#0

‘플랫폼’이라는 느낌을 가져라. “박자세의 모듈화”이다. 자연과학 공부를 좋아하려면 실재 양상이 어떻게 되었는가를 보고 뒤로 “억”하고 넘어져야 한다. “세상에 이럴 수가 있나!”라는 말이 나올 때 여러분들이 자연과학을 만난다. 지난 시간 플랫폼의 성상세포(astrocyte)가 어떤 양상인지 아는가? 모세혈관이 어마어마한데 성상세포의 발이 관 주위를 에워싼다. 이온채널 AQP-4(Aquaporin-4)가 브레인에서 가장 많은 부위가 성상세포의 발이다. 1만Km도 넘는 혈관의 세동맥의 사이즈를 성상세포가 조절한다. 어마어마하게 복잡한 과정이다. 다 했는데 기억이 안 날 것이다. 플랫폼이 없으면 장착이 안 된다. 인터뉴런은 방출하는 단백질로 분류한다. VIP는 28개 아미노산, SST는 14개, PA는 대략 100개이다.

가장 신비는 혈관이다. 세포 하나에 10만 개의 수염이 나 있다. 수염의 당사슬을 글리칸(glycan)이라고 한다. 히알루론산은 1만 개 정도이니 길이가 약 10μm이다. 짧은 것이 4개 단당이 붙은 것이 있다. “Gal-GlcNAc-Gal-Fucos” 가 O형이다. 혈액형의 비밀을 알게 되었다. 혈액형은 적혈구 세포에 붙은 당사슬이 다른 것이다. O형에서 3번째 Gal에 GalNAc가 붙으면 A형이고, Gal이 붙으면 B형이다. A, B 두 타입의 당사슬이 모두 붙는 것이 AB형이다. 혈액형이 뭔지 몰랐다. 처음 들었을 것이다. 반드시 알아야 할 것을 기필코 피해갔기 때문이다. 당 사슬 응용의 100개 중 1개가 혈액형으로 구체화된 것이다.

척수의 α-MN은 손가락, 발가락 끝까지 간다. 그러면 길이가 1m가 된다. 세포는 눈에 안 보이는데 세포에서 나가는 축삭은 치즈같이 찍 늘어져 1m를 나간다. 발가락 끝에서 머리까지 3개의 뉴런만 있는 경우도 있다. 슈반세포는 독립채산제이다. 1000개까지 감을 수 있다. 올리고덴드로사이트는 하나의 세포가 여러 개 선을 감는다. 그래서 하나가 고장나면 전체가 다 고장난다. 반면 슈반세포는 고장이 나도 각각이다. 말초는 재생이 되고 중추는 재생이 안되는 이유 중 일부를 알게 된다. 더 깊이 들어가면 분자적으로 다르기 때문이다.

인간은 헬스장에 6개월 하고 1개월만 쉬면 근육이 다시 되돌아가는데, 늑대나 사자는 그렇지 않다. 사자는 근육훈련하지 않는다. 가만있어도 근육이 퇴화되지 않는다. 퇴화 안되게끔 어마어마한 진화적 메커니즘이 들어가 있다. 우리는 비타민C를 못 만드는데, 포유류 중 영장류로 오는 400여종만 못 만든다. 생물학 문제를 볼 때 다음 단계로 들어가면 어마어마하게 복잡한 진화적 이야기가 알알이 박혀있다.

생물학에서 나오는 6탄당은 알도헥소스 8종(알로스, 알트로스, 글루코스, 만노스, 굴로스, 이도스, 갈락토스, 탈로스), 케토헥소스 4종(프시코스, 프락토스. 소르브스, 타가토스)이다. 그런데 자연이 만드는 6탄당은 200개이다. 자연에서 아미노산 개수는 300개인데, 생물에서는 20개만 쓴다. 이런 것을 알아야 한다. 우주적 현상과 생물학 현상이 상당히 결이 다르다. 자연의 아미노산 300개 중 20개만 생명시스템이 채택한 것이다. 왜 20개일까? 입자물리학에서 쿼크가 왜 3세대 밖에 없느냐? 가장 근본적인 질문이다. 자연은 그렇게 되어 있다. 자연이 만들 수 있는 경우의 수는 무한인데, 생명시스템은 아미노산은 20개밖에 안 쓴다. 왜 그런지는 모른다.

어쩌면 우주에 지구밖에 생명이 없을 수 있다. 섬찟하다. 일반적으로는 다른 행성에도 생명이 있을 것 같다는 것이 합리적 추론이다. 아마 그럴 것이다. 그런데 공부를 해보면 생명이라는 것에 일말의 다른 뉘앙스가 있다. 그러면 통째로 허무한 것이다. 우주에 우리밖에 없다면 모든 것이 일회성이다. 그냥 허공의 불꽃같은 것이다. 그럴 수도 있다는 것이다. 공부를 해보면 묘하다. 구지 왜 그거만 쓰는지, 입자가 왜 3세대밖에 없는지는 밝혀지지 않았다. 왜 전자스핀은 딱 2가지 값밖에 없는지? 어마어마한 이야기다. 그것이 풀리면 인류는 최초의 순간을 직접 보는 것이다. 프론티어 유튜버를 참고하라. 공부는 여러 측면을 생각해야 한다.

지난 시간은 2mm 두께의 피질을 이야기했다. 여기의 5만 개 복셀이 무엇으로 되어 있느냐? 피라밋뉴런과 10개의 인터뉴런의 정글이다. 아마존 숲이라는 개념으로 많은 것을 다시 보게 한다. 뉴런 하나의 수상돌기에 시냅스가 몇 개 일어나는가? 만 개 정도이다. 정신작용은 크리스마스 트리 1개에 만 개의 전등이다. 빨간전등이 80%, 파란전등이 20% 있는데. 1/4초 만에 ‘번쩍번쩍’거린다. 단 하나의 신경세포에 만 개의 전구가 빨강과 파랑이 번쩍거린다고 생각해보라. 소뇌의 푸키네세포에는 시냅스 20만 개가 지나가는데, 20만 개 모두 흔들어도 발화(Firing)를 할까말까이다. 그런데 Climb fiber가 올라와서 때리면 90%가 발화한다. 굉장히 복합적이다.

시냅스의 스파인(spine)은 1시간 단위로 자랐다가 사라졌다 한다. 그래서 스파인의 패턴이 생겼다 사라졌다 하면서 1주일이면 다 바뀐다. 스파인이 만난 시냅스가 기억의 실체라고 하는데, 1주일 만에 통째로 다 바뀐다면, 40-50년전 학창시절 기억 그대로 갖고 있는 것은 어떻게 된 것인가? 이것이 어려운 문제이다. 인류가 그 실체까지 본 것이다. 기억이 시냅스를 이룬다면 조합이 일주일 만에 바뀌는데, 작년에 몽골 간 것이 어떻게 기억이 나는가? 놀라운 이야기이다. 공부의 실체는 놀라와하는 것이다. 지겨우면 공부 못한다. 대학교수도 강의가 지겹다고 한다. 공부는 너무 재미있으면 지치지 않는다. 실체로 들어가 보면 안 놀라와하는 것이 놀라운 것이다. 만개가 사시나무 떨 듯하다가 일주일 만에 다 바뀌는데 어떻게 10년 전 기억이 나는가? 인류가 아직 답을 못하고 있다. 지금 어떻게 보는가 하면, “Stochastic”, “Random variable”이다. 미국대학에서는 통계확률은 전교생이 다 듣게 한다. 통계확률은 진짜 어렵다. 그쪽에는 무서운 이야기들이 많다. 완전 탄성충돌하는 당구공이 있다면 2차원 평면을 모든 당구공과 충돌하고 간다는 것이 증명이 된다. 에르고딕 가설(ergodic hypothesis)이라고 한다. 다른 말로는 “일어날 일은 일어난다”고 하는 것이다.

