신경과학으로 인간을 읽다

신경과학으로보는 마음의지도 중에서 (호아킨M. 푸스테르) 지음

                                                                      

*인지망 모델의 기능적 구조 덕분에 이 모델은 지각기능과 기억기능을 위해 요구되는 물리적 속성과 상징적 속성 들의 특정한 조합으로 지식을 분류할 수 있다. 일부 인지망 모델은 논리적 조작이나 언어적 조작을 수행할 수 있다(Anderson, 1995)

*인간 지식의 개성은 100억개 피질 뉴런의 저장소에서 일어날 수있는 사실상 무한한 뉴런의 조합이나 부분집합으로부터 유래한다.

* 코그니트(cognit)=피질망의 인지적 구조를 특정짓기 위해 대뇌 피질안의 지식 표상을 총칭하는 말

   하나의 코그니트는 세계, 자아, 또는 그 사이의 관계에 관한 포괄적인 지식이다.

   코그니트의 그물망 구조는 학습이나 과거 경험에 의해 서로 연합되어 온지각 또는 동작의 기본 표상으로 

*코그니트는 모든 인지작용의 구조적 기질이다. 어떤 기본 코그니트(예컨데 색지각, 필수문법 지식)은 타고난다.

*인지 기능에는 활성화된 코그니트가 분포하고 있어서 그것을 바탕으로 기능이 작동한다.

*신경기제

지각은 기억의 획득과 인출의 일부이고, 기억은 지각이 획득한 정보를 저장하고 , 언어와 기억은 서로에 의존하고, 언어와 논리적 추리는 인지적 동작의 특수한 형태이고, 주의는 다른 모든 기능을 위해 일하고, 지능은 다른 모든 기능에 이바지하고 있다.

*신피질 발달과정에서 유전적 요인이 신경활동 및 개체의 경험과 일으키는 상호작용에 관해 설득력있는 일련의 추리가 등장하고 있다.

*피질의 계통발생

  약 2억5000만년 전인 중생대 초, 한 무리의 파충류에게 포유류의 특성이 생겼다.오랫동안 학자들은 그것이 알려진 최초의 포유류라고 여겼다(Allman, 1984; Carroll,1988; Jerison, 1990)

 그 특성 가운데 하나가 대뇌, 다시말해 종뇌의 등쪽에서 안쪽에 위치한 해마 외투와 가쪽에 위치한 이상 외투사이에 새로운 층상의 신경구조가 생긴 것이었다. 사이에 끼어든 신외투가 바로 포유류 신피질의 구조적 전구체이다.

신피질의 진화적 발달이 환경에 더 잘 적응하고, 동종과 더 휼륭하게 소통하고, 더 오래 사는 데에 직접 기여해 왔다는 명백한 소급적 증거에 관해서는 반론이 없다.

 

 영장류가 진화한 5000만년 동안, 즉 영장류 종이 원원류로부터 원숭이, 유인원을 거쳐 마지막 인류(약25만년전에 나타난 호모사피엔스)에 이르는 동안 신피질의 상대적 크기는 점점 더 빠르게 증가한다.

 피질의 팽창-생쥐로부터 인간까지 약1000배에 달하는-은 방사상의 기둥 단위가 증식함으로써 달성되었다(Rakic, 1995)

*신피질의 기초감각 및 운동기능에 필수적인 하나의 유전체가 모든 포유류 종의 기본적인 적응적 필요를 충족시킬 수 있는 반면, 그 유전체가 약간만 개조되어도 행동 및 인지능력이 엄청나게 변할 수 있다(Krubitzer, 1995)

* '연합피질'이라는 용어로 이해될 만한 영역에서 어떤 식으로든 전문화된 감각영역과 운동영역이 발생했다는 관념이다.

 비특이성으로부터 특이성으로가는 이 가설적 추세는 원시 유기체들 일부가 이미 다수의 매우 전문화된 피질 영역을 지니고 있다는 증거와 부합하지 않는다(Crewther et al., 1984 ; Krubitzer et al., 1995)

 결론적으로 신피질영역과 기둥의 추가, 첨단 수상돌기의 연장, 백색질의 확장은 계통발생적으로 신피질 뉴런이 서로 연결되는 능력, 따라서 표상 및 작동의 그물망을 형성하는 능력이 몇 배로 커짐을 반영한다.

 이 관점으로부터 논리적으로 그 그물망들은 인간의 뇌 안에서 복잡성과 인지에 이바지하는 능력이 최대에 도달한다.

*신피질의 수상돌기는 출생후에도 주로 연장에 의해 계속 성장한다.(Becker et al., 1984)

 일부 피질 영역에, 예컨데 브로이카 영역에 속하는 수상돌기들은 출생 후에 상당한 길이로 성장한다.(Scheibel, 1990)

*신피질 요소들의 왕성한 성장과 소모가 지니는 중요성과 함축된 의미는 별로 알려져 있지 않다. 의심할 여지없이 이 과정은 대부분 유전적으로 결정되지만, 출생후 어느 시점에 안팎에서 기인하는 수 많은 요인의 영향을 받으며, 이 요인들도 성인이 되어  나타나는 최종 결과에 기여하는 징후들이 있다.

* 선택주의자는 피질 표상을 신경요소들이 경쟁적으로 선택한 결과라고 본다.

타고난 변이와 적응이 신경요소를 선택하거나 제거하는 역활을 한다는 주장이다.

 전체적인 과정은 유기체가 환경에 노출되면 경쟁-감각입력, 시냅스, 뉴런 집단등등을 놓고- 이 일어날 것이고, 경쟁의 결과 다른 요소들의 집합이 사라지는 대신 일정 요소들의 집합이 생존해 특화될 것이다.

