이 인스타시에이트 되어 하면 바로 만들어 내는 것이다.

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구체적인 것을 먼저 들어간다. 오늘 강의가 끝나면 <Being you>와 <On task>에서 핵심적으로 이야기하는 것이 뭔가? 그리고 브레인 공부하는 사람들이 구체적으로 가지고 가야 하는 것이, “directed, indirected, hyper-directed, striatum”, 이거 어렵다. <On task>에도 나오는데, striatum 구조에 대해서 명확하지 않으면 이해를 못한다. 이론적으로 딱 한 가지만 물고 늘어진 책으로 on task는 작동하는 것이다. 임무를 완수하는 것이다. on task 한다는 것은 ‘작업기억’인데 어떻게 작업기억이 on task가 가능해졌는가? 이것을 정확하게 할 수 있으면, 위에서 Markov blanket에 의해 모든 하이라키적인 시스템들이 생기는 인스타시에이트된 라인을 보는 것이다. 그래서 동물이 생겼고, 철학이 나왔고, 모든 것들이 이 속에서 나온다. 기본원리가 어떻게 작동되어 현현되는가? 전체적으로 일어나는 일은 ‘스위칭’이다. “스위치를 어떻게 열고 닫는가?” 이다. 느낌이 빨리 안 오는 사람들은 이런 사고를 오랫동안 recursive하게 생각 안 해 본 것이다. 그래서 시냅스가 그 쪽으로 안 생긴 것이다. 훈련에 관한 것이다.

<On task> 전체 내용이 이 그림 하나로 instantiated, 현현한다. Frontal pole을 앞에 그린다. Frontal pole이 무엇을 하는가 하면, ‘episodic future thought’를 만들어낸다. 구조부터 먼저 한다. 여러분이 공부할 때 세부부터 하지 말고 구조부터 하라. 내용은 나중에 집어넣어라. 두 번째 구조는 working memory의 DLPFC이다.

구조 자체가 맥락을 형성한다. 구조가 네이쳐의 causality이므로 내용은 따라갈 수밖에 없다. 맥락이 다음 맥락을 결정해주므로 기억해야 할 정보량이 엄청 줄어든다. 우리가 맥락을 선택하는 방법이 여러 가지가 있는데, 두 개가 독립일 경우 랜덤으로 일어나는 경우를 다 선택하는데 우리 브레인은 그렇게 작동 안한다. 그렇게 하면 비용이 너무 크다. 브레인이 미리 알고 맥락이 맥락을 선택하게 했느냐? 그렇지 않다. 여기에 더 놀라운 비밀이 있다. 작업기억은 그럴 수밖에 없는 필연적 이유가 있는데, 용량이 적기에 많은 정보를 처리할 수가 없다는 것이다. 이것 때문에 인간이 위대해졌다. 역경, 불리하다고 생각한 것이 궁극적으로 만들어내는 결정적인 것이 된다.

우리 셀프도 환상을 볼 뿐만 아니라 진실 아닌 것만 본다. 환상을 보는 것은 몇일 굶으면 볼 수 있으나, 그것이 핵심이 아니라 우리는 진실을 깡그리 못 보는 쪽으로 진화했다는 것이다. 이러한 자연의 혜택을 못 받는 저주받은 종일 것 같은 황당한 상황이 벌어졌다. 진실은 아예 100% 깡그리 못 본다. 그래서 우리는 셀프를 출현시켰다. 반대이다. 좋은 기회가 나쁜 기회가 되고, 나쁜 기회가 좋은 기회가 된다. 작업기억은 4-5개 밖에 기억 못한다. “형편없는 조만한 도구로 뭘 하겠는가?” 했는데, 용량이 줄어든 이것이 막강함이 되었다. 코로나 19도 덩어리가 적어서 속에 효소를 못 갖다 놓으니, 남의 집에 살짝 들어가는 것이다. 항상 일반적인 법칙이다. 단점이라고 생각하면 안 된다. 단점이 다음 단계로 넘어가면 결정적 장점으로 바뀐다.

작업기억 핵심은 용량이 제한되어 있다는 것이다. 그래서 일어나는 모든 일을 처리할 수 없다. 그래서 맥락이 다음 맥락을 불러오도록 한다. 맥락이 다음 맥락을 잘 못 불러오면 행동이든 사고든 그 자리에서 스톱한다. 강의 하다가 어려운 이야기 하면 안 따라오고 존다. 생각을 스톱한다. 그리고 위험한데 밀면 가다가 스톱한다. 왜 그럴까? 맥락을 못 따라와서다. 우리는 맥락이 맥락을 불러 오기 때문에 우리는 맥락 속에서만 사는데 그것을 niche라고 한다. 그 맥락을 만드는 공간을 덮어씌우는 막을 Markov blanket이라고 한다. 하나도 안 어렵다. 항상 있었던 그 공간이다.

맥락을 불러오면 기억 안 해도 된다. 기억에서 자유롭게 된다. 사각형 배치이다. 배치가 기준점이 정해진다. 물론 10년 동안 엄청나게 삽질하고서 터득하게 된다. 그 과정도 법칙으로 되어 있다. ‘메타러닝’이라고 한다. 메타러닝은 경험의 관문을 돌파한 자에게 드러난다. 아무리 동작 빠른 신병이라도 사태가 벌어지면 느린 말기 병장을 못 당한다. 그것을 짬밥이라고 하는데, 오래 있다 보면 냄새만 맡으면 탁 벌어진 상황을 알아 버린다. 그것은 시간을 줄일 수 없다. 삽질을 많이 해야 한다.

다음은 사각형 3개를 그린다. 이런 모델은 내 브레인에서 생성했기에 항상 생성할 수 있다. 본인이 생성하지 않은 모델은 원본이 다른 사람에게 있어 계속 흉내 내고, 계속 해야 된다. 내가 생성하면 그 구조가 내 브레인에 있기에 기억할 필요 없다. 항상 갖고 있다. 본인이 생성하지 않으면 기억이라는 node를 항상 통과해야 한다.

맥락이 맥락을 불러온다는 말은 두 맥락 node point가 확률로 연결되었다는 말이다. 확률로 연결된 두 node point를 부르는 이름이 ‘Markov chain’이다. 하나도 어려운 말이 아니다. 당연히 확률로 연결된 마디점들을 연결하면 망이 되고, 그 망의 윤곽을 ‘Markov blanket’이리고 한다. 너무나 당연한 이야기이다.

다음 맥락의 사각형은 조금 크게 그린다. 다른 맥락이 들어올 여지가 많다는 것이다. 오늘 강의 끝나면 directed, indirected, hyper-directed 암기할 필요가 없다. 맥락이란 말에 사무쳐야 한다. 맥락이 맥락을 지시해 주는 것을 따라가면 된다. 다음 구조가 들어온다. 운동출력에 명확한 이론이다. 특히 striatum 뿌리 뽑아야 한다. Striatum은 putamen과 caudate가 있는데, 어느 때 putamen이 메인이고, 어느 때 caudate가 메인인가는 상황에 따라 다르다. 운동성에 가까우면 putamen이 가깝고, 약간 cognitive로 가면 caudate쪽으로 이동한다. 뒤쪽에 전개할 내용은 <On task>에서는 대략만 해 놓아서 다시 채워 놓아야 한다. 뒤쪽에 전개할 내용이 엄청 많다. 구조부터 먼저 하면 된다.