콘드로이틴, “아이구 무릎이야~” 하는 물질이 기억과 연결되었을 것이라고는 꿈에도 생각 못했다. C6S와 C4S의 비율이 기억의 궁극적 실체라는 것을 일부 보여준다. 그렇다고 다 설명되는 것이 아니다. 기억이라는 분야가 노벨상이 두 번 나온 어머어마한 분야이다. 브레인 대가들의 이론의 무덤이다. 전쟁터이다. 에델만은 기억의 궁극적 실체는 시냅스가 아니라고도 한다. 기억의 대부분 실체는 시냅스가 맞는데 구멍뚫린 부분을 방치하면 전체가 안 그려진다. 우주의 기원을 아는 것만큼, 기억의 실체는 인류의 궁극적인 문제이다. 그것에 대한 최신돌파구를 보여주는 것이다.

#1

오늘은 3번째 플랫폼이 나간다. 1회 때 플랫폼은 브레인을 좌우로 자른(시상면, sagital plane) 안쪽의 단면을 보여주는 것이다. 셀프는 바깥쪽에 없다. 바깥쪽은 바깥 세계상을 맵핑(Mapping)하고 운동을 내 보내는 것이다. 좌우를 벌려서 속에 있다. 속에는 셀프와 디폴트모드. 기억이 있다. 기억은 해마이다. 3번째 플랫폼이 필요한 이유는 인슐라(insula, 뇌섬)가 표현이 안 되기 때문이다. 인슐라가 어디에 있는가? 그림을 그려보면 인슐라에 대해 평생 안 잊어버릴 것이다. 인슐라를 알아야 명상이라든지, 내장과 브레인의 연결 등 좀 더 고급이론으로 들어갈 수 있다. 또한 ACC, Amygdala, Hippocampus도 나온다. 등장인물이 뻔하다. 폼이 딱 잡힌다.

브레인에서 medial은 셀프이다. Lateral은 바깥세계, 즉각적 반응이고, 순수감각, 운동 쪽이다. Ventral에 사무쳐야 한다. Ventral은 배 속이다. 속이 편해야 하는 곳이고, 웅큼하고, 시기심 있고, 경우의 수를 잘 따지고, 조심하고, 그러면서 살살 쳐들어가고, 교묘한 것 같으면서도, 고급 올라가면 다 ventral에 있다. Ventral에 대한 총체적 느낌을 가지면 인간의 행동을 입체적으로 볼 수 있다. 요즘 interoception이라는 용어를 쓴다. lateral은 exteroception이다. 바깥에 날라오는 돌멩이는 피해야 한다. Ventral은 창자, 본능, 먹이, 섹스, 갈증, 위로 올라오면 수치심, 공명심 등 사회(Social)와 연결된다. 사회와 연결이 끊어진 호모 사피엔스는 자살한다. 자살원인의 90%는 사회이다. 자살, 심리를 공부하는데 ventral을 장악하지 못하면 엉뚱한 다리 긁는 것이다. Ventral에서 위로 올라와서 눈동자 있는 OFC가 있다. ventral은 감정(emotion)이다.

오늘은 앞뒤로 자른다(관상면, coronal plane). 브레인 껍질은 초급, 좌우는 중급이라면, 앞뒤로 자르는 것은 심화과정이다. 앞뒤로 자르면 단면에는 Frontal이 안보인다. 대신 옆에 있는 인슐라 구조가 리얼하게 드러난다.

오늘 강의에서는 행동(Behavior)이라는 말이 무슨 말인지 심층구조를 이해할 것이다. 인간의 행동은 최소 3개로 구성된다. 첫 번째 운동(motor), 두 번째 변연(Limbic=affect=emotion), 세 번째 인지(Cognitive)로 비교, 예측, 추론, 판단이고 논리적 사고이다. 인지를 뇌과학에서는 목적지향성에 많이 쓴다. 실행모드(executive)가 인지와 같다. 비슷한 류와 묶는다. 이 세 가지가 동시에 맞물려 돌아가는 구조가 행동이다. 행동을 단순하게 보지마라. 행동은 이전 기억도 참조한다. 동물은 amygdala도 강하게 링크되어 있다. 행동의 원동력은 motivation이고 도파민 시스템과 링크되어 있다. 행동에서 자체로 학습이 일어난다. 행동을 아는 것은 브레인을 총체적으로 아는 것이다.

그리는데는 순서가 중요하다. 복합적 그림에는 가운데에서 바깥으로 확산되어 그려야 에러가 없다. 그래서 시상(Thalamus, TH)부터 앉힌다. 뭐든지 사각형으로 그린다. 시상과 시상 사이는 연결이 되어 있는데, 선천적으로 안 되어 있는 경우도 있다. 시상의 앞면 단면을 보여준다. 뇌궁(Fornix) 끝에 있는 유두체(mammalian body, MB)는 시상하부에 속하는데, 유두체에서 나오는 트랙이 2가지이다. 유두체도 내부구조가 있다. 다음은 유두시상로(Mammillothalamic tract)를 표시해준다. 유두시상로는 100만 다발이다. 뇌하수체(pituitary gland)는 유두체 사이에서 나온다. 송과선(Pineal gland)은 정반대 뒤쪽에 있다. 데카르트가 정신이 있다고 헛소리했다. 과학이야기는 옛날 사람 따라가면 안 된다. 최근 이야기를 따라야 한다.

이제 해마(Hippocampus, Hip)를 앉혀야 한다. 해마의 앞쪽 끝단을 그린다. 해마의 뒤쪽은 입체로 그리면 시상 뒤쪽을 돌아서 나온다. 해부학에서는 ‘stria medullaris of thalamus’라고 한다. 다음은 해마 사이가 애매한데, 연결된 부위가 있고 구멍이 뻐금뻐끔한 곳이다.

편도체(amygdala)는 해마 옆에 그려주고, STN(subthalamic nucleus)은 시상 밑에 그려준다. 파킨슨병 임플란트는 침을 STN까지 넣는다.

다음은 섬유다발인 대뇌각(Cerebral Peduncle)으로 신경축삭다발이다. 온갖 Lemniscus가 지나간다. 섬유다발이 1.4kg 대뇌를 받치고 있기에 대뇌각이라고 한다. 다음은 엄마가 아기를 업었을 때 포대기 끈을 매는 곳이다. 교뇌가로섬유(Transverse pontine fiber)로 뇌궁보다 두껍다. 소뇌의 푸키네 세포로 가서, 고유감각과 균형감각 정보를 대규모로 인출해 와서 운동피질로 올라간다.

다음은 내려와서 한가운데 선을 그어주고, 라인을 따라 내려오다가 꺽어준다. 조그만 사각형을 그리면 연수부위의 하올리브핵(inferior olivary nuclei)이다. 하올리브핵에서 가운데가 갈라지는데, nucleus gracilis, nucleus cuneatus가 갈라지는 기준점이다. 어마어마한 정보가 들어있다. 하올리브핵은 소뇌로 어마어마하게 투사를 한다. 적핵(Red n.)의 Parvo cell과 하올리브핵과 소뇌심부핵의 치아핵(dentate n.)과의 삼각형이 호모 사피엔스의 전유물이다. 선 상태의 손동작, 운전하고 피아노치고 기타치는 모든 것들은 삼각형(Triangle of Guillain and Mollaret)에서 일어난다. 적핵의 Magno cell은 포유동물의 공통이다. 사지교번운동의 메인이 Magno cell이다. 인간은 사지교번 보다 손가락 운동을 잘한다. 그것은 Parvo cell이다. 타이밍을 맞추어 주는 것은 하올리브핵에서 일어난다. 삼각형은 새로운 손동작 기술을 배우는 회로이다.

다음은 소뇌(cerebellum)를 앉힌다. 소뇌를 업은 포대기인 교뇌가로섬유 뒤에 있다. 소뇌는 피질이 두껍다. 입체처리를 한다. 소뇌 과립세포는 1000억 개로 어마어마하게 많다. 과립세포의 수상돌기를 평행섬유라고 한다. 소뇌 심부에는 치아핵(dentate n.), 꼭지핵((fastigial n.) 중간위치핵(interposed n.) 3가지 핵이 있다. 치아핵은 운동계획, 중간위치핵은 고유감각, 꼭지핵은 균형감각으로 안배가 되어 있다.

