기억의 미래-언제나 최적의 선택을 찾아내는 우리 뇌의 비밀-

“기억은 과거를 저장해

미래를 그리는 능력이다”

‘모사-선택 이론’으로 밝혀낸 혁신의 열쇠!

기억과 상상의 중심, 해마

인류는 어떻게 찬란한 문명을 발전시킬 수 있었을까? 정민환 교수는 인류 문화와 문명의 발전은 인간이 가진 ‘혁신 능력’ 덕분이라고 말하며, 인간이 혁신을 이뤄낼 수 있는 이유를 ‘추상적 개념을 사용한 자유로운 상상’에서 찾는다. 그렇다면 인간은 어째서 다른 동물과는 달리 추상적인 개념을 활용해 상상할 수 있는 걸까? 《기억의 미래》는 바로 이 질문을 탐구하는 책이다.

저자는 이 질문의 답을 찾는 여정을 ‘기억’에서 시작한다. 저자의 연구팀은 기억과 상상을 연결해 새로운 미래를 만드는 인간의 혁신적인 능력을 ‘모사-선택 이론’으로 이름 지었다. ‘모사-선택 이론’이란 해마가 단순히 과거 사건을 기억하는 데에서 그치지 않고 미래를 대비해 최적의 행동 계획을 수립하고 시뮬레이션해 학습한다는 이론이다. 해마에는 CA1와 CA3 신경망이 있는데, CA3는 강력한 회귀 투사를 기반으로 상상과 창의적 시뮬레이션을 담당하고, 함께 해마를 구성하는 CA1 신경망은 효용가치 정보를 표상한 가치 평가를 담당한다.

우리는 해마가 주로 기억을 담당한다고 알고 있다. 하지만 지금까지 진행된 여러 연구에 따르면 상상 또한 해마의 역할이라는 사실이 밝혀졌다. 해마가 손상된 사람들에게 특정한 내용을 제시했을 때 구체적으로 상상하는 능력이 현저히 저하된 현상이 그 증거다. 이는 기억의 뇌 신경 메커니즘에서 중요한 역할을 담당하는 해마가 사실 상상에도 관여함을 보여준다. 수면 중인 쥐의 장소세포 활동을 관찰한 연구에서 실마리를 찾아냈다. 장소세포란 특정 장소에서만 활성화되는 특성을 가진 세포로, ‘뇌의 GPS’라고 할 수 있다. 쥐의 장소세포는 쥐가 미로에서 먹이를 찾아 이동할 때 활성화됐던 순서로 재활성화됐다. 이를 ‘경로 재생’ 현상이라고 한다. 놀라운 사실은, 실제로 이동한 적이 없는 경로로 경로 재생이 일어나기도 한다는 것이다.

내비게이션을 떠올리면 이해가 쉽다. 내비게이션이 최단 시간이 걸리는 몇 개의 경로만 계산한다면, 교통 체증이나 교통 통제 등 변수 대응이 어렵다. 실제 내비게이션은 여러 경로를 시뮬레이션하고 실시간 교통 정보를 바탕으로 최적의 경로를 추천한다. 이러한 내비게이션의 경로 예측이 바로 해마가 우리 뇌에서 하는 역할이다.

인간은 어떻게 특별한 존재가 되었나

사유와 지적 탐구를 가능케 한 상상

우리를 사회적 동물로 만든

전전두피질과 쐐기앞소엽

쥐의 해마 연구에서 경로 재생 현상을 발견한 것처럼, 인간뿐만 아니라 다른 포유류도 상상하는 능력이 있다. 하지만 인간의 특별함은 ‘상상의 확장성’에서 온다. 물리적인 공간의 이동 경로뿐만 아니라 추상적인 개념까지 경계 없이 상상할 수 있는 능력이 바로 인간을 진정한 혁신의 주체로 만든 원동력이다. 즉, “인간의 혁신 능력은 상상력이라는 기본 능력에 더해 이를 확장하고 심화하는 추상적 사고 능력에서 비롯된다(124쪽).” 이 능력을 활용한 혁신의 사례가 바로 ‘대규모 사회의 조직화’다. 인간은 인류 문명 발전에 중요한 역할을 한 이러한 능력을 어떻게 갖추게 됐을까?