지금부터 한번 하고 다 암기할 수 있도록 하나씩 맥락을 설정한다. 12월 겨울이다. 앞으로 3개월 후면 남해안에 봄바람 분다. “가 보고 싶다. 동백이 핀다.” 그래서 “바람이 분다. 살아야겠다.” 전 세계 문학도의 심금을 울렸던 폴 발레리의 시를 페러디 하였다. “바람이 분다”에서 바람은 우리를 움직이게 하는 것이다. 그것이 motivation(동기)이고, 브레인 영역은 ACC이다. 동기는 비용과 이득을 저울질해서 이득이 비용을 초과할 때 일어난다. 자연의 바람이 골방에 박혀 있던 나를 꿈틀거리게 한다. 그러면 가치를 매기기 시작하는데, 그 영역이 VMPFC이다. VMPFC는 추상적 밸류 시스템의 최상위이다. 창자나 식욕, 성욕, 갈증이 위로 올라오는데, 겨울동안 움츠리고 있다가 봄바람이 불고 꽃이 피니까 “뭘 해 봐야겠다”고 추상적 밸류를 느낀 것이다. 추상적 밸류는 그냥 생기지 않는다. 그 전에 뭘 많이 해 봤다. 몽골초원에도 가고 봄바람도 많이 느껴보았다. Hip의 episodic memory(일화기억)가 작동한다.

‘일화’라는 말이 한자어라 잘 안 와 닿는데, ‘나레티브(narrative)’라는 말을 쓰면 확 연결된다. 나레티브는 속닥거린다는 말이다. 상대가 있어도 되고 없어도 된다. 프랑스 상징주의 초기 핵심적인 한 사람이 무기 중개인 등 험악한 삶을 살다가 안 되어서 어느 날 갑자기 타는 목마름의 갈증을 느껴 사막에 간다. 그 사람은 관절 때문에 걸을 수 없는 사람이다. 그때 나이가 20살이다. 그런 원초적인 ‘욱’ 올라가는 세계를 포착하는 것이다. 골방에 박혀 있던 폴 발레리가 오랫동안 갇혀 있으면서 봄날의 삶을 동경을 한다. 자기 내부에서 나레티브가 일어난 것이다. 봄바람이 불면서 추상적 밸류가 삶에 대한 애착으로 꽃이 핀다.

나레티브는 왜 하는가? 나레티브가 의식의 내용이다. 뭐가 안 풀렸을 때 중얼거린다. 밖으로 나갔을 때 뭔가 해 보고 싶다는 것이다. 나레티브와 추상적밸류가 FP로 가서 구체적으로 해 주어야 하는 영역으로 들어간다. 구체적으로 비행기 티켓을 끊어 사막을 가든지 해야 한다. 거제도 가서 동백꽃 보려면 간단한 것 아니다. 시인이나 철학자가 대책없이 저질러 놓으면 수습을 해 주어야 한다. 그런데 용량이 적다. 대책 없는 시인이 “바람이 분다. 살아야겠다”고 들썩 거린 것이 전 인류를 들썩 거리게 했다. 철학자나 시인이 저질러 놓으면 마디점이 랜덤하게 있다. 모든 조합이 다 있다. 실행모드로 들어가면 이렇게 하면 안 된다. 어떻게 하면 실행 가능한 파일로 바꾸어 놓을 수 있는가가 <On task>이다.

우리의 인지작용의 가장 놀라운 사실은 ‘일어나지 않은 일을 상정한다’는 것이다. episodic future thoughts 이다. 미래에 일어날 나레티브 사고이다. 속닥거린 것이다. “2월에 동백꽃 보러 가” 하고 속닥거리면 누군가 듣고 구체적으로 해야 한다. 엄청난 다단계 시퀀스가 있다. 행동의 시퀀스로 바꾸어 놓는 것이 On task이다.

철학자들이 던져 놓은 시퀀스는 노드점(node point)이 이리로 가나 저리로 가나 확률이 동일하다. 철학자는 질문만 던져 놓고 뒷수습을 못한다는 말이다. 그런데 그것이 그 사람들의 위대함이다 뒷수습을 감당하는 사람은 일을 못 저지른다. 뒷수습을 생각 안하는 사람은 엉뚱한 질문을 할 수 있다. 그래서 철학자의 몫은 거기에 있다. 노드와 노드 연결이 랜덤하여 계산량이 많다. 이것을 하이라키적으로 바꾸어 주어야 한다. 이 모든 것이 해결된 것이 하이라키 때문이다.

하이라키는 위계적 구조로 되어 있다는 것이다. 우주 자체가 빅뱅에서 시작되었기 때문에 위계적 구조로 되어 있는 것이다. 먼저와 나중이 있고 이것이 causal structure이다. 바로 인과이다. 인이 과보다 앞서야 한다. 어려운 것 아니다. 단군할아버지에서 7000만명이 나왔는데, 이것을 hierarchy라고 한다. 하이라키적으로 있어야 맥락분리가 가능하다. Spatial sequence를 갖게 되고, temporal sequence도 갖게 되는데, Spatial sequence와 temporal sequence는 무한반복하면 approach 한다는 것이 에르고딕 가설(Ergodic Theory)이다.

하이라키가 없는 동등한 것을 하이라키 있게 바꾸어 주면 된다. 하이라키적으로 해석하는 기관이 워킹메모리이다. 하이라키를 가지면 모든 것을 풀 수 있다. 빅뱅에서 왔으므로 하위에서는 구성요소가 많아 헷갈리지만 상위로 가면 구성요소가 적어지면서 구조가 보이고, 맨 위로 가면 할아버지가 한명 밖에 없다. 다 할아버지 자손이다. 또 다른 예를 들면, 수정란 1개에서 수조개의 세포가 되는 Temporal hierarchy를 가지고 있다. 시간을 잘라보면 시간의 단면이 나오는데, 한 단면에 내가 있다고 하면 계속 잘라보면 코흘리개 때부터 지금 중년의 현재까지 다 있다. 지금 나를 안다는 말은 지금 나를 구성하는 모든 포인트는 다 이전 시간의 단면에서 왔다. 앞으로도 노년까지 시간단면이 흘러갈 것이다. 지금 현재 상태의 나는 언제 결정이 될까? 가장 관련 있는 것은 바로 어제 내 상태이다. 그 다음의 내 상태는 지금 현재 상태에서 결정된다. 지금 현재는 바로 temporal scale에서 Markov blanket이다.

느낌 오는가? 대단한 이론이다. Markov blanket이 지금 우주를 감싸고 있다. 드디어 입자물리학과 생물학이 접목하는 위치까지 왔다. 아닐 세스가 그렇게 만나보고 싶어하는 사람이 영국 런던 대학의 신경과 교수인 프리스톤(karl john friston, 1952~)이다. 놔파를 측정하는 PET이나 MRI 머신을 작동하는 소프트웨어가 SPM(statistical parametric mapping)이다. 물리적 속성의 파라미터를 통계적으로 처리한 값을 지도로 바꾸어주는 소프트웨어이다. MRI 사진 찍은 것 보면 브레인에 울긋불긋 한 것이 Bold signal 이라고 하는데, 생각을 하면 혈류가 흐르는데, 거기다 방사선 물질을 넣어 어디서 포도당이 많이 소모되는가를 아는데, 생각을 많이 하면 혈류가 바뀌기 때문이다. 혈관에 들어가는 포도당의 밀도변화를 통계적으로 추출하여 2차원 맵으로 바꾼 것이다. SPM 버전이 12까지 나왔는데, 전 세계에 수 많은 MRI에서 다 쓰는데, SPM 소프트웨어의 원저자가 프리스톤이다. 이 소프트웨어를 가지고 특허를 내어 판권을 받았다면 재벌이 되었을 텐데 코드를 오픈하였다. 대단한 사람이다. 이것 하나만 가지고도 노벨상을 받을 수 있는 사람인데, 브레인 과학자로 그때부터 올인 한 것이 정신작용을 통계확률로 보자 하여 2012년부터 논문이 쏟아져 나온다. 브레인에서 일어나는 일을 수학적, 통계적으로 봐야 한다고 하여 이것을 다 만들어 낸 것이다.