브레인을 공부해보면 기능도 단순한데 잘 와 닿지 않는 것이 꼬리핵(Caudate), 조가비핵(Putamen), 담창구(Global pallidus)이다. 이것이 선조체(striatum) 구조인데, 선조체 구조를 얼마나 장악하냐에 따라 우리 행동을 이해하는데, 선조체와 시상과 대뇌피질의 삼각관계가 어떻게 되는가가 핵심이다. 우리 행동을 물을 때 90%는 C-S-T이다. Cortex에서 출발해서 Striatum으로 glutamate성 시냅스를 하고, Striatum에서 Thalamus로 GABA성 시냅스를 하고, Thalamus에서 Cortex로 돌아가면서 끊임없이 돌아간다. 이것을 다른 말로 정신작용이라고 한다. 그래서 핵심은 선조체이다. 선조체는 공부해도 확 잡히지 않는다. 이쪽 공부는 헷갈리는 것이 문제다. 인간의 행동을 만드는데, 행동 속에 보상학습이 결합한다. 보상학습이 도파민성 컨트롤을 못하면 nigro-striatal은 파킨슨병으로 가고, nigro-cortex는 정신병으로 간다.

도파민 경로는 3가지인데, 많이 헷갈리는 부분이다. 선조체를 어떻게 표시하는가의 문제이다. 정확하게 그릴 수 있다면 거의 90% 장악할 수 있다. 선조체를 그리기 전에 마무리 파트로 시상 위에 큰 구조를 그린다. 귀신 같은 것으로 구멍이다. 외측뇌실(lateral ventricles)이다. 뇌척수액이 들어 있는 빈구멍이다. 시상과 해마가 접하는 쪽은 아래의 제3뇌실이다. 제 4뇌실은 중뇌수도관에서 내려와서 소뇌쪽에 있다. 외측내실이 양쪽 2개로 되어 있어 제1, 2뇌실이 된다. 시상이 앉혀지는 입체모양을 그린다. 좌우 시상은 시상간 접착(interthalamic adhesion)으로 연결이 되어 있다.

이제 선조체 구조가 위상적으로 어떻게 되어 있는가 정확히 봐야한다. 선조체 크기는 해마만한 크기이다. 꼬리핵은 앞에 머리가 방방하게 크고, 뒤로 가면서 몸, 꼬리로 줄어들어 마지막 꼬리는 시상하부 밑에서 잘라진다. 브레인에서 가장 큰 아치이다. 아치 사이의 가로막은 투명중격(Septum Pellucidum)이다. 창호지 같다. 선조체는 이만하게 큰데 이야기는 몇 개 없다. 해마는 이보다 적어도 이야기가 50년 해도 다 못 파는데, 선조체는 세포 이야기가 몇 개 없다. 그 다음은 “모르겠다”이다. 인간의 행동을 이해하는 핵심코어인데 잘 모른다. 일부 알려진 것이 꼬리핵의 머리와 전전두엽의 연결이 강화되면 강박증이 된다.

꼬리핵을 그려본면 어마어마한 실체라는 것을 알게 된다. 해마보다 큰데 잘 모른다. 우리 행동이 가장 관계된 것이 꼬리핵과 조가비핵이다. 안에 붙어 있는 창백핵의 내측(GPi, Globus pallidus internus)과 외측(GPe, Globus pallidus externa), 그리고 밑에 있는 시상하부에 대해서 공기돌 돌리듯이 모르면 인간의 행동은 모른다고 생각하면 된다. 조가비핵과 꼬리핵을 구분할 수 있는가? 조직형질학적으로는 같은 세포이다. medium spiny neuron이 90%이고 다른 것이 별로 없다. 왜 갈라졌을까? 그 사이를 internal capsule이 통과하면서 선조체 구조를 만들기 때문이다. 조가비핵(Putamen)은 판데기 같은 것으로 꼬리핵(caudate nucleus_과 같은 것이다. 그런데 기능은 미묘하게 다르다. 조가비핵은 순수운동에 가깝다. 습관운동이고, 운동피질인 SMA, PM과 연결된다. 꼬리핵은 전전두엽과 연결되어 인지기능이 일부 들어온다. 감정도 일부 들어온다. 그래서 꼬리핵은 복합적이다. 조가비핵에는 기본적으로 입술, 손가락, 발가락의 맵을 가지고 있다. 그래서 손가락으로 가위질 할 때 입술을 오므락거린다. 손가락과 입술 움직임의 맵이 조가비핵에 오버랩 되기 때문이다. 꼬리핵은 꼬리, 몸통, 머리로 구분하고, 머리부분에 조가비핵과 창백핵이 엉겨붙어 있다고 이해하면 된다. 창백핵의 GPi와 GPe는 기능적으로 완전히 다르다. GPi는 직접경로, GPe는 간접경로와 관계된다. GPi와 기능적으로 같은 것이 SNr이다.

헷갈리는 것 정리하면, 첫째 조가비핵과 꼬리핵의 구조적 위치, 두 번째는 GPi와 GPe가 기능적으로 다른 것, 세 번째가 GPi와 완전히 떨어져 있는 SNr이 출력부로서 같은 역할을 한다는 것이다.

마지막으로 지붕 잇기 전에 상층부에 있는 단면 2개가 전대상회(anterior cingulate cortex, ACC) 이다. ACC 아래로 지나가는 섬유다발이 뇌량(corpus callosum)이다. 이제 지붕공사를 한다. 지붕 이을 때 대단한 구조가 나온다. 인슐라(insular)를 앉힐 수 있다. 인슐라도 연결된 피질이 안으로 말려들어간 것이구나를 깨닫는다. 브레인은 구조가 곧 기능이므로 구조만 그리면 다 나온다. 좌우를 동일하게 그리고 지붕을 입체로 만들어 준다. 1차 청각영역(Primary auditory cortex, A1)도 이 그림에서 금방 드러난다. 움푹 들어가서 완전히 평탄면으로 되어 있는 곳이 1차 청각영역이고, 왼쪽 브레인이 언어를 처리하기에 더 넓다.

인간의 행동은 이 플랫폼에서 다 나온다. 셀프는 아니다. 셀프는 1강의 플랫폼에서 많이 설명되고, 이번 플랫폼은 행동이라는 것이 뭔가를 설명하기에 가장 적합하다. 설명은 간단하다. 기본지식을 이야기하면 된다. 이제 이론이 가능하다. 반대는 아니다. 이 플랫폼을 장악하지 않고 이론을 전개하면 공부할수록 헷갈린다. 박자세는 이런 플랫폼을 보급하는 단체이다.

#2

우리 행동은 어떤 단계로 되어 있는가를 보여주는 그림이다. C->S->T 순환을 기억하면 되는데 어마어마하게 복합적이다. 이 버전이 3가지이고, 여기에 직접경로, 간접경로하면 6개 버전이 있고, 거기에 도파민성 모듈이 들어가면 곱하기 2하여 12개가 된다. 그 조합이다.

첫 번째 블럭은 Cortex이다. mPFC / ACC / OFC, DLPFC / SMA, PM, SA/ 가 등장한다.

두 번째 블럭은 Striatum이다. S는 DS(Dorsal S.), VS(Ventral S.)으로 나눈다. DS는 다시 DLS(Dorsolateral S.)와 DMS(Dorsomedial S.)로 나눈다. VS의 가장 핵심부위가 NAc(Nucleus accumbens)로 동의어로 쓰인다. 또한 VS를 쓸 때는 VP(ventral pallidum, 배쪽창백핵)로 같이 쓸 때기 있다. 그래서 굉장히 헷갈린다. DS에서 DLS로 가면 순수운동이다. DMS로 가면 인지가 들어간다. VS는 음흉한 느낌, 감정이다. 그래서 NAc는 마차바퀴의 허브역할을 한다. NAc에게 가장 아부를 잘해서 항상 짝짝궁 맞추는 것이 VTA(Ventral tegmental area, 배쪽피개부)이다. 그리고 SNc도 도파민인데, VTA는 도파민뉴런 A10, SNc는 도파민뉴런 A9이다. 그래서 동일한 도파민을 생산하는데 가는 길이 완전히 다르다. SNc에서 나오는 도파민은 운동쪽으로 간다. 그래서 적게 나오면 파킨슨병에 걸린다. VTA에서 나오는 도파민은 창의성, 동기유발로 갈 수 있는데, 제어 못하면 중독으로 간다. 그래서 도파민은 운동, 정신적 쾌감, 욕망하고도 관계가 있어 복합적으로 되어있다. 그래서 좀 한다는 사람들도 헷갈려한다.