저자는 그 시작을 신피질의 확장으로 꼽는다. 초기 포유류의 뇌에서 신피질이 차지하는 비중은 매우 작았다. 하지만 최근 영장류 진화 역사를 보면 불과 300만 년 만에 뇌의 크기가 350그램에서 1,300~1,400그램까지 커졌으며, 이에 따라 신피질의 비중이 80퍼센트까지 확장됐다. 다른 동물들과의 뇌 구조를 살펴봤을 때 신피질의 비중이 인지 범위와 연결되어 있으며 여기에는 상상하는 능력과 추상적 개념이 포함되어 있음을 알 수 있다.

우리는 일상적으로 추상적 영역과 실재적(비추상적) 영역을 넘나들며 사고한다. 예를 들어, 친구와의 대화를 떠올릴 때 우리는 그 친구의 얼굴이나 목소리 같은 구체적인 요소를 기억하는 동시에 우정이나 신뢰 같은 추상적 개념도 함께 떠올린다. 사람의 추상적 사고 능력은 매우 자연스럽게 작동하기 때문에 특별히 노력을 기울일 필요가 없다. 따라서 추상적 영역에서의 상상 역시 구체적 대상에 대한 상상과 본질적으로 동일한 뇌 신경 기제를 통해 이뤄지는 것으로 보인다(134쪽).

신피질이 발달이 어떻게 고도의 추상적 사고 능력과 연관되어 있는지는 위해 뇌 과학, 고인류학, 인공 신경망 연구 결과를 살펴보면 알 수 있다. 지금까지의 연구 결과를 바탕으로 고차원적 추상 사고를 가능하게 하는 영역으로 추정되는 두 가지 뇌 부위가 있다. 그중 하나인 전전두피질은 추론, 계획 등 하위 뇌 기능을 통제해 적절한 행동을 선택하게 하는 집행 기능을 담당한다. 우리는 전전두피질을 통해 상황에 맞는 융통성 있는 행동을 구사하는데, 학교나 회사, 여타 모임 등에서 우리가 문제없이 사회생활을 할 수 있는 것이 바로 이 전전두피질의 고차원적 추상 능력 덕분이다.

과연 전전두피질만 인간의 추상적 사고와 고차원적 사고에 핵심적인 역할을 하는 것일까? 추상적인 과제를 수행할 때 전전두피질과 함께 활성화되는 뇌 영역으로 두정피질이 있다. 그중에서도 쐐기앞소엽이 핵심적인 역할을 한다. 예를 들어, 예술을 전공하는 학생의 쐐기앞소엽 회색질의 밀도는 비예술 전공 학생보다 더 높았으며, 시상과의 기능적 연결성도 더 높게 나타났다. 이뿐만 아니라 언어적 창의성과 아이디어의 독창성과도 유의미한 관계를 보였는데, 이를 통해 쐐기앞소엽이 고차원적 추상 개념을 직접 형성하는 것이 아니라 이를 적극적으로 돕는 역할을 하고 있음을 알 수 있다.

신피질과 전전두피질의 확장뿐만 아니라 다단계로 구성된 심층 신경망 구조를 가진 뇌의 특성 자체가 인간에게 뛰어난 추상적 상상 능력을 발휘하게 했을지도 모른다. 인공 신경망이 충분한 은닉층을 갖췄을 때 추상적 개념을 인식할 수 있다는 연구 결과가 이를 뒷받침한다. 이렇듯 인간이 가진 고도의 추상적 상상 능력의 기원을 찾기 위해 연구가 많이 이뤄지고 있지만, 아직 명확한 답이 등장하지는 않았다. 하지만 이 능력이 인간으로 하여금 조직이나 사회, 문명 등 중요한 개념을 만들어 문명을 발전시킬 수 있게 했음은 틀림없다.