아닐세스는 셀프에 대해서 임상뉴로심리학적으로 많은 연구를 한 사람이다. 아닐 세스가 자기 이론을 프리스톤의 프리에너지와 결합시키려고 엄청 몸부림치면서 찾았다. 프리스톤이 바로셀로나에 강연을 왔는데, 갔더니 강연이 끝나고 술자리 갔더니 강연 들은 전문가들이 혼란에 빠졌다. 두 번째 지중해 섬에 가서 둘이 만났는데, 전 인류에게 내 놓을 새로운 모델을 모색하였다. 아닐 세스가 얘기하는 ‘감각예측오류’가 프리스톤이 얘기하는 ‘프리 에너지’와 같다는 것이 핵심이다. 아닐 세스의 ‘동물기계이론’ 및 ‘제어된 환각’과 프리에너지 이론을 결합하는 것이 <Being you> 책의 주제이다.

<On task>는 우리가 상상을 실현시키는 과정이 왜 가능한가를 원리적으로 설명하고 있다. 그 위의 이론인 Markov blanket과 빅뱅이론하고 만날 수밖에 없는 것이 이런 구조 때문이다. 우리가 느끼는 현재라는 것이 Time domain상의 Markov blanket이다. Markov blanket은 Markov chain에서 왔다. 나를 확률변수로 보면 바로 전에 영향을 받는다는 것이 Markov chain이다. 형사들이 범인을 추적할 때 가장 확률적으로 범인과 링크 된 것이 ‘범인이 1주일 전에 무엇을 했는가?’이지 친구나 가족이 아니다. 우리의 현재가 Markov blanket이라는 결정적 증거이다.

하이라키가 있기에 공간상 전개와 시간상 전개가 펼쳐진다. 작업기억이 용량이 제한적이라는 축복 때문에 생겼다. 위대한 작품들은 마감시간 때문에 만들어졌다. 작업기억 용량한계로 다 처리할 수 없어 마디점만 추출한다. 마디점이 맥락이다. 마디점이 많으면 마디점이 다음 마디점을 불러오게 하는 것, 즉 맥락이 다음 맥락을 불러오게 하는 것이 하이라키이다. 이제 하이라키 구조를 그릴 수 있다. 위계적 구조는 계속 진행된다. 분기점이 맥락이다. 분기점만 갖고 오면 된다. 분기점 위치와 높이가 다른데, 높이가 다른 것을 포텐셜이라고 한다.

포텐셜이 높은 사람이 VIP이다. 그런가하면 신속하게 잘 움직이는 카이네틱 에너지가 큰 사람이 있다. “우주는 포텐셜 에너지와 카이네틱 에너지의 차이가 최소화 되는 쪽으로 움직인다”는 것이 라그랑지안, 해밀턴 원리이다. L(라그랑지안)=T(kinetic energy)-V(potential energy)이다. 프리스톤이 라그랑지안 개념을 가지고 프리에너지 개념을 만들었다. 라그랑지안은 자연이 최소화되는 쪽으로 움직인다는 것이고 라그랑지안의 궤적이 된다. 프리에너지의 시간적 평균이 엔트로피와 같다. 프리에너지, 즉 엔트로피가 최소로 가는 것이 생명이다. 프리에너지는 프리스톤이 만들어낸 것이다. 열역학에서 나오는 말이 아니다. 어떻게 만들었는가? 논문에 “살아있는 생명시스템에 대해서 게이지 이론에서 쓰는 라그랑지안을 제안한다“고 나온다. 생물학의 라그랑지안은 미묘하게 움직여하는데, Free energy principle이 된다. 라그랑지안은 작용(S)이 된다. δS=0 이야기의 생물학 버전이다.

하이라키를 분리하면 맥락이 되고, 맥락은 Context이다. Con-은 ‘함께 한다’는 것이다. 맥락은 함께 하는 점이고, 맥락과 맥락 사이의 선이 나레티브이다. 첫 번째 맥락을 추출하고, 두 번째는 규칙을 추출하는데, 맥락과 맥락 사이 확률적으로 연결된 가지들이 나오는데, 가지들이 어떤 식으로 나가는가가 ‘규칙’이고 자연의 구조이다. 랜덤한 곳은 규칙이 너무 많다. 그러나 맥락을 추출한 곳은 규칙이 많지 않다, 그래서 우리 브레인이 가지고 있는 규칙은 몇 가지 안 되는데, 그것이 causality이다. “착하게 살아라. 그러면 좋은 소리 듣는다”라고 하는 속담들의 집합이다.

궁극적으론 골방에 박혀있던 시인이 갑자기 봄바람 핑계되고 뭘 하고 싶어졌다. “살아야 겠다”가 목적이고 Task이다. 나레티브 메모리에서 워킹 메모리로 바뀐다. 나레티브 메모리는 대책없이 속닥거리는 것이다. 속닥거림이 언젠가는 워킹 메모리, 작동하는, 맥락과 규칙과 목적을 통해 만들어내는 메모리가 된다. 목적을 가지고 있는 것이 task이다. 워킹메모리가 가지고 있는 것이 ‘맥락, 규칙, 목적’이다. 이것은 바깥에 있는 자연의 Causality를 따라가야 한다. 따라가지 않으면 중국에서 고상하게 “역천자는 망한다”고 표현한다. 이때 하늘(天)은 맥락, 규칙, 목적이다. 그것을 자연의 인과적 구조라고 한다. 왜 망할까? 자연이 안 줘서 망한다. 우리는 자연에서 에너지를 얻어서 형상이 되기 때문이다.

말은 좋은데, 어떻게 해서 이렇게 가게 되는가? 바로 ‘스위칭’이다. 그것도 temporal, spatial 다단계 멀티 스위칭이다. <이보디보, Evo-devo>에서는 유전자가 ‘스위칭 박스’라고 하였다. 아름답다. 지금까지 원리적으로 설정해 놓은 것이 이렇게 된다는 것을 보여주려면 손, 발이 해 주어야 한다. 그것이 운동-gating이다. 6억년 동안 진화되어 왔다. 비용 다 지불했다. 우리가 상상하는 것이 실현되는 것이 어느 날 갑자기 되지 않는다. 이어령 선생님 남긴 말씀에 “눈물은 지층에 화석을 남기지 않는다.”고 하였다.

나레티브가 구조화시키고 나면 step by step으로 달성한다. 가장 쉬운 것부터 먼저 한다. 하이라키이다. 처음에 어떤 하이라키 가지를 선택하면 해당되는 DLPFC의 피라밋 뉴런을 activation시켜 PM(premotor)으로 내려오고, 다음으로 Striatum으로 내려온다. TH(thalamus)와 DLPFC는 서로 악수를 하면서 브레인 발생 때부터 회로를 만들고 있다. 다단계로 올라가는 선택과 스톱의 스위치를 바꾸어 주어야 하는데, 그러려면 TH 기본모드가 항상 닫아져 있아야 한다. 그 전에 선택 안 된 것은 TH가 문을 닫아 놓았기 때문이다.