확실히 다시 하면, 무조건 striatum은 “dorsal이냐? ventral이냐?”로 나누고, Dorsal에서 lateral은 바깥세계이므로 순수운동쪽으로 간다. Medial은 셀프하고도 관계된다. 미묘한 차이를 잡아내야 심리학 책들을 간파할 수 있다. VS의 다른 이름이 NAc로 일단 기억한다. VS가 더 크고 그 코아 부분이 NAc이다. NAc를 플랫폼에 표시할 수 있다. NAc도 안쪽을 코어, 바깥쪽을 쉘이라고 한다. 역할이 미묘하게 다르다. 논문이 쏟아지는데 아직 잘 밝혀지지 않았다. 인간성의 본질적인 부분이다. NAc shell / NAc core / DMS / DLS / 순으로 안배된다. 왼쪽으로 가면 감정, 오른쪽으로 가면 운동이다. 선조체의 뉴런은 90%가 MSN(medium spiny neuron)이다.

세번째 블록은 GPe / STN / GPi, SNr 이다.

등장인물 다 나왔다. 첫 번째 블록은 C, 두 번째와 세 번째 블록은 S, 그리고 옆에 T, Thalamus 3개의 핵이 니온다. 순수운동핵이 VL이고 소뇌와 가장 많이 소통한다. VA는 limbic thalamic n.로 어중간하다. 인지가 약간 있고 감정과 연결된다. 그리고 MD, 이 세가지 핵만 알면 된다. 순서도 MD / VA / VL 순으로 나온다.

C에서 glutamate성으로 내려와 S와 90% 매칭된다. 피질과 선조체가 어떻게 연결되는지를 보여준다. 다음 S에서는 복합적인데, 직접(direct), 간접(indirect), 초과직접(hyper-direct)의 3가지 경로가 있다. 두 번째 블록 S에서 세 번째 블록으로 GABA성 시냅스를 한다.

NAc shell에서 내려오는 시냅스는 Vigor(활기)이다. 아프라카의 사자가 정오에 태양이 이글거리는데 주로 낮잠을 잔다. 대부분 놀다가 스쳐가는 바람에 먹이 냄새가 나면 벌떡 일어나지 않는다. 포유동물 정의는 먹이를 찾아가는 것이고, 파충류의 정의는 먹이를 기다리는 것이다. 생물학에서는 먹이와 섹스만 보면 다 풀린다. 파충류는 냉온동물이라 온도가 올라가기 전에는 못 움직인다. 그래서 대부분 기다리는 것이다. 포유동물 만이 먹이를 찾아 이동한다. 먹이를 찾는 시간 내놓고는 기본적으로 놀거나 자는 것이다. 시간이 나면 끼리끼리 모여 패싸움을 한다. 인간이라고 다르지 않다. 개코원숭이는 시간의 1/3은 떼거리로 싸운다. 탱자탱자 놀거나 싸우거나 하다가 먹이 냄새가 나면 슬그머니 두리번거리다가 슬 일어난다. 곧장 먹이로 가는 것이 아니고 먹이 방향으로 처음에는 속보로 가다가 질주를 한다. 이 과정을 분해해보면 우리 행동이 다 그렇다.

Vigor는 10%가 안되고 90%는 ignore이다. 몰라 don’t care이다. 공부하다가 그냥 존다. Vigor는 호기심, 약간 업되는 것으로 순수감정이다. 안에서 일어나는 것이다. “한번 해 볼까? 냄새나네!” 이다. 다음은 NAc core에서 내려오는 시냅스로 approach(접근)이다. 함부로 접근 안 한다. Vigor 다음에 방향을 찾고, 다음이 approach이다. 대충 걸어가다가 속보하는 것까지가 approach이다. 질주하는 것은 Goal direct(목적지향성)이다. DMS에서 내려온다. 이 행위가 반복되면 DLS에서 순수운동, Habbit(습관)이다. 모두가 행동(Behavior)이다. 욕망을 일으키고, 앞으로 진격하고, 목적지향적으로 드라이빙하고, 습관화 반응이 되면 툭 건드려도 일어난다. 이제 행동이 무엇인지 이해한다. 동물에게는 함부로 행동이란 말을 안 쓰는 것은 기억회로가 들어가기 때문이다. 어른이 될수록 행동의 50%가 기억에 관련된다. “Vigor -> Approach -> Goal -> Habbit”을 암기하라. Habbit이 최고에 있다. 그래서 성공하려면 습관을 들여야 한다. 그것밖에 없다.

GABA성이 3번째 블록으로 내려오면, GPe에서도 STN을 억제한다. GPi와 SNr에서 Thalamus를 억제하는 경로가 직접경로이다. 시상의 VL핵을 돌연변이 시켜 고장내면 사람이 사시나무 떨 듯이 떤다. 억제가 없다면 끊임없이 떠는 것이 기본모드다. 그러면 행동이 안 된다. 항상 떠는데 떠는 것을 억제하는 것이 행동이다. 정반대로 되어 있다. 기본으로 다 떨고 있는데, 순간적으로 안 떨게 하는 것이다. 안 떠는 부분이 출력으로 나가는 것이 행동이다.

첫 번째 블록에서 두 번째 블록으로 오는데 8ms 걸린다. 세 번째 블록의 간접경로로 오는데 20ms이다. 직접경로가 30ms이다. 시간적으로 조금 다르다. 전부 다 해도 30ms 밖에 안 걸린다. 직접경로는 go이고, 간접경로는 no go이다. 직접경로는 억제를 억제하기에 go이다. 누군가와 악수를 한다고 하면 감정이 먼저 일어나고, 누군지를 알아야 하고, 실재 운동을 하면 C->S->T 경로를 돈다. 감정이 일어난 것도 동시에 C->S->T 경로를 돈다. 병렬로 같이 돌아간다. 간접경로는 STN-> GPi로 가는 것이 흥분이고 no go 이다. 피질에서 STN으로 곧장 가는 경로를 초과직접(Hyper direct)경로라고 한다. 급브레이크를 밟아 버린다.

보상학습은 NAc shell과 NAc core에 순수하게 VTA 도파민이 들어가고 느낌, 정서. 인지적으로 작동한다. DLS에 보상으로 주는 도파민이 SNc로 순수 운동쪽으로 작동한다.

우리 행동은 과거 기억과 링크되므로 해마와 링크된다. 해마, 편도체를 그려준다. 편도체는 CeA(central nucleus of the amygdala_와 BLA(basolateral amygdala)로 구분한다. 피질에서 CeA로 가는 것은 얼어붙기 반응이다. BLA로 스위칭 해주면 불안 쪽으로 간다. 불안 중에 막연한 불안은 BNST(Bed nucleus of the stria terminalis)가 관여된다. BLA는 굉장히 중요한 핵이다. 편도체가 브레인라면 BLA는 대뇌피질에 해당된다. 편도체를 구성하는 4가지 핵 중 가장 큰 핵이다.

해마와 피질은 양방향 화살로 연결된다. 피질에서 해마로 가는 것은 낮 시간, 해마에서 피질오 가는 것은 NREM 수면시간이다. 당연히 피질에서 BLA로 온다. 해마와 편도체에서는 선조체의 NAc cell, NAc core, DMS로 다 간다. 편도체는 작은 브레인이다. 르두 책은 70-80%가 편도체에 관한 이야기이다. 감각이 거의 다 붙는다. BLA에서는 CeA로 신호를 준다. CeA에서는 Hyp(Hypothalamus), BS(Brain stem)로 간다. Hyp, BS는 다시 선조체로 간다. 이것이 공포반응, 감정반응 기본루트이다. Hyp, BS에서 척수로 연결되는 마지막 출력이 행동이다. 이렇게 행동을 이야기하는 선조체 구조와 기억, 감정 회로가 다 링크되어 있다.