인공지능 시대에 필요한 창의성의 조건

틀을 깨는 상상의 토대

혁신 능력의 끝은 어디인가

우리의 미래를 결정할 최적의 선택

애플의 아이폰은 왜 사람들을 놀라게 했을까? 아이폰의 등장 이후 극찬을 받는 스마트폰은 왜 많지 않을까? 이유는 바로 창의성에 있다. 창의성은 생각만큼 단순하지 않다. 새로움, 가치, 놀라움이라는 세 가지 요소를 모두 충족해야 우리는 그것을 ‘창의적’ 아이디어라고 여긴다. 그렇다면 우리는 노력을 통해 창의력을 키울 수 있을까? 창의성은 상상력과 밀접한 관련이 있는데, 상상은 인간의 본성이기에 ‘상상력을 키운다’는 말 자체는 성립하지 않는다. 하지만 창의력은 노력을 통해 기를 수 있다.

혁신이란 기존의 틀을 깨는 과정이기 때문에 어떤 경험이나 지식이 혁신의 출발점이 될지는 예측하기 어렵다. 우리가 할 수 있는 최선은 다양한 분야에 관심을 기울이고 그 안에서 사고의 폭을 넓히는 것이다. 맛있는 요리를 만들기 위해서는 다양한 재료가 필요하듯, 창의성 또한 풍부한 재료에서 비롯된다. 아무리 뛰어난 요리사라도 준비된 재료가 제한적이면 결과물 역시 한정될 수밖에 없다. 창의성도 마찬가지다. 풍부한 경험과 폭넓은 지식은 새로운 아이디어를 탄생시키는 토대가 된다(212쪽).

챗지피티, 제미나이, 클로드 등 우리 생활과 밀접한 인공지능이 인간의 사고를 뛰어넘을 수 있을지에 대한 논의가 뜨겁게 이루어지고 있다. 더 나아가 사람처럼 감정을 느길 수 있는지에 대한 물음도 끊이지 않는다. 하지만 지금 고민이 필요한 사안은 “인공지능이 인간의 혁신성을 어디까지 따라올 수 있는지가 아니라 인간의 혁신 능력과 인공지능의 혁신 능력을 어떻게 조화시킬 것인지(256쪽)”다.

인공지능은 빠른 발전을 거듭하고 있다. 챗지피티가 처음 등장했을 때와 지금을 생각해보자. 과연 실생활에 활용이 가능할지, 실효성이 있을지 우려했던 것이 무색할 만큼 인간에게 편의성을 가져다줬다. 하지만 편한 만큼 우려를 표현하는 사람도 점점 많아지고 있다. 주로 기업 주도로 인공지능 기술 개발이 이뤄지는 만큼 효과적인 통제가 어렵다는 의견도 있지만, 저자는 “어쩌면 우리는 지금 인공지능의 잠재적 위협을 예방하고 인류의 안전을 보장하기 위한 사회적 합의와 실질적인 조치가 절실한 시점에 서 있는지도 모른다(249쪽)”고 말하며, 인공지능의 위험성을 인지하고 이에 대한 대책을 세우는 것은 인간의 몫이다. 정확히 말하자면 인간지능이 해야 하는 역할이며, 이는 혁신 능력의 기반이 되는 상상력과 창의력, 그리고 추상적 사고 능력이 얼마만큼 힘을 발휘하느냐에 달려 있다.

결과적으로 인공지능과 인간의 관계는 대체가 아니라 협력의 방향으로 나아가야 한다. 인공지능은 방대한 데이터를 신속하게 분석하고 복잡한 연산을 수행하는 강점을 지니고 있으며, 인간은 창의적 사고와 직관을 통해 새로운 개념을 구상하고 의미를 부여하는 능력을 갖고 있다. 이 조합은 우리가 접근할 수 있는 지식과 창의성의 범위를 극적으로 넓혀 새로운 형태의 혁신을 가능하게 할 것이다(256쪽).

저자의 말처럼, 인류의 혁신 능력은 양날의 검이다. 인류는 이 능력을 활용해 문명을 발전시켰지만, 동시에 환경 오염에 따른 기후 위기, 첨단 기술을 활용한 전쟁 등 전 지구적인 문제들도 초래했다. 생존을 위해 우리는 이 문제들을 반드시 해결해야 한다. 지금 우리가 누리고 있는 문명을 이룩한 것이 인간의 혁신 능력이라면, 앞으로의 미래를 어떻게 만들어갈지도 결국 우리에게 달려 있다. 인공지능 시대를 살아가는 우리는 이 기술을 적극적으로 활용할 필요가 있다. 우리의 선택에 따라 인공지능은 새로운 혁신을 이루는 훌륭한 파트너가 될 수도, 그 반대가 될 수도 있다. 《기억의 미래》는 이러한 혁신 능력을 활용해 다가올 미래를 위한 최적의 선택이 무엇인지 찾을 수 있도록 실마리를 제공한다.