선택을 하려면 TH가 문을 열어주어야 한다. 브레이크를 해제하는 신호가 PM에서 오고, 브레이크를 해제하는 것도 브레이크이다. 억제의 억제가 탈억제가 된다. GPi(internal globus pallidus)가 TH를 항상 억제하고 있는데, striatum이 GPi를 억제하면 TH는 탈억제가 된다. 이것이 striatum의 직접경로(direct pathway)이고 Go signal이다. 선택되었다는 말은 그 전에 선택되지 않았다는 것이고, TH를 끊어놓기 위해 GPi가 브레이크를 밟고 있다가, 선택이 되면 striatim이 GPi의 브레이크를 밟아서 TH를 열어준다.

Striatum에서 Go와 No go는 동시에 일어난다. 2개가 합쳐져서 투표를 한다. 봄바람 부니 거제도 갈 건가 안 갈 건가를 투표를 한다. 또한 시간종속이다. 그 전에 봄바람 불어서 가서 좋았으면 투표성향이 달라진다. 도파민 시스템의 영향을 받고, 보상학습과 링크가 되어 역사적이 된다.

No go signal은 Striatum에서 GPe(external globus pallidus)로 가서 억제하면, GPe가 GPi를 억제하는 것이 풀린다. 그러면 GPi가 TH를 억제한다. 이러한 motor gating을 ‘선택적 gating’이라고 한다.

이렇게 다단계로 된 것을 스위치(gating)라고 한다. 이것이 워킹메모리에서 하이라키로 되어 있다. 뭘 선택했는가? 운동을 선택했다. Motor gating이다. 워킹메모리가 motor gating을 훔쳐와서 운동조절에서 기억조절로 진화되어 왔다.

갑자기 위험한 상황이 발어지면 전면적으로 스톱하는데, 그것이 hyper-direct gating, 급브레이크이다. VLPFC와 DMPFC에서 Glutamate가 나와서 STN(subthalamic nucleus)으로 가고 STN에서 GPi를 흥분시킨다. GPi가 TH를 억제하고 있는데, 더 흥분을 시키니 맹렬하게 더 브레이크를 밟게 한다. ‘전면적 gating’이다.

장기기억(LTM, long term memory)은 narrative memory(일화기억)로 연합피질(associated cortex)에 있다. 청각과 체감각의 연합피질은 PCC로 들어가고 PCC에서 DLPFC로 올라간다. ATL(anterior temporal lobe)은 사회적 상징과 관계된다. 연합피질에서 ATL을 거쳐 IPL(inferior parietal lobe), 구체적으로 SMG(supramarginal gyrus), AG(angular gyrus)로 가서 제스츄어, 상징을 연결한다. 다음으로 SPL(superior parietal lobe)로 가는데, SPL에서는 DLPFC로 연합감각을 계속 보내주고, IPL에서는 상징화한 정보를 DLPFC로 보내준다. 장기기억을 올려보내는 것을 출력 gating이라고 한다.

‘나레티브 메모리’가 어떻게 ‘워킹 메모리’로 바뀌는가? 바로 motor의 선택적 gating 기능을 진화적으로 흉내냈다. 즉 Overlap 되었다는 것이다. 전전두엽(PFC)이 진화적으로 불거지면서 PFC의 rostral 부분과 caudal 부분이 기능적으로 기울기(gradient)를 형성한다.

#2

두 번째 <On task>에서 중요하게 다르는 것이 ‘working memory gating’이다. ‘working memory gating’이 진화적으로 ‘episodic narrative future thoughts’, 이것이 상상인데, 상상을 행동으로 달성하였다. 그 행동이 바로 ‘constructive behavior(구성적 행동)’이다. 구성적 행동으로 가기 전에 먼저 행동이 sequence로 나열되어야 한다. sequence에서 node points가 modularity를 형성하면 구성적 사고로 바뀔 수 있다. 그러면 뭐든지 가능해진다. PFC에서 맥락, 규칙, 목적을 상당한 기간 동안 유지를 할 수 있다. 전문가 되려면 최소 10년간 공부해야 한다. 그만큼 오랫동안 브레인에서 목적을 유지해야 한다. 기억을 불러 오는데 비용을 줄여야 한다. ‘비용의 최소화, 이득의 극대화’를 10년간 밀어붙이면 아인슈타인의 중력장방정식도 나올 수 있는데, 대부분 우리는 이것을 못 붙잡는다.

Working memory의 gating이 진화하여 ‘맥락, 규칙, 목적’만 갖고 있는다. 왜냐하면 용량이 적어서이다. 어떻게 달성하느냐? 입력 gating을 해서 출력 gating을 하는 것인데, temporally 다단계로 상상을 초월할 정도로 진화되었다. 입력 gating의 스위치를 close하면, stable해진다. 목적을 갖고 있는데 안정성이 올라간다. 오픈하면 유연성이 올라간다. 안정성도 높고, 유연성도 높은 상태가 가능한가? 안정성은 ‘브레이크’, 유연성은 ‘액셀레이터’로 스포츠카가 있다. 출력 gating을 close하면 기다리는 것이다. 이것 잘 해야 한다. 사람들이 잘 못하는 것이다.

기다림이 있어야 한다. 또 계속 기다리면 안 된다. 스위칭이다. 왜 사람들이 사기당하는가? 스위칭의 타이밍을 놓쳐서이다. 내가 상대방에게 이득을 얻는 maximum point가 지났는데도 계속 붙잡고 있기 때문이다. 게임으로 보면 명확하다. 내가 이 사람에게 이득의 maximum point가 지난 것을 감지 못하고 계속 매달린다. 한 수 높게 보면 다음 하이라키에서 통할 수도 있다. 메디치가의 조반니 메디치(Giovanni di Bicci de' Medici,1360-1429)가 그러하였다. 교황을 만들어 주었는데, 교황 동생이 해적임이 밝혀져 교황에서 쫒겨났다. 그런데도 메디치는 파문당한 이 교황을 끝까지 후원했다. “이런 멍청한 사람 있나?” 했는데, 두 번째 교황 된 사람이 “쫒겨난 사람도 보살펴 주는 저런 사람이면 믿을 수 있겠구나” 하여, 로마교황청의 어마어마한 금고를 메디치에게 맡겨서 메디치가가 시작되었다. 이 개념이 B of B이다. Markov blanket이 다단계로 되어 있다는 것이다. 여기서는 멍청해 보여도 그 다음 단계에서는 대단한 수가 된다. 그것을 패러디하여 “젊은이여 어리석어라”고 연설한 사람이 스티브 잡스이다. 요 단계애서는 손해 보는 것 같지만 다음 단계 막에서는 꽃이 필 거라는 것이다. 네이쳐는 B of B로 되어 있다. 무한대는 아니고, 세포, 조직, 기관, 개체, 사회 정도이다. 기다림은 묘수이다 상황이 안 맞으면 기다리라는 것이다.

출력이 open하면 맥락을 탄 행동이 나온다. 맥락이 맥락을 불러오는 행동을 하기에 그런 사람을 sensitive, 총명하다고 한다. 기다림을 갖고 시절인연이 왔을 때 즉각 행동하라는 것이다. 그것을 “군자는 표변한다(君子豹變)”고 한다. <주역> 효사에 나오는 말로 표범의 무늬가 계절마다 바뀐다는 것으로 때가 되면 확 일어나라는 것이다. 물이 오면 노를 저으라는 것이다. 상황이 왔는데 머뭇거리지 말라는 것이다. 이것이 오프게이팅 특징이다. 맥락이 맥락을 불러와 상황이 맞다고 하면 전면적으로 작동한다. 바로 ‘맥락 행동’이 나온다. 하이라키적인 맥락을 그대로 행동으로 옮기면 처음의 뜬구름 같은 생각도 달성하게 되어 있다. 다단계 워킹메모리의 게이팅에 의해서 현실 가능한 맥락의 연결이 되어 뭐든지 할 수 있다.