 그 가정된 선택과정 중 연결측면에서 수상돌기보다 축삭이 더 결정적인 역활을 한다. 축삭은 연결을 위한 뉴런의 폭발과 선택에 적극적으로 개입하는데, 선택적 연결을 확립하는 데 실패하면 쉽게 위축되기도 한다.

*에덜먼(1987)이 제안한 뉴런집단 선택론의 중심에 있는 것이 바로 탁월하게 그럴듯한 선택주의 모델이다.

이 모델은 환경과 밀접한 상호작용에서 일어나는 선택 과정을 통해 기존의 뉴런 개체군으로부터 표상의 그물망이 형성된다고 설명한다. 

 최초의 기질은 외부 자극에 다소 잘 반응하는, 후성적으로 발달된 1차목록의 세포집단(예컨데 기둥형의 뉴런모델 또는 집합체이다)이다.

이 집단들 가운데 외부 자극에 반응해서 함께, 그리고 서러 관련되어 방전하는 경향이 있는 일부는 시냅스들이 강화됨으로써 선별될 것이다.

 회귀 또는 재입력은 집단 내부와 집단 사이를 잇는 연결들 일부의 본질적인 특성이다. 그것은 계산모델들이 이론을 바탕으로 내놓는 기능적 구조의 본질적 특성이기도하다(Tononi et al.,1992)

*1차 목록의 세포집단 2차 목록의 뉴런집단

1차 목록의 세포집단에서 근본적이 변이, 상관관계, 연계 재입력을 바탕으로 일어나는 경쟁적 선택 과정으로부터 2차 목록의 뉴런이 출현할 것이고, 그것이 새로운 표상의 지도를 형성할 것이다.

2차 목록의 뉴런집단, 즉 새로이 형성된 지도 또는 그물망의 뉴런 집단은 이후 그것을 형성했던 개별 자극에 더 잘 반응할 것이다. 뿐만 아나라 전체로서의 그물망이 그러한 자극에  명확히 반응함으로써 자극을 재인할 것이다.

 따라서 선택 과정에 의해 2차 그물망은 그것의 일부가 된 원래의 1차 목록 세포 집단보다 더 효율적인 표상 및 분류장치가 되어 지각, 기억, 행동을 뒷받침하게 될 것이다.

*기능심리와 유사한 축중

 면역학에서 기원하는 개념인 축중이 바로 그물망의 결정적 속성이다. 축중이란 별개의 구주적 성분을 자극했을 때 같은 반응을 유발하거나 같은 결과를 초래하는 그물망의 능력을 가르킨다. 

*'풍요로운 환경' 동물에게서 수상돌기가 길어지는 동시에 더 큰 시냅스가 가시들의 숫자는 줄어드는 현상을 나타날 수도 있다.(Mollgaard et al, 1971) 일반적으로 과잉요소를 쳐내야 그에 따라 실제로 더 큰, 아마도 계산적으로 더 효율적인 시냅스, 축삭, 수상돌기가 발달하지 않을까 생각하게 되는 이유가 있다.

*선택주의자와 구성주의자 모두가 똑같이 동의하는 것이 한가지 있다면, 그것은 인지망을 만드는 데 있어서 시냅스가 중심 역활을 한다는 것이다. 우리 안팎의 환경, 즉 우리의 내부 환경과 주위 신피질 표상들은 뉴런사이의 접촉을 수정함으로써 구축된다고 모든 사사람들이 인정한다.

*설계된 기능에 관여하는 피질, 편도체, 신경전달물질계)

 새로운 표상을 형성하기 위해 해마로부터의 입력이 필요한 곳은 신피질의 연합능력 뿐이라는 것이다. 일차 감각피질 및 일차 운동 피질에는 해마로부터의 입력이 필요하지 않다.

 이는 감각 표상과 운동 표상은 일차 피질 안에 타고 난다는 특징과 관계가있을 것이다. 출생시에 피질의 구조 안에는 이미 환경과 유기체가 하는 동작의 표상이 내장되어있다.

 그 구조는 기본 감각 및 운동 표상을 형성하는 데 해마의 입력이 필요하지 않은 반면, 연합피질은 개체의 새로운 기억을 수용하거나 인출하기 위해서도 해마의 입력을 필요로 하는 것같다. 해마는 신피질 위에 기억을 만드는 역활을 한다.

* 변연계의 가장 중요한 핵 복합체인 편도체는 외부자극에 감정적 의미를 부여하는 역활을 한다. 편도체는 기억의 등록에서 너무나 중요한 역활을 하는 정서 및 동기유발과 관련된 입력을 신피질에 전달한다, (기능심리학에서 동기유발은 호전기능이라고함)

*신피질에서의 그물망 표상의 구축은 피질하에서 기원하는 신경화학 물질의 조절도 받는다. 신피질은 뇌간(뇌줄기)에서 기원하는 여러 신경전달물질계를 수용한다.

신경전달물질은 수면, 기상, 각성과 같은 전반적인 상태기능에 정밀하게 관여하며, 새로운 표상을 형성하는 신피질의 능력과 막중한 관련이 있다. 모노아계 전달물질이 피질망 형성에서 결정적인 역활을 한다는 것은 의심할 여지가 없다.

 연체동물 군소의 더 단순한 뉴런회로에서도 모노아계 신경전달물질인 세로토닌이 학습의 뿌리에 있는 시냅스 촉진의 기제에 결정적으로 개입한다.(Kandel, 1991)

*주의과정에 중요한기제-감마아미노부티르산

*학습과 기억에 중요한 기제-마이네르트 핵 복합체에서 기원하는 콜린계 신경전달물질(아세틸콜린)

*흥분성 신경전달물질-글루탐산