세로줄 방에서 자란 고양이는 왜 가로줄을 보지 못할까? 마음을 만드는 두뇌 속 과학 여행 (다카기 마사유키, 2009)

책소개
감각과 그 감각을 받아들이는 마음(뇌)에 관한 책이다. 이 책에는 외부세계에서 끊임없이 다가오는 자극을 받아들이는 우리의 감각신경과 이를 관장하는 신경체계에 관한 이야기가 담겨 있다.

저자는 이 책에서 자신이 50년 넘게 연구해 온 지식과 최신 ‘뇌과학’과 ‘인지과학’이 밝혀낸 성과들을 독자의 눈높이에 맞춰 알기 쉽게 이야기해 주고 있다. 특히 거창한 이론이나 지식이 필요 없이 흥미진진한 사례와 실험 중심으로 구성되어 있어 누구나 이해하기 쉽다.

영국 옥스퍼드 대학교 코린 블렉모어 교수의 연구실. 몇 마리의 고양이들이 실험실 안에 있다. 실험실에는 빛이 들어오지 않는 아주 어두운 방이 았고, 고양이들은 하루 중 22시간을 이 암실에서 보낸다. 그리고 나머지 2시간은 세로 줄무늬만 그려진 방에 나와 앉아 있다.

그리고 자기 몸의 무늬를 볼 수 없도록 목에는 검은색 후드를 달아 주었다. 이렇게 5개월이 지난 후 이 고양이들을 1미터 정도 높이의 책상 위에 올렸다. 바닥에는 고양이들이 몇 달 동안 본 적이 없던 ‘가로 줄무늬’가 그려져 있었다. 고양이들은 사육사(연구자)가 뛰어내리라고 하자 우물쭈물 어쩔 줄을 몰라 했다. 1미터 정도의 낮은 곳인데도. 고양이들에게 무슨 이상이라도 생긴 것일까?

‘감각’은 ‘착각’의 다른 이름이다. 외부세계의 자극을 받아들여 자기 식으로 해석하는 것이 바로 감각이기 때문이다. 따라서 감각은 절대적인 것이 아니라 상대적인 것이라고 할 수 있다. 감각이 상대적이라는 것은 개인에 따라서, 또 개인의 마음 상태에 따라서 같은 자극도 다르게 받아들일 수 있다는 뜻이다.

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목차
들어가는 글

서문: 세로줄무늬만 보고 자란 고양이는 가로줄무늬가 보이지 않는다
제1장 있는데도 보이지 않는 이유
제2장 없는데도 보이는 이유
제3장 감각이 발달한 건 이성 때문
제4장 감각은 내 맘대로
제5장 과학의 눈으로 종교를 보자

후기: 고양이는 어떻게 되었을까?

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출판사 제공 책소개

고양이는 왜 가로 줄무늬를 보지 못할까?
영국 옥스퍼드 대학교 코린 블렉모어 교수의 연구실. 몇 마리의 고양이들이 실험실 안에 있다. 실험실에는 빛이 들어오지 않는 아주 어두운 방이 았고, 고양이들은 하루 중 22시간을 이 암실에서 보낸다. 그리고 나머지 2시간은 세로 줄무늬만 그려진 방에 나와 앉아 있다. 그리고 자기 몸의 무늬를 볼 수 없도록 목에는 검은색 후드를 달아 주었다. 이렇게 5개월이 지난 후 이 고양이들을 1미터 정도 높이의 책상 위에 올렸다. 바닥에는 고양이들이 몇 달 동안 본 적이 없던 ‘가로 줄무늬’가 그려져 있었다. 고양이들은 사육사(연구자)가 뛰어내리라고 하자 우물쭈물 어쩔 줄을 몰라 했다. 1미터 정도의 낮은 곳인데도. 고양이들에게 무슨 이상이라도 생긴 것일까?