입력 게이팅에서의 특징은 ‘유연’과 ‘안정’이 상반개념인데, 레벨이 있어 더 높은 레벨에서 상반될 수 있다. 두 가지를 다 최대로 할 수 있는데, 스포츠카 생각하면 된다. 인간이 만든 고급차는 속도도 굉장히 빠르고, 스톱이 잘 되어 안전하다는 것이다. VLPFC와 DMPFC에서 상황이 위험하면 전면적 브레이크를 밟는다. 6억년 동안 진화되어 왔기에 이 놀라운 운동게이팅을 생각의 게이팅으로 바꾸었다는 이야기이다. 이것을 가능하게 해 주는 것이 도파민 시스템이다. 도파민이 PFC로 가면 안정성을 극대화하고, 선조체로 가면 유연성을 극대화시켜 준다. 이것이 잘 안되면 파킨슨병이다. 제로섬 게임이 아니고, 두 개 다 높은 단계로 올릴 수 있다. 그래서 우리는 꿈같은 달나라 가는 것도 해결했다. 인류에게 마지막 남은 ‘안 죽는 것, 영원히 사는 것’까지도 이 게이팅으로 가능하다고 본다.

입력 게이팅에서 들어올 때 워킹메모리가 문을 열어주어 즉시 대령한 것처럼 느껴진다. 생각에 빠져 있으면 증명할 기억을 찾는데, 무지하게 공부를 많이 해 놓으면 연결되는 것은 하루 만에 된다. 연합피질에서 기억을 올려 보낼 때 함부로 올려 보내지 않는다. 내가 쓰일 목적의 기억만 불러오다. 왜냐하면 맥락, 규칙, 목적이 들어있는 워킹메모리가 불러오기 때문이다. 자기가 쓸 것만 불러 온다.

우리가 보는 것은 우리를 드러내지만, 우리가 보지 않는 것이 나를 만들어 낸다. 도박 하겠다는 사람은 보면 안다. 더 중요한 것은 보지 않기로 한 것이다. 지금 내가 하고 있는 것은 누구든 보면 안다. 그것은 나를 드러낼 뿐이지, 내가 누군가는 오히려 내가 안 한 것, 내가 안 본 것이 나의 형태를 만들어낸다. 대단한 이야기이다. 이런 강의를 듣는 사람이 연말에 직장동료 만나 부어라 마셔라 하면 힘들어 1시간 못 버틴다. 내가 하지 않기로 한 것은 내가 못한다. 나의 정의는 내가 하지 않기로 한 것이다. 왜 그렇게 됐는가는 워킹메모리의 게이팅에 들어있다. 맥락, 규칙, 목적이 불러왔기 때문이다. 맥락, 규칙, 목적이 다른 사람은 다른 것을 불러온다. 다른 세계에 살고 유유상종이 된다.

프리스톤(karl john friston, 1952~)의 2018년 논문에 나오는 몇 문장을 적어본다.

첫 번째 문장은 “Free energy proposed as Lagrangian of gauge theory for living system”이다. Lagrangian(L)은 운동에너지(T)-위치에너지(V)이고, 4차원 시공에 대해서 L을 적분한 것이 action(S)이고, action을 다룬 것이 입자물리학이다. 자연의 모든 법칙은 action을 최소화(δS=0)하는 것이라는 것이 해밀턴원리(Hamiltonian principle)이다. 그래서 입자물리학이 출현했다. 이것을 프리스톤이 생물학에 적용해 보겠다는 것인데, 입자물리학의 라그랑지안에 해당되는 어떤 파라미터를 ‘프리에너지’로 제안한다는 것이다.

두 번째는 “The hierarchial nesting of Markov blanket instantiates Darwinian dynamics” 이다. 이 문장 하나로 생물학을 정복해 버렸다. 천만 종에 해당하는 생물이 왜 출현했는가를 이 문장이 담고 있다. 다윈의 메커니즘을 instatiate 했기에 현물이 나온 것이 생물이다. 생물이 어떻게 나오는가? Markov blanket이 위계적으로 둥지를 만들었기 때문이다. 세포를 싸는 것도 Markov blanket, 세포가 모여서 간이 된 것을 싸는 보자기도 Markov blanket, 전체를 싸는 막도 Markov blanket이다. 속에 속에 속이 있는 구조로 되어 있다. 이것이 위계적 둥지이다. Markov blanket은 확률의 막인데, 확률이 물질로 나투어지는 것이 다윈 메커니즘의 instantiate이다. 이 문장에 전율을 하였다.

세 번째는 브레인을 설명한다. “Brain is phenotypic transcription of causal structure in its environment” 그래서 당연히 브레인은 나를 둘러 싼 자연의 인과적 구조를 따라간다. 이 세 문장으로 생물학은 끝났다. 인지과학까지 다 담았다. 이 세 문장 속에 우주론에서부터 세포, 인지작용까지 Markov blanket의 역동성으로 nesting한다.

#3

논문에 있는 엄밀한 도표를 그린다. PFC(prefrontal cortex)가 엄청 크다. PFC는 안쪽으로 DMPFC, MPFC, VMPFC,라고 나누고, 바깥쪽은 M1과 PM 빼고 전체가 다 PFC이다. 언어를 할 때는 아래를 Inferior PFC라고 한다. 브레인 앞쪽 면적의 60%에 해당된다. 구조를 먼저 그린다. 구조는 사물로 되어 있다. 항상 공간적 구조에 민감해야 한다. Sensory cortex, sensory system, AI(anterior insula), Autonomic system, motor cortex, motor system을 사각형으로 그린다.

PFC에서 sensory cortex를 거쳐 sensory system으로 탑-다운 시그널이 내려오고, 다시 바텀-업으로 올라간다. 위에서 내려오는 신호를 exteroceptive prediction이고, 하향예측신호이다. 위로 올라가는 신호가 prediction error이다. PFC에 있는 것은 기억으로 된 불변표상으로 이데아에 가까운 것으로 에러를 가지고 있지 않다. 내려오면서 에러를 갖고 있지 않지만 값이 바뀌어진다. sensory system에서 올라가는 것은 감각기관에서 만들어가는 과정이기에 항상 에러를 가지고 있다. 그래서 하향예측과 속닥거려서 수정을 한다. 두 에러가 0되는 포인트를 향해 끝까지 간다. 아닐 세스가 평생 밀어 붙이는 것이 그것이 바로 프리스톤의 프리에너지가 아닐까하는 이야기를 계속 한다. 이론적으로 거의 같다는 것으로 합의를 본다. 같아지면 거대한 이론과 링크가 된다.