인간의 행동은 순수운동, 인지, 감정이 같이 돌아간다. 순수운동이 먼저가 아니다. 먼저 감정이다. 행동이 일어나기 전에, 얼굴표정이 바뀌기 전에부터 시작한다. 그래서 MD핵이 먼저 시작한다. MD핵이 망가지면 다 망가진다. ‘무감정, 무언어, 무행동’이다. 이제 이해할 수 있다. 인간행동의 가장 본질이 MD핵이다. MD핵이 잘못되면 전전두엽이 다 무력화된다. 그러면 아무것도 하고 싶지 않다(무감정). 그러면 말도 안하고(무언어), 행동을 안한다(무행동).

#3

모든 시스템 공부할 때는 함부로 공부하지 말고 견주고 어떻게 플랜을 짜고 순서를 맞출 것인가에 시간을 보내면 그 다음부터 암기는 할 필요가 없다. 순서만 되면 그 다음, 그 다음이 나오게 되어 있다.

피질은 다섯 칸으로 나누고, 맛선 꼴로 시상은 하나로 그린다. 시상은 두부 자르듯 기능이 구분되지 않기 때문이다. 모두 피질과 시상의 관계이다. 시상에는 3가지 핵, MD, VA, VL이 중요하다. 맛선꼴로 채워가면서 작명한다. 피질에서 MD쪽으로 선을 긋는다. 주먹이 나가거나 욕을 하거나 얼굴표정이 바뀌기 전에 우리 속에서 뭔가가 불편한 것이다.

첫 번째 블록, 편도체와 VMPFC 연결에서 MD로 가는 것이 frontolimbic이다. 편도체가 대표적 limbic 이다. ACC, 해마, 편도체를 limbic이라고 한다. fronto는 frontal cortex에서 감정에 가까운 영역이다. medial과 ventral이 감정에 가깝다. 그래서 VMPFC이다. 무작정 공부하지 말고, 전체 풍경을 보아야 한다. dorsal은 운동, ventral은 창자, medial은 셀프, 감정에 가깝다. 5-6개 PFC영역(DL, DM, VM, VL, OFC, ACC)에 대한 뉘앙스를 가지고 있어야 한다. 그거 없으면 심리학 책을 못본다.

포유동물 4500종 중에 우리가 ‘피식자’였다는 것만 알면 우리가 누구냐의 본질을 50%는 파악한다. 우리는 도망다니는 종이다. 4500종 중 고양이과와 개과 동물 빼고는 다 도망 다니는 종이다. 우리는 나무 타고 위로도 올라갔다. 원숭이는 손가락에 매달리는 크기도 있다. 우리는 대형영장류(great ape)이다. 우리는 본질적으로 피식자라는 것을 잊으면 안 된다. 피식자의 생존본능은 무조건 떠는 것이다. 그리고 얼어붙는 것이다. 아무리 흉악한 사람이라도 피해를 안 입는 방법은 가만있으면 된다. 움직이지 않는 적에 대해서는 우리 포유동물은 폭력을 가하지 않는다. 우리는 누구하고 싸워도 가만있으면 정신이상자 아니고는 주먹이 안 나간다. 두려운 상대에게는 가만히 있어야 하고, 고개를 숙여야 한다. 우리는 다 두려움에 떤다. 용기고 다 거짓말이다. 가족, 직장문제 기본은 다 불안하다. 인간현상의 90%는 불안이다. “불안문제를 해결하지 않고서는 사회가 형성되지 않는다”가 다미주 이론의 핵심이다. 그래서 남에게 공포심을 일으키면 안 된다. 최고의 보시는 부드러운 얼굴이다. 부드러운 얼굴을 이길 자는 없다. 징기스칸도 그 앞에서는 항복한다. 부드러운 얼굴에 다정한 마음은 진화상 최고의 정점이다.

그래서 frontolimbic의 역할은 공포를 제거한다(fear extinction). “공포를 없애 주어라.” 이것이 모든 인간행동의 가장 밑에 있고 압도적인 것이다. 공포는 느낌이 아니다. 생존회로이다. 루드(Joseph E. LeDoux 1949~) 핵심이론으로 동물은 느낌(감정)을 가질 수 없다. 왜냐하면 루드 이론에서 감정은 셀프가 생성되고나서 최고의 정신작용이다. 지구에 감정을 갖고있는 동물은 인간밖에 없다. “비의식적 인지 -> 주지적 의식 -> 자기 주지적 의식 -> 셀프와 감정” 순으로 위계가 되어 있다. 편도체를 평생 연구한 세계적 대가인 르두가 “동물은 감정이 없다”고 선언했다. 개가 꼬리 내리고 벌벌떠는 두려움은 뭔가? 두려움은 생존방어회로가 작동한 것이다. 영장류 관찰연구 대가인 드발(Frans de Waal, 1948~) 이론을 한방 먹인 것이다.

두 번째 블록으로 올라가면, MD와 VA핵이 관련된다. “Ventral affective”이다. emotion과 affective는 구분한다. affective는 정동(情動)이라고 한다. 감정이 사회적 의식화 되기 이전의 가려움이나 재채기 같은 것이다. “욱”하고 올라오는 것이다. 욱하고 올라오는 것은 슬픔, 즐거움이 아니다. 그런데 본인이 체크는 할 수 있다. 전율은 즐거움인가? 전율일 뿐이다. 전율은 척추를 타고 온몸을 흔드는 것인데, 감정의 원재료이다. 그것이 위로 올라가서 개념의 옷을 입으면 구체적 감정으로 나온다.

“욱”하고 올라오는데 일부 평가를 하는 것이 motivation이다. 생리학적으로 motivation은 딱 하나의 관문을 돌파해야 한다. B>C이다. B는 benefit, C는 cost이다. 이것만 적용하면 다 풀린다. 간단하다. 인간행동은 이것 외에 뭐가 있는가? 상수(上手)들은 목적 없이 남을 도와준다. 그러면 내가 어려울 때 남에게 도움을 받는다. 이 법칙을 벗어나지 않는다. 이것을 motivation이라고 한다. 왜 하고 싶어졌을까? 내 속에 쾌감이 생겨서이다. 돈일 수도 있고 사랑일 수도 있고, 다 있을 수 있는데 반드시 내가 투자한 비용보다 이득이 넘어서기 때문이다. 모임을 만들 때도 이 원리를 적용한다. 인간이 모이는 것은 이득이 많을 때이다. 이 원리 하나만 알면 경영할 수 있다. 이 원리를 자꾸 잊어버리니 엉뚱한 소리하는 것이다. 내가 얻는 게 많아야 기꺼이 모이고 기꺼이 희생해준다. 당대가 아니더라도 후대에 이익이 나는 것을 기대한다. 가장 상수가 예수와 석가이다. 2000년 동안 꼼짝 못 한다. 그래서 생물학이 위대하다. 공부를 할 때는 핵심을 보라. 동기를 B>C로 쓰면 이 속에 석가, 예수가 다 들어 있다. <법구경>에서는 그물코가 어마어마하게 큰 것으로 비유한다. 뭐든지 다 빠져나간다. 쫀쫀한 사람들은 그물코를 작게 하여 피라미를 잡지만, 허공을 잡는 사람은 그물코에 경계가 없다. 우주를 가지고 공기돌 돌리는 사람이다.