한 권으로 읽는 감각과 마음의 과학
‘감각’은 ‘착각’의 다른 이름이다. 외부세계의 자극을 받아들여 자기 식으로 해석하는 것이 바로 감각이기 때문이다. 따라서 감각은 절대적인 것이 아니라 상대적인 것이라고 할 수 있다. 감각이 상대적이라는 것은 개인에 따라서, 또 개인의 마음 상태에 따라서 같은 자극도 다르게 받아들일 수 있다는 뜻이다.
이 책은 이러한 감각과 그 감각을 받아들이는 마음(뇌)에 관한 책이다. 이 책에는 외부세계에서 끊임없이 다가오는 자극을 받아들이는 우리의 감각신경과 이를 관장하는 신경체계에 관한 이야기가 담겨 있다. 일본 인지과학계의 선구자라 할 수 있는 다카기 마사유키 교수는 이 책에서 자신이 50년 넘게 연구해 온 지식과 최신 ‘뇌과학’과 ‘인지과학’이 밝혀낸 성과들을 독자의 눈높이에 맞춰 알기 쉽게 이야기해 주고 있다. 특히 거창한 이론이나 지식이 필요 없이 흥미진진한 사례와 실험 중심으로 구성되어 있어 누구나 이해하기 쉽다.

보이는 것을 모두 믿지 마라
- 마음의 과학으로 보는 인생의 진리

수십 년간 신경과학을 연구해 온 저자는 외부세계에는 존재하지 않지만 우리는 무언가가 있다고 느끼는 많은 현상들을 불교의 ‘색즉시공 공즉시색色卽是空 空卽是色’과 연결시킨다. 즉 외부세계에 빨간빛은 존재하지 않지만 우리의 시신경은 특정 빛을 빨갛다고 받아들이고, 설탕에는 단맛이라는 맛이 없지만 우리 혀의 미각세포는 설탕 분자를 달다고 느끼는 것이다. 또한 소리도 마찬가지. 공기의 진동이 있을 뿐 ‘소리’라는 개념은 없지만 우리는 항상 ‘소리를 듣는다.’ 이러한 모든 현상이 “있는 것은 없는 것이고, 없는 것은 있는 것이다”라는〈반야심경〉의 주제와 맞는다는 것이다.
저자는 우리의 감각신경에 전해 오는 자극에만 집착하지 말라고 한다. 집착은 특정한 감각에만 집중하게 만들고, 그렇게 되면 한 가지 자극에만 민감하고 다른 자극은 받아들이지 못하게 된다. 눈에 보이는 것, 귀에 들리는 것을 모두 믿을 필요는 없다. 감각은 상대적 성질을 가지는 것이기 때문에, 나의 감각이 다른 사람의 감각과 같을 수 없기 때문이다. 이러한 사실을 깨달은 후 저자는 뇌과학을 연구할수록 세상을 더욱 너그러운 마음으로 대할 수 있다고 이야기한다.

감각과 마음의 신비한 세계로 떠나는 여행

고양이들에게 무슨 일이 일어난 것일까?
오랫동안 세로 줄무늬만 보면서 지낸 고양이들에게 가로 줄무늬는 보이지 않는다. 그저 막막한 절벽으로 보일 뿐이다. 그래서 고작 1미터밖에 되지 않는 책상에서도 차마 뛰어내리지 못하는 것이다. 하지만 가로 줄무늬 바닥판을 90도 회전시켜 세로 줄무늬로 보이게 했더니 고양이들은 주저 없이 뛰어내렸다. 이제야 무언가가 보인 것이다. 세로 줄무늬만 보아 온 고양이들은 가로 줄무늬를 감각하는 능력을 잃은 것이다.
동물의 뇌에는 특수한 정보에만 반응하는 신경세포가 있다고 한다. 고양이들은 주로 줄무늬에 민감하게 반응하고, 토끼는 빠르게 움직이는 물체에 민감하다(이를 동체시력이라고 하는데, 일본의 야구선수 이치로가 ‘인간 치고는 제법’ 동체시력이 좋다고 한다). 세로 줄무늬만 보게 된 고양이의 뇌 속에서는 가로 줄무늬에 반응하는 뇌세포가 거의 사라졌다. 이것은 자주 사용하지 않는 근육이 퇴화하는 것과 같은 원리이다. 가로 줄무늬를 인식하는 세포를 몇 달 동안 사용하지 않아 그 수가 크게 줄어든 것이고, 그래서 가로 줄무늬를 느끼지 못하는 것이다.
고양이들은 다시 일반적인 환경에서 한 달 정도 지내자 다시 가로 세로 모두를 인식하게 되었다. 실험실에서는 세로 줄무늬의 자극만 있었고 그래서 세로 줄무늬만 볼 수 있었는데, 일반적인 환경에서 다양한 자극을 접하면서 지내자 다시 모든 형태의 선과 도형을 인식하는 뇌세포들이 증식하기 시작한 것이다.