PE(prediction error) 신호가 PFC까지 올라가면 PFC에서 내려보낸 사각형이 감각으로 올라오는 삼각형과 서로 에러를 수정해서 삼각형 비슷하게 바뀌고, 그 바뀐 신호가 다시 내려간다. 이것이 순환과정이다. 그림으로 명확하게 바꾸어 놓기는 어렵다. 고정되지 않고 끊임없이 바뀌는데, 자연을 따라가야 한다. 자연을 가장 잘 따라가 주면 놀람반응, 엔트로피가 미니멈이 된다.

exteroceptive prediction은 시각, 청각이다. 바깥에서 오는 감각이다. 내장의 맵을 가지고 있는 Anterior insula에서 내려오는 것은 enteroceptive prediction이다. 외부 뿐 아니라 내부도 예측하고 에러를 줄이는 과정이다. 내부에 오는 감각을 느낌이라고 한다. 사회적 개념으로 덮어 씌운 것이 감정이다. 이론이 다 통합된다. 동일하다. 예측일 뿐이다. 예측을 끝까지 하여 에러를 줄이고 나면 우리는 확신을 한다. 그것이 self-evidence로 ‘자기 구성적 세계’가 출현한다. 에러가 줄어드는 사건은 항상 일어나고 확률이 1에 가까우니 놀라워하지 않는다. 물고기가 언제 놀라워하지 않는가? 물속에 있을 때이다. 언제 놀라워하는가? 물 밖으로 나올 때이다. 물 밖의 물고기는 드물다. 놀라움을 미니멈 시키는 막이 떠한 Markov blanket이다. 전부 연결되어 있다. 우주에서부터 세포까지 한꺼번에 설명하는 이론을 드디어 2022년에 박자세에서 소개한다.

운동도 에러를 최소화하는 과정이다. 탑-다운으로 고정불변한 신호가 내려오는데, 이 신호도 한 바퀴 돌고 나면 변한다. 바깥에 있는 세계의 인과적 구조를 완전히 엔코딩하는 상태까지 돌아간다. 돌아갈 때 까지는 조잘댄다. 나레티브가 끝날 때, 더 이상 조잘대지 않고 “이것이 뭐지?” 묻지 않는 상태가 확증된다. 확증이 설명하는 행위가 증명하는 행위가 되는 것이다. 더 이상 설명할 필요가 없는 것이 확증이다. Self-evident한 시스템은 반드시 autopoiesis(자기생성)적 능력을 갖게 된다.

모든 이론이 에러를 미니멈하면 된다는 것이다. 그때 놀람반응이 스톱하고 물속의 물고기가 된다. 그것을 <Being you>에서 아름다운 문장으로 “모든 유기체는 그 자신이 자연의 causality를 코딩한 모델을 갖고 있거나, 그 유기체가 모델이 되어야 한다. 그러면 그 모델은 생성력을 갖게 되고, 생성력이 예측을 투사하고, 예측을 많이 하면 할수록 우리는 실체감이 강해지고, 실체감이 강해진 것이 궁극적으로 사물이 된다.”고 하였다. 사물하고 셀프가 그렇게 생성된다.

motor cortex에서 내려오는 신호가 고유감각예측(proprioceptive prediction)이다. 모든 감각은 내외부 상관없이 exteroceptive, enteroceptive, proprioceptive 3가지로 되어있다. 아름답다. 고유감각도 예측을 투사하는데 PFC에서 내려오는 원형과의 차이를 끊임없이 줄여가는 과정이다. 원형도 계속 바뀌어야 한다. 바깥에 있는 causality를 가장 잘 엔코딩하는 상태까지 계속 돌아간다는 것을 <Being you>에서 “우리 감각입력의 에러를 최소화 한다”고 하고, 그것이 ‘프리에너지를 최소화 한다’는 프리에너지 원리의 생물학 버전이다. 프리에너지를 최소화 하기에 엔트로피가 최소가 되고, 그것이 생명이고, 엔트로피가 최소가 되는 과정이 라그랑지안이고, 라그랑지안의 액션이 최소화되는 ‘최소작용의 법칙’ 해밀턴 원리와 만나게 된다는 이야기이다.

#4

박문호의 가장 기본이론은 대칭이다. 그 속에 이론이 다 있다. 약자로 구조화된 것을 보여준다. ‘S-M-S’로 대칭(symmetry)과 모듈(module)과 순서화(sequence)이다. 두 번째는 올해 제시하는 것으로 BoB(blanket of blanket)이다. 세 번째는 I-N-S(icon index symbol)이다. 구체적 실행파일은 T-S-P(testing searching play)로 자신의 가설을 테스팅하고 맞는지 밖에 가서 서칭을 하고, 이것을 10년을 해야 하는데, 힘들다. 그래서 놀이로 즐기라고 한다. 놀이는 에너지가 안 든다.

<Being you>를 모델링하면 FMPS, DELL이다. FMPS는 free energy, markov, prediction, self이다 여기에 책 한권을 담아본다. 간단한 사각형 4개를 그려서 심볼로 만든다. 기억할 것조차 없는 상태까지 되어야 대칭원리의 파워풀함을 알게 된다.

F를 구성하는 4가지 특징은 첫째 minimize로 sensory prediction error는 free energy로 정의할 수 있다. 둘째 principle로 δS->0로 가야 한다. 셋째 free energy를 다르게 보면 ‘probability of belief’이다. 내가 그렇게 믿고 싶어하는 믿음의 확률로 베이지안 이론(Bayesian Theory)과 만난다. 넷째는 프리에너지의 시간적 평균값이 엔트로피가 된다.

베이지안 이론에 끊임없이 나오는 “믿음의 값을 바꾼다”가 피부에 와 닿지 않는데, 이쪽에서 보면 명확해진다. 우리 브레인은 자연의 인과를 전사한 기계이다. 자연에서 인과구조를 찾아내야 하는데, 자연에서 원인은 항상 가려져 있다. 가려져 있는 것을 추측으로 찾아낸다. 우리말에 “내 그럴 줄 알았어”, “역시!”가 그러하다. ‘역시!’가 아닐 때는 “아니?”이다. “내 그렇게 될 줄 알았는데, 아니?” 한다. 이런 과정이 매순간 일어난다. 표범가죽을 입은 사람의 손톱은 어떨 것이라는 것이 0.1초만에 계산되어 나온다. 찰나적으로 본다. 정신작용은 1초 이내로 일어난다. 모든 깨어 있는 순간이 이것으로 점철되어 있음을 깨달을 때 브레인이 예측머신이라는 것을 알게 된다. 표범가죽을 입은 사람의 손에 대한 가정이 틀리면, “아니?”하며 놀란다. 내가 매일 놀라면 살아갈 수 없다. 물 밖에 나온 물고기는 퍼득거리다가 죽는다. 그것을 엔트로피가 높다고 한다. 살아간다는 말은 “당연히 그럴 줄 알았어”, “역시!”하는 확률이 1인 사건이다. 확률이 1인 사건을 찾아가는 과정이다. 확률이 1인 사건일 때 우리 에너지 소비가 가장 낮추어진다. 이것을 살아있다고 한다. 매순간 이쪽 공부는 섬세해야 된다.

표범가죽을 입은 사람의 손이 어떠할 거라고 믿었다. 90%는 맞지만 항상 맞지 않을 수 있다. 그것이 깨지고 깨지다 보면 임계치가 있어 예측모델이 바뀐다. 이때 추론은 회귀적으로 반복된다. 바꾸어진 모델이 확립이 되면 그때 멈춘다. 이것을 설명과 증명의 순환과정이고, 이것이 나레티브이다. 우리 정신은 끊임없이 설명하고, 설명의 답을 찾는다. 설명이 그렇게 믿었던 것이 그대로 나타나면 그 때 스톱한다. 놀람반응이 없어 안 따라간다. 그것이 습관반응이다. 프리에너지가 그 사람의 믿음에 대한 확률값이고, 놀람반응은 믿음이 깨어졌을 때이고, 우리가 살아간다는 것은 프리에너지를 줄여야 한다. 프리에너지 원칙은 자연은 놀람반응을 항상 줄이는 쪽으로 간다는 것이다. δS->0으로 간다는 것은 자연의 인과가 내부상태의 인과와 동일해졌다는 것이다. 그것이 phenotypic transcription을 했다는 말이다.