B>C라고 적고 motivation이라고 읽는다. 정상인은 금방 파악한다. 강박증은 보상(Reward)이 변형된다. “altered reward”라고 한다. 뉴스에 젊은 아가씨가 사는 아파트에 쓰레기가 가득하고 고양이 사체가 나왔다. 길잃은 고양이를 키워주는 보상을 얻었는데, 자꾸 마리수가 늘어나니 강박으로 가다가 자기가 키울 능력이 안 되니 보상이 어마어마하게 바뀌어 버린 것이다. 우리가 볼 때는 바뀐 것인데, 그 사람에게는 그게 정상이다. 그래서 그 속에서 산다. “altered reward” 보상에 대한 관점이 바뀌었다는 것이다. 보상이 어떤 것이 정상인가는 사회시스템이 정하는 것이다. ‘윤리’라는 것은 크게 믿을 수 없다. 어마어마하게 바뀐다. 그 상황에 있는 사람은 하나도 이상하다고 안 느낀다. 보상이 바뀌었기 때문이다. 축이 바뀌니 바뀐 줄을 모른다. 이것을 전체적으로 관장하는 대뇌피질이 OFC이다. OFC가 문제가 생기면 황당한 일이 벌어진다.

세 번째 블록으로 올라가면, VA핵과 연결되고 “Ventral cognitive”이다. 인지 쪽으로 간다. 인지는 근사적 선형인과이다. 논리적 추론과 문제해결을 한다. 역할은 “Response inhibition”이다. 강박증은 ‘반응에 대한 억제’를 못하는 것(impaired response inhibition)이다. 운동측면일 수도 있고 감각측면일 수도 있다. 정상인은 손을 한번 씻으면 끝나는데, 반응을 억제 못 하면 손을 계속 씻는다.

대뇌피질은 욕하거나 화를 낼 때 적절한 언어를 쓰도록 하는 곳이다. 언어는 브로드만 44번 45번 IFG(Inferior frontal gyrus, 하전두엽)이다. 하전두엽의 중심부위가 브로카 영역이다. 우리가 대화하는 것이 response inhibition이다. 내가 이 말을 해도 되는지, 브레이크를 잡아야 한다. 고장이 나면 상황에 안 맞는 말을 한다. 하전두엽은 발음의 운동을 관장한다. 또한 운동쪽이니 lateral이고 감정이 내재하니 ventral이므로 VLPFC가 관여한다. 말을 조심한다는 것이 inhibition이 일어나는 것이다. response에 계산을 해야 한다. 그런데 그 계산에 감정이 묻어 ventral이다. 발음은 운동이니 lateral이다.

네 번째 블록은 점점 운동 쪽이다. Dorsal cognitive이고 받는 시상핵은 VA,와 VL이다. 브레인 용어에서 Dorsal과 Ventral에 대한 느낌이 모든 부위에서 생기면 안목이 있는 사람이다. Ventral은 배다. “속이 편해야 한다”가 뿌리이다. 먹는 것, 섹스, 갈증, 포도당, 궁극적으로 따져보면 창자이다. Dorsal은 먹이를 찾아가기 위해 바깥세상을 처리하는 것이다. Dorsal 인지가 바로 working memory이다. working memory는 감정 보다는 운동에 가깝다. working memory는 운동을 위한 기억의 출력과정이다. 운동은 미래를 향한다. 그래서 working memory는 미래로 향하고 현재 문제를 처리한다. 손 내미는데 악수 안 하면 이상한 사람이 된다. “Working memory is your present”라고 하였다. 현재에 살지 않는 사람은 정신분열된 사람이다. 현재에 산다는 것은 내가 만나는 사람, 물건에 대해 적합한 행동을 한다는 것이다. 분열된 사람과 대화해보라, 지리멸렬해진다. 현재가 붕괴된다. 작업기억이라고 적고 현재라고 한다. 우리는 현재를 살아간다. 현재를 살아가려면 목적이 있어야 한다. Working memory가 작동해야 plan이 가능하다. 분열된 사람에게는 plan이 있을 수 없다.

운동이지만 정서가 남아 있다. 그래서 감정의 조절(regulation of emotion)이 일어난다. 정서를 따라가보면 공포, 동기, 미묘한 감정의 흐름까지 붙어 있다. 그래서 인간은 다층적이고 복합적이다. 관장하는 피질은 확률로 보아야 한다. 100%는 없다. 10%는 다 묻어 있다. 그래서 심리학이나 브레인 책에서 구분 안 하고 다 전전두엽으로 하는 것을 이해해야 한다. 그렇게 해도 어떤 전문가도 딴지를 걸 수 없다. 이쪽 피질은 pre-SMA이고 최근에 주목받고 있다. SMA와 PM의 미묘한 운동상의 차이는 무엇인가? PM은 돌멩이가 날아올 때 피하는 것이다. SMA는 언어와 링크되어 있다. 말은 함부로 안 한다. 부부싸움하면 말을 안 하는 사람이 있다. 최악의 흉기는 말을 안 하는 것이다. 인간은 말하는 존재이기 때문이다. 부부싸움 할 때 쓰더라도 하루를 넘기지 마라. SMA 가장 기본이 내부적 드라이브이다. PM은 외부적 드라이브이다. 내부적 드라이브의 가장 큰 행동이 언어이다. 언어학을 하면 가장 위에 있는 것이 SMA이다. 좌선을 할 때 몸의 자세잡는 것도 내부적 드라이브이므로 SMA이다. PM도 PM-dorsal, PM-ventral을 구분한다.

pre-SMA가 주목받는 것은 말과 행동은 실시간으로 피드백을 받아서 adaptation을 한다. 최적의 과정을 찾아가야 하는데, SMA로는 못 찾아간다. 그냥 내부에서 하고싶은 말괴 행동을 올려주는 것이다. 대화하다보면 미묘하게 말을 바꾸고 최적화를 해야 한다. 그것이 pre-SMA이다. 내부에서 오는 운동, 심적 상태를 표시하는 것은 미묘한 조절과정이 붙는다. 이야기하다보면 맹한 사람이 있다. “맹하다”는 것은 환경은 계속 바뀌는데 처음 일으킨 목적에 그대로 고정하는 것이다. “센스없다”고 한다. 노멀이 계속 뉴노멀로 바뀌어가면 꼰대같은 이야기 하면 안 된다. 맹한 사람은 옛날 기준을 갖고 스위칭 기능이 약한 것이다. 맹한 사람 있으면 성질 급한 사람은 속 터진다.

Working memory가 있기에, 전전두엽이 또한 백업 해주어야 한다. 운동이기에 Dorsal을 써준다. 그리고 Lateral과 Medial이 다 들어간다. DLPFC, DMPFC이다. 외부(Lateral)는 바깥 환경, 내부(Medial)는 internal generation이다.

마지막 다섯 번째는 순수운동쪽이다. Sensory motor 회로이다. 시상핵은 VL로 간다. 자극(Stimulus)이 와서 반응(Response)을 보인다. 동일한 자극이 오면 동일한 반응을 계속 보내는 것을 습관(habbit)이라고 한다. 인간의 40% 행동은 무조건 습관반응이다. 습관반응은 위대하다. 왜냐하면 1-4단계를 다 거쳐왔기 때문이다. 마지막에 순수운동은 자동반응이다. 습관이야말로 순수운동이다. 피질은 SMA에 할당한다. 습관은 운동인데 출발이 내면에서 올라왔기 때문이다. 습관은 바깥에 보고 따라하지 않는다.

이 과정이 정상적으로 작동하면 보통 사람이다. 변형되거나 억제가 안 되면 수백 가지 기이한 강박증이 일어난다.

오른쪽 그림도 같이 봐야 한다. 작년 목요일 줌에서 강의했던 <On task>의 핵심개념이다. 개념적으로 탁월한 그림이다. 인간의 행동이 왜 이런 구조를 가질 수밖에 없는가를 보여준다.

세 개의 블록을 양쪽에 그리고, 왼쪽은 thalamus, 오른쪽은 cortex이다. 브레인의 70-80%는 thalamus와 cortex 관계이다. 행동은 운동보다 감정이 먼저다. 운동은 마지막에 나오는 출력이다. 시작은 감정의 thalamus인 MD핵이다. 다음은 VA, 다음은 순수운동 VL이다.