여자는 왜 지도를 읽지 못하고, 남자는 왜 냉장고 안의 버터를 찾지 못할까?
남자와 여자는 서로 바보 같다고 느낄 때가 있다. 운전을 할 때, 그리고 냉장고에서 무언가를 찾을 때이다. 흔히 여자들은 지도를 잘 읽지 못한다고 한다. 그래서 미국에서는 북쪽이 위로 되어 있는 일반 지도 이외에 남쪽이 위로 되어 있는 지도도 판매하고 있다.
여자들은 말한다. “거기서 이쪽으로 꺾어요”라고. 하지만 남자는 그게 “저 앞 사거리에서 좌회전”을 뜻하는지 이해하지 못한 채 그저 여자를 답답하게만 여긴다. 반면에 남자는 냉장고 안에 있는 버터를 찾지 못해 안달이다. 맨 위 칸부터 아래 칸까지 하나씩 훑어 봐야 간신히 찾아낸다. 여자들은 답답하다. “눈은 장식이야”라며 한번에 휙 버터를 잡아챈다. 왜 그럴까?
이에 대해서는 진화생물학이 답을 한다. 원시 수렵채집 사회부터 남자는 밖에 나가 사냥감을 잡아 단백질원을 확보해 왔다. 그래서 방향감각과 위치감각이 뛰어나다. 또한 사냥감을 잡기 위해 시선을 한곳에 집중해 왔다. 따라서 시야가 좁다. 반면에 여자는 마을에 남아 아이들을 보살펴 왔다. 외부의 적이 언제 어디로 오는지 감시하기 위해 한눈에 모든 방향의 동태를 살펴야만 했던 것이다. 그래서 여자는 한번에 많은 것을 볼 수 있다.

필요없는 것은 사라져 버려! 머릿속의 스크리닝 아웃
책상 위에 여러 장의 트럼프 카드가 놓여 있다. 그리고 그 중에서 스페이드에이스 카드를 찾는 테스트를 시작한다.(책 30쪽 참조) 얼마나 많은 사람들이 정답을 맞혔을까? 정답자가 그리 많지는 않았다. 책상 위에 놓인 카드들 중에는 검은색 스페이드에이스 카드 세 장, 빨간색 스페이드에이스 카드 두 장이 놓여 있었다. 실험 결과 많은 사람들이 세 장이라고 답했다. 스페이스에이스 카드가 검은색이어야 한다는 말은 없었다. 세 장이라고 한 사람들에게 빨간색 스페이드에이스는 보이지 않았던 것이다. 왜 그랬을까? 보통 이런 실험을 하면 사람들은 스페이드에이스는 검은색이라는 통념 때문에 빨간색을 우선 배제한다. 이것이 바로 스크리닝 아웃screening out, 불필요한 정보를 애초에 차단하는 우리 뇌 활동의 일부분이다. 즉 머릿속의 상식과 통념이 빨간색 카드를 제외하고 검은색 카드에서만 스페이드에이스를 찾도록 한 것이다.
이런 예는 실생활에서도 많다. 일반적으로 단체 사진을 볼 때 여성들은 키가 크고 잘생긴 사람은 잘 기억하고 그렇지 않은 사람은 잘 기억하지 못한다. 이는 남성도 마찬가지다. 그들은 머릿속에서 ‘스크리닝 아웃’된 것이다.
긴꼬리과부새의 경우도 마찬가지다. 긴꼬리과부새의 수컷은 꼬리의 크기와 화려함으로 암컷을 유혹한다. 암컷 역시 꼬리가 짧은 수컷은 절대 선택하지 않고 꼬리가 길고 화려한 수놈만을 선택한다. 심지어 긴 꼬리 때문에 움직임이 둔해져 포식자에게 잡히더라도 말이다.