베이지안 공식은 확률(p)을 찾는데, 구하기 어려운 값을 내가 잘 아는 값을 조합을 해서 나온다. 내가 열이 나서 병원에 가면 의사가 이 환자가 무엇 때문에 열이 났는지를 맞추어야 한다. 열이 난 것은 결과이다. 보이는 결과를 V(visual)라고 하고, 그 숨은 원인 h(hidden)을 찾아내야 한다. 완전히 감추어져 있으면 이 시스템은 독립된다. 그러면 두 확률을 곱해주어야 하기에 계산량이 굉장히 많다. 그러면 자연 따로 생명 따로 논다. 그런데 분리되어 있기는 한데, 조건부로 연결될 수가 있다. ‘Conditional independence’라고 한다. 그래서 조건별로 해주면, 모르는 원인이 주어지면 그 결과를 알 수 있다 그 원인을 ‘사전확률(prior probability)’이라고 한다. 사전확률 P(v/h)는 금방 계산이 되는데, 이것을 가지고 “내 그럴 줄 알았다”고 한다. 여기에 그 사건 말고 많은 사건을 본 지식은 원인에서 왔기에 P(h)는 ‘가능도(likelihood)’라고 한다. 이 두곱 P(v/h)*P(h)은 계산할 수 있다. 그래서 “P(h/v)=P(v/h)*P(h)” 베이지안 공식이라고 한다. P(h/v)는 그런 것 같은데, “역시”이다. 역시는 나중에 일어나는 ‘사후확률’이다. 인간이 못하는 것은 사후확률을 계산하는 것이다. ‘역시’가 깨질 때가 많다. 함부로 ‘역시’하면 안 된다. 우리가 궁극적으로 아는 것은 사후확률이 내가 학습한 것을 따라가 주면 된다. 그런데 사전확률이 바뀐다. 그대로 따라가려면 사전확률을 1로 두면 된다. 그러면 가능도는 항상 사후확률을 따라간다. 이 말이 바로 “자연의 인과구조를 표현형으로 전사했다”는 것이다.

일어난 결과(사후확률)는 일어나 봐야 아는데, 미리 계산해 보자면, 사전확률에 지금까지 내가 학습한 자연의 인과법칙을 곱한다. 그런데 사전확률이 1이 되면, 우리가 생각하는 모든 것이 인과법칙으로 따라간다. ‘지천명’했다는 사람은 그렇게 된다. 이 사람은 뭘 해도 에러가 안 생긴다. 자연의 인과가 이 사람 브레인 속에 100% 탑재되었기 때문이다. 보통은 안 그렇다. 1보다 적은 값이다. 확률이 1보다 적어지면 점점 일어나기 어렵다. 일어나기 어려운 사건을 보면 놀라워한다. 놀람반응과 연결된다. 우리의 사후확률을 항상 그대로 잘 따라가는 경우는 사전확률이 1이다. 사전확률이 1이라는 것은 항상 일어난다는 것이고, 항상 일어나는 환경에 살면 편안해진다. 그것을 nesting이라고 한다. nesting을 벗어나면, 물고기가 물을 벗어나면 죽는다. 대단한 이론이다. 엔트로피와 확률은 반대로 간다.

M은 첫째 자연은 BoB로, 하이라키적 구조로 되어 있다. 둘째 chain에서 왔고, 셋째 blanket이다. “Every ergodic systems possess ergodic Markov blanket”이다. ergodic을 이해하려면, 당구대에 당구공이 ‘등속탄성충돌’한다면 영원히 놓아두면 당구대에 있는 모든 점을 당구공이 반드시 통과한다는 가설이다 실재로도 증명이 되었다. 이것을 수학으로 바꾸면 위상공간이다. 모든 선을 통과하면 면이 되는데, 그것이 Markov blanket이다. 모든 살아있는 존재는 Markov blanket으로 shielding되어 있다. 완벽한 쉴딩이 아니고 확률적 구멍이 나 있는데, conditional independent하다. 그래서 조건부 확률을 구한다. 이것이 이온채널이다.

이것을 열역학 하는 사람들이 다른 말로 “어떤 일의 시간적 평균<T>은 공간적 평균<S>으로 수렴한다.”고 한다. Temporal로 보면 Markov blanket이 현재이다. ‘나’라는 세포 전체는 몇 초전 세포와 바로 연결되어 있는데, 그 경계가 현재이다.

Markov chain은 간단하다. 노드점이 있다면 두 개씩 갈라진다. Internal state에 직접 영향을 끼치는 포인트를 떼어 내면, 그 면이 Markov blanket이다. 직접 영향을 안 주는 포인트를 external state라고 한다. Blanket은 폐곡선이 아니고 조건부로 열린다.

세포막은 연결되어 있으며 뚫려있지 않다. 바깥에서 영양물질이 세포막 사이로 들어와서 세포 속에 또 다른 Markov blanket으로 되어 있는 핵이 있는데, 여기서 새로운 단백질을 만들어서 바깥으로 내 보낼 수 있고(exocytosis), 또 뚫린 세포막에 공급해줄 수 있다. 자체로 만들어지는 것을 autopoiesis(자기생성)라고 하는데, 정의가 “make oneself from within”이다. 세포막이 blanket인데, blanket을 갖고 있는 어떤 존재도 autopoiesis를 할 수 있다. 생명은 이 과정을 통해 자발적으로 나올 수 있다는 것이다. 우리 세포는 안 좋은 물질은 방출하고 중요한 물질은 받아들이고, 받아들인 물질은 변형해서 내 것으로 다시 집어넣는다는 것이다. 그러면 막이 안 끊어진다. 스스로 자동적으로 생명현상을 유지할 수 있다는 것이다. 이것이 모여서 브레인이 된다. 브레인은 Belief propagation을 통해 생명을 유지하는 핵심기관이다.

P는 첫째, 하향 prediction의 내용이 ‘의식’이다. 둘째, 지각의 현상성이 곧 ‘사물성’이다. 우리는 ‘사물’을 보는 것이 아니고 ‘사물성’을 보는 것이다. 셋째, 예측생성이 ‘발견을 위한 예측’과 ‘제어를 위한 예측’이 있는데, 예측생성률이 올라갈수록 사물성이 올라간다. 동일한 사물도 사람마다 사물성이 다르다. 나한테 골프채 아무리 좋은 것 갖다 주어 봤자 나는 골프를 안 하니 쓸모없다. 골프 좋아하는 사람은 “와”한다. 골프 좋아하는 사람은 골프채를 통해 엄청나게 많은 예측이 투사가 된다는 것이다. 우리가 알고 있는 사물성은 전적으로 예측의 풍부도에 비례한다.

S는 오히려 간단하다. 첫째, 출발은 ‘신체자아’이다. 어릴 때와 나이가 들수록 힘을 발휘하는 것은 지식이 아니라 신체자아이다. 대소변 가리기 힘들어보라. 둘째는 압도적으로 많은 것이 ‘사회적 자아’이다. 셋째는 ‘의지적 자아’이다. 도파민 시스템과 링크되어 우리를 드라이빙한다. 넷째는 서사적 자아이다. 이때 서사는 나레티브이다. 우리는 끊임없이 나레티브한다. 언제 끝나는가? 설명이 곧 증명이 될 때이다. 서술과 증명의 순환이 일어난다. recursive inference이다. 종료될 때를 ‘self-evident’라고 한다. 자명하다고 한다. “역시, 그럴 줄 알았어”라고 한다. 그러면 조잘거림이 사라진다. 이것이 왜 중요한가? 나는 바깥에 있는 어떤 거를 설명하려고 계속 노력한다. 그것이 끝나면 자명해진다. self-evident 하기에 우리에게 세계가 구체적으로 리얼하게 다가온다. 우리가 보는 세계는 왜 이렇게 자명할까? 그냥 된 것이 아니다. 서술과 증명의 무한에 가까운 수렴과정에서 증명을 찾아내면 명확하고 확신이 선다. 우리가 보는 모든 세계는 확신으로 가득찬 세계이다. 그래서 프리스톤이 우리 브레인은 ‘확증머신’이라고 한다. 확증된 두 개가 외부가 있고 내부가 있다. 외부가 사물이고, 내부가 셀프이다. 통합했다. 이것이 두 개의 수렴값이다.