Cortex에서 시작은 맨 위의 피질에서 내려오는데 sensory affective, 감정을 건드렸다는 것이다. 감정이 상했을 때 가장 밑에 건드린 것이 자존심이다. 자존심이 셀프개념이고 mPFC이다. 다음이 OFC이다. 정서반응의 가장 위가 자기의 존재감이다. 자기의 존재감 때문에 인간현상이 출발한다. OFC는 어디서 왔는가? 앞에 그림에서 B>C motivation이다. 자존심 상해도 참을 때가 있다. 화난다고 부장한테 대들었다가는 짤린다. 다 계산한다. mPFC는 자존심이 있다는 것이고, OFC는 계산한다는 것이다. 이 단계가 emotion이다.

화가나면 MD핵으로 신호가 온다. 중개핵이니 다시 DLPFC로 전달을 한다. 그러면 논리적 계산을 한다. 화내야 될지 직장을 옮겨야 될지를 자기의 경제적 상황 등을 고려해서 계산하여 다시 MD핵으로 보내준다. DLPFC와 mPFC, OFC도 당연히 서로 속닥거린다. 누군가에게 욕먹으면 바로 싸우지 않고 온갖 것을 따져보는 과정이다. 이것이 plan이다. 어떻게 골탕을 먹일까 계획을 한다.

다음으로 더 내려오면 “부장이 나를 괴롭힌 것을 구체적으로 기록을 남겨야 겠다, 녹음을 해야겠다”고 한다. 증거를 모으는 것이 간단치 않다. 인간사회에서 녹음하고 사진찍는 것은 브레인 측면에서 보면 나쁜 사람이다. 깡패들이 싸울 때 칼 들고 하지 않는다. 주먹으로 해결할 때는 주먹으로 하고, 전쟁에서는 총으로 하는 것이 레벨이 있다. 사진과 녹음은 레벨을 무시한 것이다. 근본을 흔든다. 싸우고 욕할 수는 있어도 기록을 하면 사회가 파괴된다. 이메일 보낼 때도 조심해야 한다. 화가 나면 이메일 보내지 말고 전화로 욕을 해야 흔적에 안 남는다. 그러면 듣는 사람도 뒤끝이 안 남는다.

DLPFC에서 VA핵으로 오고, 점점 구체적 운동으로 나간다. 앙심을 품으면 구체적 추적을 한다. 눈동자 추적은 FEF(frontal eye field)이다. Eye field가 5개가 있는데, FEF는 특징을 추출한다. 저 인간이 왜 나한테 저렇게 하는가 그 특징을 추출하기 위해 의도적으로 추적을 한다. 그러면 부장이 허점을 안보이려고 할 것이다. 내부적으로 최적화를 하는 pre-SMA가 작동한다. FEF와 궁합이 맞는 것이 pre-SMA이다. 매순간 바뀌는 것에 따라 최적화를 한다. FEF와 pre-SMA가 짝짝궁 하는 것이 인식(cognitive)이다. 굉장히 계획적이고 치밀하게 접근하는 것이다.

이제 VL의 최종운동으로 간다. 피질은 PM, SMA, SA가 들어간다. 구체적으로 손발을 움직이는 피질척수로이다. 이것을 motor라고 한다. 특별히 executive motor라고 부른다. “Emotion -> Plan, cognitive -> motor” 이것이 바로 대뇌피질(C)과 선조체(S)와 시상(T)의 C-S-T회로가 돌아갔을 때 일어나는 현상이다. 최종출력은 행동(behavior)이다. “똑바로 행동해!” 이 말 속에는 어마어마한 게 들어가 있다.

이 다이아그램은 하이라키(Hierarchy)로 되어 있다. 우리가 상상을 달성할 수 있는 이유는 작업기억의 스위칭 과정을 통해 프로젝트를 나누어서 병목현상을 따로 떼내고 맥락분리하여 해결하고 다시 꼽기 때문이다. 그 과정이 맥락의 하이라키로 되어 있고 고위맥락과 하위맥락을 능숙히 구분하기에 애들에게 “조용히 하라”고 하면 부모가 있으면 조용히 하고 부모가 없으면 떠들게 된다. 자동적으로 알 수 있는 이유가 맥락이고 최고의 하이라키가 감정이다. 감정을 건드리면 방법이 없다. 그래서 다정한 사람이 진화적으로 최고 위에 있다.

#4

대뇌피질, 해마(Hip), Dentate gyrus(DG), entorhinal cortex(EC)를 그린다. 똑같이 2개를 그린다. 단계적으로 해보면 거의 다 이해한다. 왼쪽은 낮시간 Wake, 오른쪽은 밤시간 sleep이다.

깨어있을 때 상황은 V(visual), A(auditory), S(somatic)가 작동하여 시상으로 올라가 허락을 맡아야 하는데, V는 LG, A는 MG, S는 VP 핵에서 중개를 한다. 시상에서 TRN핵을 설정을 해준다. TRN이 항상 막고 있으므로 해제하려면 다시 막아주어야 한다. 뇌간에 있는 MRF(Mesencephalic Reticular Formation)에게 V,A,S가 지금 정보가 중요하니 문을 열어 달라고 보고하면, MRF에서 NE, Ach, 5-HT, His 등을 분비하여 TRN을 막아서 문을 열어준다. 그러면 V,A,S 정보가 시상에서 대뇌피질로 올라간다. 태어나서부터 현재까지 계속 일어났다. 피질로 올라간 것은 모든 과정을 거쳐서 바둑판처럼 장기기억(LTM)으로 바뀐다.

또 다른 것이 있는데, MRF앞에 수면센터가 있다. 수면센터를 꺼 주어야 한다. 수면센터가 시상하부에 있는 VLPA(Ventrolateral preoptic Area)이다. 낮 동안에 깨어 있으려면 MRF가 VLPA를 무력화시켜야 한다.

시상에서 중개된 V,A,S 정보는 지금의 정보이다. 길 가다가 자동차를 보고 “벤츠차네” 한다. 내가 어떻게 벤츠인 줄 알까? 보면 안다. 그것이 무슨 말인가? 내가 안다는 말은 장기기억을 참조하여 10년 전 보았던 벤츠를 불러낸 것이다. 이것이 Perception(지각)이다. 동물은 perception이 있을까? 장기기억이 있느냐와 같은 말이다. 0.1초 만에 일어나는 일이다. 누구를 알아본다는 것이 어떻게 알아볼까? 지금 어떤 사람을 보니 망막으로 오는데 0.1초 만에 의식으로 안다. 안다는 것이 무엇인가? 처음 보는 사람은 모른다. 이전의 기억이 있었다는 것이다. 지금 들어오는 입력과 이전의 기억을 매칭하는 과정이 0.1초 만에 일어난다. 0.1초 이내에 일어나면 의식을 못 한다. 알아보는 의식을 하지만 그 과정을 의식 못 한다. 너무나 자연스럽게 즉각적으로 보인다. 왜 바깥에 모든 대상이 즉각적으로 보일까? 0.1초 이내이므로 의식레벨에 안 올라오기 때문이다. 알아차린 자체는 의식인데, 그 과정은 모른다. 분리해야 한다. 이제 Perception이라는 말을 쓸 수 있다.

그럼 지금 본 벤츠 차가 장기기억에 가 붙을까? 내가 유추하는 것은 직접 붙는 것은 아니고 실시간 처리하고 있다. 의미기억과 일화기억의 차이다. 실시간 처리하는 일화기억은 붙는 것이 아니고 아래로 내려온다. 그러면 내가 본 자동차가 뭔지 모른다면 처리가 될까? “지각된 것만이 기억되고 기억된 것만이 지각된다”. 기억된다는 것은 프로세스로 넘어간다는 것이다. 지각되지 않으면 프로세스로 넘어가지 않는다. 어떤 사람 봤는데 알아야 악수를 할 것 아닌가? 모르면 무시하고 지나간다. 이 사람이 누군지 지각했다는 말이 그다음 단계에서 기억으로 넘어간다. 지각했다고 곧장 기억으로 넘어가는 것이 아니고 지연시간이 있다. 그 과정을 해석해야 한다.

