제목 : 신경과학과 컴퓨터

977139, 신진우



금세기 과학은 상상을 초월하는 획기적인 발전을 거듭하여 왔다. 그리하여 무한한 우주의 세계로 인간의 첫발을 내딛었는가 하면, 인간의 두뇌와 비견될 수 있다는, 아니 그보다 훨씬 월등하다는 컴퓨터를 발명. 나날이 그 편리함과 경이로움을 체험하고 있다. 이런 가운데에서도 인간은 물질주의와 과학 만능주의에 대한 끊임없는 비판을 제기, 컴퓨터를 발전시키는 것도 운용하는 것도 인간이므로 인간의 두뇌가 컴퓨터보다 우월한 것은 물론이며, 이 둘을 비견하는 것조차 우매한 일이라는 주장까지 일고 있다. 이런 상황에서 인본주의에 근거. 양자를, 특히 인간의 두뇌를 중심으로, 비교하고 고찰해 보는 것은 의의있는 일이라 생각된다.

1.뇌의 구조

; 신경계는 중추 신경계와 말초 신경계로 나뉘어진다. 인체의 모든 조직과 기관들은 중추 신경계에 의해 기능이 조절되고 통괄됨으로써 하나의 통일된 개체로 활동할 수 있다. 중추 신경계의 신경세포의 가지들이 신체 각 부분으로 나가서 말초 신경계를 구성하고 있다.

포유동물 중추 신경계는 원래 관상 구조로부터 발달하여 뇌와 척수가 되었다. 관 속은 뇌에서는 뇌실이 되고 척수에서는 중심관이 되었다. 이 속에 뇌척수액에 차 있으며 이 척수액은 뇌실에 있는 맥락총에서 생산되어 뇌실계를 돌아 뇌간에서 표면으로 나와 뇌를 감싸 돈 뒤 정맥으로 흡수된다. 이 뇌척수액은 뇌를 감싸 중추 신경계를 띄움으로써 뇌에 대한 기계적인 충격을 완충해 주며 대사물을 제거해 준다. 뇌는 전뇌, 중뇌와 후뇌로 구성되어 있으며, 전뇌는 다시 종뇌와 간뇌로, 후뇌는 연수, 뇌교, 소뇌로 나누어진다.

A. 전뇌

종뇌 : 대뇌반구, 편도핵, 기저핵, 해마, 간격

간뇌 : 시상과 시상 하부

- 전뇌는 대뇌피질과 변연계로 구성되어 있다. 변연계는 뇌의 중심부 아래에 자리하며 계통 발생상 뇌에서 비교적 일찍 발생된 부분으로서, 늦게 발달한 대뇌피질에 의해 완전히 둘러 싸여 있다. 대뇌피질은 외부 환경과의 교신을 통하여 이를 입체적으로 인식하는 능력을 가지며 목적 지향성 이성행동을 주재한다. 즉, 고도의 사색기능, 창조적 정신기능, 판단기능 등의 고등정신 활동을 하는 곳이며 운동과 감각을 주재하는 곳이다. 이에 비해 변연계는 본능 행동과 정서 감정을 주재하는 기구로서 행동의 의욕, 학습, 기억과정에도 깊이 관여한다.

B. 중뇌

C. 후뇌 ; 연수, 소뇌, 뇌교

Brain Facts

2. 신경회로의 '단선' 부분 - 시냅스

실제 두뇌에서 정보 처리를 담당하는 부분은 뉴런이다. 뇌에서 다루어지는 모든 정보 처리의 담당자가 바로 이 뉴런이며, 기억도 뉴런의 어디엔가에 잠겨 있을 터이다. 컴퓨터와 대비하면, 뉴런은 칩이 된다. 컴퓨터가 메모리될 수 있는 것도 근본을 따지면 칩의 기능에 있는 것과 같은 이치이다.

뉴런의 틈에는 신호를 이웃에 잘 전달하기 위해 특수한 무대 장치가 마련되어 있다. 이 무대 전체를 시냅스라 부른다. 시냅스란 뉴런의 나무모양의 돌기난 축색의 접착점이며, 신경회로의 단선부분이다. 기억을 만들고 보존하는 메커니즘의 열쇠도 이 시냅스에 있는 것으로 여겨진다. 이 단선부분인 시냅스를 연결하여 정보의 신호를 전달해 가는 수단으로서 생체가 사용하고 있는 것은 '신경전달 물질'이라 불리는 화학물질이다.

3. 컴퓨터와 비교했을 때의 뇌의 기억 정보량

사람의 뇌 신경세포는 미엘린이라는 옷을 입고 있는 유수신경과 옷이 없는 무수신경으로 나뉘어진다. 즉, 신경세포는 원시적인 나전선의 무수신경과 전열피복을 가진 유수신경으로 구성되는데, 나전선의 무수신경보다 우수한 전열피복을 가진 유수신경의 흥분 전달속도가 100배이상 빠르다. 본능 욕망 중추인 시상하부나 감정중추인 변연계는 옷을 입고 있지 않은 무수신경으로 구성되어 있고, 고위 뇌정신 기능을 담당하고 있는 대뇌피질부는 옷을 입고 있는 유수신경으로 되어 있다. 즉, 무수신경이 진화되어 유수신경이 된 것이다. 유수신경 세포로 된 이 대뇌피질부는 가장 바깥쪽에 위치하고 있는 비교적 최근에 형성된 부위이나, 본능 욕망 중추나 감정중추는 오래전에 형성된 고피질 부위이다. 결국 사람의 뇌는 고피질부에서 동물적, 본능적 행동을 조절하고 신피질부에서는 인간적, 이성적 행동을 조절한다. 다시 말해 신피질은 프로그램 되어 있지 않은 초대형 신경컴퓨터인 것이다. 무수신경은 주로 아날로그형 컴퓨터이고, 더욱 진화된 유수신경은 디지털형 컴퓨터와 비슷하기 때문에 뇌는 복합형 컴퓨터에 해당된다고 할 수 있다.

그렇다면, 인간의 뇌는 대략 어느 정도의 능력을 가지고 있는 것일까? 가장 큰 능력을 지닌 컴퓨터의 가능한 기억용량은 10의 10승 비트라고 한다. 인간의 뇌가 지니고 있는 정보 기억의 총량은 대략 10의 15승내지 16승 비트 정도로 추정하고 있다. 뇌와 컴퓨터의 차이는 10내지 100만 배에 이르는 것으로 알려져 있다. 다시 말해, 인간의 뇌에 해당하는 능력을 컴퓨터가 가지려면 최고의 기술로 만든 컴퓨터 10내지 100만대가 필요한 것이다.

사람의 대뇌 신경세포는 약 수백억개로 추정되고 있어서 그 정보처리 능력의 방대함은 실로 어마어마한 것이다. 사람의 움직이는 동작은 어느 정도 컴퓨터가 흉내내고 있지만, 인간의 뇌가 가지고 있는 가장 중요한 고도의 정신 활동은 컴퓨터가 하기에는 불가능한 일이다. 정신 활동의 정확한 기전이 밝혀지기는 조만간은 불가능하기 때문이다. 앞으로 다가오는 21세기에는 신경세포의 기능을 닮은 신경컴퓨터와 지능을 가진 로봇의 개발이 산업 사회를 주도할 것이다.















Brain Facts