Self는 프리에너지의 시간평균이다. Thing은 프리에너지의 공간평균이다. 에르고딕 가설은 시간평균이 공간평균으로 수렴한다고 했다. 그래서 두 개가 만난다. 한 값으로 수렴하는 것이 evident이다. 우리 생물학적 존재는 지금 공간상의 모든 정보를 알 수 있다면 그 값이 내가 태어나서부터 시간적 경과를 다 알 필요가 없다. 내 현재 속에 내 과거 속의 모든 정보가 다 담겨 있고, 과거정보를 추가해도 안 바뀐다. something이 nothing이 될 때 붕괴된다.

#5

응용파트로 간다. DELL을 설명한다. 우리 인간이 출현했는데, Dialogue(대화), Emotion(감정), Learning(학습), Life(생명)이다. 개인으로 돌아와서 우주론적 이론을 개인의 일상 삶에 투영시켜본다.

대화는 쉽지 않다. 대화만 잘 하면 모두 해결된다. 첫째, 이득을 생각해야 한다. 모든 대화는 이득을 얻어야 하는데, 잘 안 되는 이유가 둘째, ‘자기언급’을 해서 그렇다. 자기언급은 도파민을 건드리기에 힘을 발휘한다. 쾌감이 생겨서 자기 단점까지 얘기하고 망한다. 상대가 이득이 될 수 있게 해야 하는 것이 셋째, 호응이다. 호응에서 속기 쉬운 것이 ‘전환반응’이다. 호응은 전적으로 상대의 주제에서 벗어나면 안 된다. 가장 좋은 질문은 “어땠어?”이다. 넷째, ‘했던 말 또 하는 것’이다. “또 그 소리?” 한다. 같은 말도 같은 형식으로 하면 안 된다. 했던 말 또 하면 듣는 사람은 지루해진다. 하나도 도움이 안 된다. 내용이 몇 개 없으면 같은 내용을 다르게 표현해야 한다.

감정은 어떻게 처리해야 하는가? 첫째, 처음에 일어났을 때 알아야 한다. ‘자각’이다. 둘째, ‘말로 표현하라’는 것이다. 부부간에 많이 싸우는 이유가 “그것을 말로 해야 알아?”이다. 감정은 복잡해서 말로 해야 되는 것이다. 행동을 하니 싸우는 것이다. 말로 표현하는 것에서 ‘다미주이론’과 만난다. 인간이 점점 복잡한 갈등을 언어로 풀어서 사회화가 된다. 셋째, ‘조절’이다. 조절에서 중요한 것은 느린 호흡이다. 넷째는 ‘이름 붙이기’이다.

학습은 <울트라 러닝>을 모델링한 것이다. 첫째, ‘직접 하는 것’이다. 학습전이 때문에 그렇다. 나는 직접했는데, 여러분은 직접하지 않아서 느낌이 안 생긴다. 누구나 직접 할 수가 없다. 둘째는 압도적으로 중요한 것이 ‘인출’이다. 기억은 검색엔진으로 진화되어 왔다. 기억은 인출빈도에 적용해왔다. 생각은 필요하지만 많이 한다고 되는 것은 아니다. 결정적으로 관문을 뚫기 위해서는 조용한 시간이 필요하다. 서울 왕복하는 6시간을 잠시도 스톱 안하고 인출을 하였다. 여러분은 살아오면서 이런 시간을 가져 본 적 있는가? 여기서 게임 끝난다. 기억은 문을 여는 열쇠로 작동한다. 레코드판처럼 저장하는 것이 아니다. 기억은 인출용으로 진화되어 왔다. 인출하지 않으면 공부 안 한 것이다. 산책하면서 아무 것도 안 들고 가기에 머리 속에서 몸부림치면서 인출한다. 셋째는 ‘평가’이다. 평가는 따로 안 적어도 된다. 매번 ‘자기평가’하는 것이 인출이다. 매 순간 시험 치는 것이 인출이다. 인출은 직접하고 평가하는 유일한 행위이다. 인출 밖에 없다. 지금까지 다 인출했다. 지난 20년간 내가 한 것이 90% 인출이었다. 물론 저장을 해야 한다. 인출하려고 기억창고 열어보았는데 텅 비면 브레인이 공회전 한다. 하품하고 지루해서 못 견딘다. 넷째는 ‘초과학습’이다. 핵심적인 것은 뿌리 뽑아야 한다.

생명은 첫째, ‘자동과 구성’이다. 둘째는 ‘유연과 안정’이다. 셋째는 ‘추상과 구체’이다. 넷째는 ‘속도와 정확’이다.

#6

오늘 모든 이야기는 ‘하아아라키(위계적)’에 있다. ‘위계적 맥락구성’이다. 맥락분리가 가능해진다. 맥락이 분리 가능하기에 학습전이가 일어난다. 맥락을 분리하면 계산량이 많아져서 학습전이가 잘 안된다. 이것을 ‘차원의 저주’라고 한다. 이것을 위계적 스위칭으로 해결했다는 것이다.

#1에서 motor gating만 빼내온다. 동일하게 3개를 그려준다. 브레인이 위계적으로 되어 있어 앞으로 갈수록 추상성이 높아진다. 기능적 경사도를 가지고 있다. 앞쪽을 rostral, 뒤쪽을 caudal이라고 한다. 첫 번째는 PM에서 putamen을 거쳐 GPi, GPe로 게이팅 하고, 두 번째는 caudal PFC에서 caudate를 거쳐 게이팅하고, 세 번째는 rostral PFC에서 Caudate를 거쳐 게이팅한다. 세 번째가 고위맥락이고, 두 번째는 저위맥락이다.

맥락을 분리하면 계산량이 많아지는데, 이것을 처리하기 위해 첫 번째는 putamen에 정보를 두 번째 caudal PFC에서 주고, 두 번째는 caudate에 정보를 세 번째 rostral PFC에서 준다. 궁극적으로 motor gating이 하이라키적으로 연결되어 있기 때문에 ‘모로 가도 서울만 가면’ 된다. 그래서 인간의 지식이 범용성을 갖게 된 이유가, 운동출력을 맨 위에서부터 조절할 수 있다는 것이다.

첫 번째는 애들이 소리 지르는 것이고, 두 번째는 방안, 세 번째는 부모이다. 부모가 애들한테 방안에서 조용하라고 하면, 방안과 부모 중 부모가 고위이다. 그래서 아이들은 부모가 없으면 방안에서 떠든다. 이런 것이 우리 브레인에는 수 백 가지 모듈이 다단계로 작동한다. 모든 행위가 그렇다. 중요한 것만 하면 된다. 그것이 하이라키적이라는 것이다. 맥락을 위계적으로 구성해서 맥락을 저위, 고위로 분리하게 되면 중간단계는 융통성을 발휘할 수 있다. 이것이 인간의 위대함이다. 뭐든지 설계하고서 최적화가 가능해진다.

오늘 <Being you>와 <On task>라는 책의 90%가 끝났다.