EC는 6개 피질로 되어 있다. 지금 내가 본 벤츠, 일화기억은 EC 2번 피질로 들어와서, DG의 granular cell의 Mossy fiber에 올라탄다. 다 신경펄스이다. 해마의 CA3 피라미드 세포가 손님을 기다리는데, Mossy fiber에 CA3의 수상돌기가 150μm 등간격으로 시냅스한다. 그래서 폭발하듯이 활성화된다. 푸키네세포는 20만 개가 지나가도 살살 떨린다. 그런데 mossy fiber가 시냅스 한 곳은 폭발한다. CA3가 부루루 떨고 착 나간다. 이것이 기억이다.

CA3가 기억의 출발이고, 축삭이 올라가서 CA1과 시냅스한다. CA1은 두 갈래로 가는데, 하나는 EC 5번 피질로 들어간다. 그러면 회로가 돌아가는데 기억의 실체이다. 또한 CA3에서 recurrent 되어 mossy fiber로 돌아가는 autoreceptor가 일어나는데, 이것이 기억의 출발점이다.

오른쪽은 밤에 잠잘 때 그림이다. 이제는 VLPA가 전권을 갖는다. 잠이라는 것은 VLPA가 MRF를 억제한다. 수면센터인 VLPA와 각성센터인 MRF의 권력싸움이다. 시상에서는 뉴런이 양방향이다. 시상에서 피질로 가는데(TC), 시상의 가지가 올라가서 피질의 피라밋 세포와 시냅스 한다. 피질에서 시냅스 된 피라밋 뉴런의 축삭은 다시 시상의 뉴런으로 간다. 이것을 ‘shake hands’라고 한다. 시상의 relay neuron과 대응하는 피질의 pyramid neuron이 악수를 하는 과정이다. 이것이 의식부터 정신작용의 기본 유니트이다. 시상에서 피질로 올라가다가 흥분성 곁가지를 내어 TRN으로 가고, 또한 피질에서 시상으로 내려오다가 흥분성 곁가지를 내어 TRN으로 간다. 그 결과로 TRN이 흥분을 받아 시상을 억제한다.

잠이라는 현상은 감각(V, A, S)이 올라가서 피질을 활성화시키는 것이 아니다. 감각은 피질로 올라가지 못하고, 대뇌피질의 피라밋 뉴런과 시상의 중개뉴런과 TRN의 3자간 회로가 형성되고 2개의 고유한 진동(Oscillation)이 일어난다. TRN이 고유하게 만드는 진동을 Sleep spindle이라고 한다. 10Hz 정도이다. TRN에 고유한 속성으로 독자적으로 떼어내도 진동을 한다. 다음은 피질 피라밋 뉴런에서 시상으로 내려와 도는 것이 δ-wave이다. 서파수면 3-4단계는 δ-wave가 50%가 넘는다. 두 개의 범종이 울린다.

낮 동안에 돌아갈 때, 일화기억은 대뇌피질에서 저장이 안되고 해마로 온다고 보면, 해마에 정보가 계속 쌓인다. 그래서 해마가 낮 동안에 일화기억을 일시적으로 저장하는데, 그 정보는 새로 본 정보와 기억된 정보가 매칭이 되는 것만 내려온다. 그것을 ‘맥락’이라고 한다. 해마는 맥락을 생성한다. 갑자기 맥락이 끊어지는 수가 있다. 그것을 ‘공황장애’라고 한다. 공황장애 원인이 해마에 있다. 공황장애의 뿌리는 갑자기 맥락을 놓쳐버린 것이다. 안전한 데 있는데도 공포가 엄습해 온다. 맥락을 놓쳤기 때문이다.

궁극적으로 다시 보는 관점이 ‘관계, 맥락, 공간정보’이다. 진화적으로 맥락은 딱 하나밖에 없다. ‘장소와 행위’이다. 목욕탕 가면 홀딱 벗을 수 있으나 길거리에서는 홀딱 벗을 수 없다. 절에서는 절하고 교회서는 기도한다. 구석기시대로 가보면 아무것도 없다. 장소와 먹이감을 매칭하는 것이 브레인 진화의 뿌리에 있다. 장소에서 발견한 사건을 결합하는 것이 맥락이다. 장소에서 엉뚱한 사건이 일어나는 것이 ‘공황장애’이다.

밤에는 낮의 감각이 안 들어오므로 루프를 도는 것이 정지한다. 그런데 해마에서는 계속 왔던 자극의 흔적들을 보관하고 있다. 그것을 기억의 임시저장이라고 한다. 또 기억을 인코딩했다고 한다. 감각의 강물이 흘러간다면 해마에서는 소용돌이가 몇 개 만들어진다. 밤이 되면 강물은 흐르지 않는다. 소용돌이가 기억의 실체이다. 소용돌이를 실어나르려면 트럭에 택시가 있어야 한다. 트럭이 3Hz의 Sharp이고, 트럭에 실린 택시가 100Hz ripple이다.

지금 이야기하는 것은 브레인의 프론티어이다. 브레인 저널이 200종이 넘는데, 그 중 프론티어 대가들이 그동안 못 풀었던 큰 문제를 나는 요 정도로 본다고 가설을 제기하는 이야기이다. 아직 인류가 다 모른다. 대가들이 생각하는 것은 “해마가 도대체 뭔가?” 다시 질문한다. 낮 동안에는 정보가 계속 돈다. 기억은 낮에 일어난다. 그런데 기억이 저장되는 것은 NREM 수면 N2~N3에서 consolidation이 일어난다는 논문이 쏟아지고 있다. 최근 논문에서는 면밀한 실험을 하는데 NREM 수면이 맞다. 그런데 딜레마가 뭐냐면? 많은 공부는 낮에 하고 낮에 다 기억을 한 것이다. 그러면 기억이 밤에 저장된다는 것이 무슨 말인가? 우리가 낮에 기억한 모든 것들은 의미로 되어 있다. 낮에 돌아가는 것은 일화기억이다. 일화기억은 일화기억 자체로 저장이 안되고 의미기억으로 바뀐다. 낮에 경험했던 메인 흐름은 계속 흘러가고 거기에 일부가 해마에서 소용돌이친 흔적이 남아 있고, 그 흔적을 밤에 대뇌피질로 실어 나른다.

실어나르는 과정이 첫 번째 해마에서 실어나르는 택시 속에 기억이 들어간다. 그런데 그 택시를 실어나르는 트럭이 델타파이고, 0.1Hz의 cortical oscillation이다. 그 큰 트럭에 Sharp wave ripple이 실린다. 해마에서 준비하는 것은 Sharp wave ripple이고, 대뇌피질에서 준비하는 것은 cortical oscillation이다. 거기에 타는 것이 바로 sleep spindle이다. 대뇌피질에서는 빈 트럭에 빈 택시가 실린 상태로 온다. 해마에서는 택시에 손님이 타고 있다. 손님이 탄 택시도 트럭에 실려 온다. 손님이 탄 택시가 밤에 NREM 수면단계에서 대뇌피질로 올라오면 손님을 전전두엽에 내려놓는다. 그러면 전전두엽에서 빈 택시가 오면 해마에서 올라온 손님이 그 택시를 탄다. 그 다음에 손님은 장기기억에 저장된다.

낮동안에는 저장되지 않고 일화기억을 프로세스한다. 해마에 흔적이 남은 것이 밤에 트럭에 실린 택시에 타고 있다. 트럭을 sharp(3Hz), 택시를 ripple(100Hz)이라고 한다. 합쳐서 sharp wave ripple(SWR)이라고 한다. SWR이 밤에 NREM에서 대뇌피질로 올라와서 택시에서 내리는데, 다시 빈 택시가 와야 한다. 이때 다시 오는 빈 택시가 sleep spindle이고, 빈 택시를 싣는 트럭이 대뇌피질에서 준비한 cortical osciilation이다. 트럭 2대, 택시 2대이다. 해마에서 트럭 1대, 택시 1대, 대뇌피질에서 트럭 1대, 택시 1대의 작업이 일어난다. 궁극적으로 벤츠를 본 기억은 장기기억의 벤츠 주변에 저장이 된다.