현대과학과철학

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생물학 용어 중 유전암호(genetic code)라는 것이 있다.
좀 설명이 길어질 수 있는데...
일반인에게도 잘 알려진 바와 같이 모든 생명체-세균으로부터 인간에 이르기까지-는 자신을 구성하고 유지하는데 필요한 정보를 DNA라고 하는 물질에 암호처럼 저장해두고 있다. 예를 들면 ATGAAATTCCGGTTTT.... 이런식으로
유전암호는 위와 같은 암호문을 해독할 수 있는 “로제타스톤”과 같은 것으로 표로 되어 있다. 이 유전암호표를 가지고 생물학자들은 DNA에 기록된 정보를 해독한다. 놀라운 것은 세균에서 인간에 이르는 모든 생명체가 같은 유전암호를 사용하고 있어 어떤 생물로부터 얻은 DNA 정보도 같은 유전암호표를 사용하여 해독해 낼 수 있다는 것이다.


뇌과학(신경과학) 분야에도 신경암호(neural code)라는 개념이 필요하지 않나 생각한다.
유전암호와 유사하게 신경암호는 뇌에 저장된 정보를 해독하기 위해 필요하다. 뇌는 정보를 신경활동 즉 전기신호 형태로 저장한다. 따라서 신경암호는 이러한 전기신호를 해독할 수 있는 무엇이다. 유전암호는 4×4×4 행렬로 표현되는 매우 간단한 하나의 표다 하지만 아마 신경암호는 유전암호와는 비교할 수 없을 정도로 복잡할 것이고 전기신호의 시공간적 패턴들을 분석하여 얻어지는 끌개(attractor) 형태로 주어지지 않을까 생각한다.
거대한 차원을 가진 상태공간 속의 끌개들을 가지고 미래에는 뇌 속에 저장된 정보들을 해독할 수 있지 않을까...
해독되는 정보들은 아마 현재 일어나고 있는 지각경험, 앞으로 일어날 운동 그리고 과거 기억 등이 될 것이다.


만약 있다면 신경암호를 우리는 어떻게 찾을 수 있을까?
이 방법 또한 유전암호를 찾았던 방법에서 어떤 시사점을 얻을 수 잇을 것이라 생각한다.
유전암호를 과학자들은 어떻게 알아냈을까? 알고보면 방법은 무척 단순했다.
DNA에 저장된 정보는 사실 단백질의 아미노산 배열 순서이다. 다시 말해 아미노산들이 일렬로 연결된 단백질에서 어떤 아미노산들이 어떤 순서로 연결되어 있는가 하는 것이 DNA가 담고 있는 유전정보의 전부이다. 생물학자들이 유전암호를 찾아낸 방법은 예를 들면 TTTTTTTTTTTTT... 이런 식으로 매우 단순한 암호문으로부터 어떤 아미노산 배열을 가진 단백질이 만들어지는가를 분석한 것이다. 이 암호문의 의미를 알게 되면 다음에는
AAAAAAAAA...
GGGGGGGGG...
CCCCCCCCC...
AAGAAGAAG...


이런 식으로 가능한 조합을 하나하나 검토해 본 것이다.
좀 어리석은 방법인 듯이 보이지만 과학자들이 신경암호를 푸는 방법도 이와 유사한 경험적 방법밖에 없다고 생각한다. 물리학이나 화학으로부터 어떤 전기신호패턴이 어떤 정보를 담고 있을지 계산(예측)할 수 있는 방법은 없다. 왜냐하면 특정 전기신호패턴이 특정 감각 또는 특정 운동과 연관되는 것은 필연적 이유가 있어서가 아니라 진화적 우연에 의한 결과이기 때문이다.  


나는 미래의 언젠가에는 인류가 뇌를 스캔하여 타인이 무엇을 보고 있고 무슨 생각을 하고 있는지 알 수 있는 날이 올 것이라 생각한다. 그 기술이 어떤 윤리적 또는 사회적 문제를 야기할 것인가와는 상관없이...


하지만 그 미래에도 여전히 이해할 수 없는 한 가지는 “왜 그와 같은 전기신호패턴이 그렇게 느껴지는가?” 일 것이다. 이 의문을 우리가 언젠가 이해할 수나 있을런지...

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    한정규 2013.02.21 01:08
    해머로프의 의견은 흥미롭지만... 너무 독창적이라는게 문제고... 미세소관이 뉴런에서 차지하는 부분이 그렇게 크지는 않기 때문입니다. 신호전달에 의한 구조를 결정하는 것은 맞죠. 펜로즈는 잘 모르겠습니다.