머리말: 불완전한 인간이 만드는 더 나은 미래

1부 기억과 상상으로 미래를 만드는 뇌

1장 기억에서 상상으로

영원히 기억될 기억 상실자 | 기억 임시 저장소 | 해마의 새로운 역할 | 우리가 쉴 때 뇌는 미래를 상상한다

2장 그 기억은 가짜일 수 있다

기억의 오류 | 아버지를 살인자로 만든 기억 | 가짜 기억 심기 | 기억은 조작할 수 있다 | 그림 하나로 천 가지 가짜 기억을 만들 수 있다 | 저장된 조각으로 구성되는 기억

3장 기억과 상상의 핵심, 경로 재생

동물 연구로 밝힌 해마의 기능 | 뇌 속 내비게이션, 장소세포 | 기억의 시간적 요소를 증명하다 | 세타 수면 경로 재생 | 서파 수면 경로 재생 | 과거를 회상하고 미래를 계획하는 기능 | 가지 않은 길을 상상하는 쥐 | 공간이 아닌 경험 순서도 떠올리는 인간 | 쉴 때도 정보를 정리하는 뇌

2부 기억과 상상은 어떻게 이뤄지는가

4장 상상하는 해마

신경망에 자율성을 주는 회귀 투사 | 해마 신경망 | 해마의 창의적인 CA3 신경망

5장 상상을 평가하는 해마

여전히 베일에 싸인 CA1 신경망 | 맥락을 표현하는 신경망 | 효용가치를 표상하는 신경망 | 최적의 선택을 이끄는 모사-선택 | 더 나은 선택을 하는 뇌의 학습

6장 해마 기능의 진화적 기원

포유류와 조류의 해마 | 조류에게는 없는 모사-선택 기능 | 모사-선택의 진화 | 고래와 박쥐의 뒤바뀐 특성 | 댕기박새와 얼룩말핀치새

3부 상상을 확장한 추상적 세계

7장 인간을 혁신의 주체로 만든 힘

경험으로 얻는 추상적 사고 | 선천적으로 갖고 있는 추상적 사고 | 인간의 압도적인 추상적 사고 능력 | 뇌의 크기와 뉴런 밀도의 중요성 | 신피질의 진화에 비례하는 추상적 사고 능력

8장 판단과 조절을 담당하는 전전두피질

모든 행동을 통제하는 집행자 | 성격을 좌우하는 뇌 영역 | 끈기와 융통성 | 전전두피질과 추상적 사고

9장 인류 혁명과 쐐기앞소엽

고차원적 인지 능력의 증거 | 해부학적 현대인의 등장 | 인류 혁명의 원인 | 두개골 모양이 말해주는 뇌 신경계의 변화 | 고등 추상 개념의 핵심, 쐐기앞소엽

10장 인공 신경망의 발전

딥러닝이란 무엇일까? | 스스로 학습하는 심층 신경망 | 인간 지능의 본질에 다가가다 | 다단계 은닉층의 긴밀한 상호작용 | 지금보다 더 진화할 수 있을까?

4부 상상과 추상을 넘어서

11장 상상력과 창의성

창의성의 세 가지 요소 | 기억은 상상과 창의성의 재료다 | 다양한 경험의 중요성 | 실패와 일탈을 허용하기 | 창의성과 지속성의 관계 | 창의성을 촉진하는 3B | 창의적 아이디어를 만드는 깊은 몰입 | 계발이 아닌 활용을 고민하라

12장 인공지능과 혁신의 미래

인공지능의 현재 | 인간이 만드는 인공지능의 미래 | 인간과 인공지능의 혁신 능력 차이

맺음말: 우리의 행동이 우리의 미래를 결정한다

부록 1 회귀 투사와 연합 기억

부록 2 모사-선택 이론의 핵심 근거

부록 3 가치를 표상하는 CA1 뉴런

부록 4 치상회의 기능

후주

그림 출처