나쁜 냄새와 좋은 냄새를 정의할 수 있을까?
1971년 일본의 한 공장지대에서 폐수를 둘러싼 이상한 논쟁이 벌어졌다. 공장 주변의 마을 주민들은 공장에서 ‘나쁜 냄새’가 흘러나온다고 하소연했고, 공장 관계자는 그 냄새는 ‘좋은 냄새‘라며 항변했다. 관할 관청은 정확한 판정을 내릴 수 없어 몹시 곤혹스러워했다. 그리고 후각 전문가인 군마 대학 다카기 다유키 교수를 찾아가 ’나쁜 냄새‘를 정의해 달라고 의뢰했다.
본래 ‘나쁜 냄새’라는 것은 존재하지 않는다. 특정 성분의 냄새분자들이 있을 뿐이고, 그것을 사람들이 기분 좋게 받아들이거나 기분 나쁘게 받아들이는 것뿐이다. 그리고 이것은 상대적일 수 있다. 대여섯 살 미만의 아이들은 ‘똥냄새’를 좋아한다. 그리고 딸기 냄새는 젊은이들보다 중년층 이상이 대여섯 배 정도 더 좋아한다고 한다. 마늘 냄새는 민족에 따라 다르고, 홍어 냄새, 향수 냄새 등도 사람들에 따라 다르게 받아들인다.
다카기 교수는 여러 분야의 전문가들과 협력하여 전국적인 후각 조사를 실시했다. 그리고 이 조사의 기준이 되는 10가지의 냄새 물질(장미 향기, 사향, 과실향, 누른 냄새, 식초 냄새, 나프탈렌 냄새, 마늘 냄새, 땀 냄새, 페놀 냄새, 스카톨=대변 냄새)을 선정했다. 이 냄새 물질에 선호도에 따라 각각 -4점에서부터 +4점까지 체크하도록 하고, 이를 바탕으로 좋은 냄새와 나쁜 냄새에 대한 규정을 정했다.

감각이 발달한 건 이성 때문이야!
지구상에 살아 있는 모든 생물들은 저마다의 감각능력이 있다. 아주 작은 미생물부터 너무 커서 둔하기 짝이 없는 동물들까지 나름대로 민감하게 반응하는 특별한 감각이 있다는 것이다. 그리고 이러한 감각은 외부의 위험으로부터 자신을 보호하는 역할을 하기도 하지만, 가장 중요한 것은 역시 ‘생식’이다. 즉 감각의 가장 큰 임무는 동종 이성을 감각하여 자손을 번식시키는 것이다.
시각에 비해 상대적으로 후각이 많이 발달한 동물들은 상대의 냄새를 맡고, 그것이 자신과 같은 종인지, 그리고 이성인지를 판별한다. 반면에 독일바퀴의 경우 꼭 더듬이 접촉을 통해서만 동종이성을 파악한다. 연구 결과 시각도 아니고 후각도 아닌 미각으로 상대방을 파악한다는 것이 밝혀졌다. 맛을 보고 이성임을 알아보는 것이다.
2000종 이상이 있는 것으로 알려진 반딧불이는 빛이 깜빡거리는 간격과 속도로 자기 종을 알린다. 즉 아무렇게나 깜빡이는 것이 아니라 종 특유의 간격이 있는 것이다. 그래서 수컷 반딧불이는 종 특유의 간격으로 깜빡거리며 날아다니고 이 신호를 보고 자신과 같은 종의 수컷임을 알아차린 암컷 역시 종 특유의 간격을 깜빡거려 수컷을 이끌어 낸다.
시각이 발달한 인간은 겉모습으로 일단 번식 상대를 판단한다. 그리고 지구상 생물 중에서 유일하게 ‘시각 정보’만으로 ‘성적 흥분’을 일으킨다. 인간과 98%의 유전자가 같다는 침팬지도 시각으로 흥분하지는 않는다. 심지어 인간은 실제 이성이 아닌 종이 위의 그림이나 사진, 영상만으로도 흥분한다. 후각이나 촉각 등 다른 감각이 전혀 없이 오로지 시각 하나만으로 흥분하는 유일한 생물체이다.

과학을 만난 종교 이야기
오랜 세월 동안 인류는 종교 체험이 신의 존재를 증명하는 계기라고 믿어 왔다. 그리고 이러한 종교 체험에 별다른 이의가 없거나 그저 단순한 환각 정도로만 인식해 왔을 뿐이다. 하지만 최근 이런 종교 체험에 대한 과학적인 연구가 시작되고 있다. 어떤 조건에서 어느 정도의 집중을 하면 종교 체험과 같은 환각 증상이 일어나는지, 그러한 증상과 관계된 뇌 부위는 어디인지에 대한 연구가 진행되고 있는 것이다.
펜실베이니아 대학교의 신경학자 앤드루 뉴버그 박사는 종교적 체험이 일어날 때의 뇌신경의 변화를 확인하는 실험을 해 보았다. 8명의 티베트 승려와 프란체스코 수도회 수녀의 협조를 받아 진행된 그 실험에서 피실험자들은 어둡고 조용한 명상실에서 각각 기도와 명상에 들어갔고, 연구자들은 명상실 바깥에서 뇌혈류의 분포를 측정하기로 했다. 그 결과 피실험자들이 신을 느끼고 있을 때 대뇌의 방향정위 연합영역의 혈류가 뚜렷이 낮아져 있음을, 즉 그 부위의 활동이 저하되어 있음을 발견하였다. 이 부위는 자신과 외부세계의 경계를 시·공간적으로 인식하는 부위이다. 즉 자신과 대상의 경계선을 그어 자신의 위치와 움직임에 대한 감각을 파악하는 부위이다. 신을 경험했을 때 이 부위의 활동이 저하된다는 것은 결국 영적 체험이라는 것이 과학적으로 증명 가능하고, 또 인공적으로 조작 가능하다는 것을 설명해 준다.
실제로 최근에는 경두개 자기자극이라는 기술을 이용하여 대뇌피질의 특정 부위를 자극해 마음의 상태가 어떻게 바뀌는지를 알아보는 연구가 진행되고 있다. 캐나다의 심리학자 마이클 퍼싱어는 좌측 측두엽의 일부를 자극해 태어나서 처음으로 신을 느꼈다고 보고했다.

세상 모든 과학 이야기 사이엔티아_SCIENTIA 시리즈
사이엔티아는 바다출판사가 출간하는 청소년 과학 도서 시리즈입니다. “사진과 그림으로 떠나는 21세기 최첨단 과학 여행”이라는 콘셉트로 기초 순수과학에서부터 논리학, 수학을 포함하여 최첨단 응용과학까지 과학의 모든 영역을 아우를 이 시리즈는 인류가 쌓아온 모든 과학적 지식뿐 아니라 현대인의 삶에 없어서는 안 될 첨단 과학의 현주소를 충실하게 짚어낼 것입니다.
이 시리즈는 중고등학생이 주 독자층이지만, 최신 과학 분야의 성과도 다루고 있어 대학생 및 일반인들도 읽을 만한 시리즈입니다. 특히 각각의 책에 담긴 풍부한 사진과 그림 자료를 이용한 다채로운 편집은 내용 이해를 도울 뿐 아니라 독서의 재미를 배가시킬 것입니다.
* SCIENTIA는 과학을 의미하는 SCIENCE의 라틴어 원어로, “지식”, “앎”이라는 뜻을 가지고 있습니다. 이 시리즈는 과학이 만들어가는 우리 시대의 새로운 “지식”과 “앎”을 충실히 담을 것입니다.