    '신경암호'라는 용어를 쓰셨는데 새롭게 만드신 건가요 아님...
  • ?
    엄준호 2013.02.21 01:08
    펜로즈 등 일부 물리학자들이 의식을 양자이론으로 설명하려 한다는 것은 알고 있습니다. 전에 펜로즈의 "황제의 새마음"이란 책을 읽은 기억이 있습니다. 그리고 말씀하신데로 세포골격을 구성하는 단백질 중 하나인 microtubule이 의식을 발생시키는 역할을 한다고 펜로즈는 주장하고 있습니다. 그런데 생물학을 전공한 저로서는 microtubule의 구조 및 기능을 너무 잘 알고 있기에(?) 선뜻 이 이론이 이해가 되지 않더군요. microtubule이 의식을 만들어낸다......
    이참에 다시 한번 숙고해 보고 댓글을 다시 올리겠습니다.^^
  • ?
    엄준호 2013.02.21 01:08
    한정규님과 거의 동시에 글을 올린 것 같네요^^
    신경암호라는 개념은 이런 생각을 하다 떠오르게 되었습니다. 들어보세요...
    식탁 위에 놓인 사과를 저와 제 아내가 함께 보고 있다고 할때, 저에게 보이는 사과와 아내에게 보이는 사과 모습은 같을까 아님 다를까?
    많은 신경과학자들과 철학자들은 우리는 타인의 주관적 경험을 알 수 없기 때문에 위 질문에 정확하게 답할 수 없다고 이야기합니다. 하지만 저는 생물학을 공부한 사람으로써 아주 단순하게 생각해 봅니다. 우리가 같은 사물에 대해 전혀 다른 지각경험을 한다면 과연 우리가 함께 살 수 있고 생존할 수 있을까?
    저는 우리가 일상 생활에서 늘 느끼고 있듯이 제가 보는 사과를 제 아내도 거의 유사하게(물론 100% 똑같지는 않겠지요) 경험한다고 믿습니다. 그렇다면 서로 다른 신경망구조를 가진 뇌를 가지고 같은 경험을 한다면 어떤 공통의 현상이 두 사람의 뇌 속에서 일어나야 하겠지요. 이 공통의 뇌 속 현상은 아마 모든 사람의 뇌 속에서의 공통 현상일 것이고 저는 이것을 신경암호(neural code)라 이름붙여 보았습니다. 그리고 신경암호는 위 글에서 말씀드린데로 어떤 crude한 신경신호는 아닐 것입니다 만약 있다면...

    다른 한편 한정규님의 질문을 받고 구글에 neural code를 검색해 보았습니다.
    역시 하늘아래 새것이 없다는 말이 맞군요. 이미 neural coding, neural encoding, neural decoding이란 용어를 쓰고 있네요. 그리고 잠깐 읽어보니 제가 생각한 것과 비슷한 것도 같고 아님 제가 생각한 것과는 달리 유전암호와 같은 보편적 암호체계를 의미하는 것은 아닌 것도 같고 좀 더 살펴보겠습니다.
    다만 앞서 말씀드린 바와 같이 이런저런 생각을 하다 문득 떠오른 용어인데 그럴듯 한 것 같아 적어 보았습니다.^^
  • ?
    김제원 2013.02.21 01:08
    내가보는 사과의 빨간색을 남도 똑같이 느낄 것인가...
    감각질로 번역되는 qualia 문제군요.

    말씀하신대로, 제 생각에도 같게 느끼리라는고 생각은 되는데, 역시나 증명할 길이 없는 문제라...

    신경 암호라는걸 상정하고 모델을 만들어서 인체에서 찾아보는 식의 접근도 충분히 좋은 시도라고 생각되네요.
  • ?
    엄준호 2013.02.21 01:08
    화이트헤드의 철학은 들을수록 흥미롭습니다^^

    1. 공통의 감각경험이 있다면 이에 대응하는 공통의 뇌 신경신호패턴(검출기로 직접 탐지되는 신경전기신호는 아님) 있을거라 생각됩니다.

    2. 1차적인 감각경험에 대응하는 공통의 신경신호패턴은 아프리카 어떤 부족도 우리와 동일할 것이라 생각합니다. 하지만 인간에게는 선천적, 자동적으로 주어지는 공통의 신경신호패턴을 다시 재구분하는 능력이 있습니다. 언어를 통해서...
    즉 우리와 아프리카 어떤 부족 사람이 동일한 사물에 대해 뇌 속에서 선천적 신경신호패턴으로 A-B-C 가 만들어졌다 하더라도 후천적 언어를 통해 이 패턴을 우리는 A-B, C로 아프리카 어떤 부족 사람은 A, B, C로 그리고 지구상의 또 어떤 부족은 A, B-C로 구분할 수 있는 것이죠. 이것이 말씀하신 문화적 차이를 낳는다고 저는 생각합니다.
    그리고 앞서 말씀드린 바와 같이 뇌의 가장 핵심기능이 바로 이와 같이 구분, 구분의 구분,, 구분의 구분의 구분...을 하는 것이라 생각합니다.그리고 바로 이 구분을 효율적으로 하게 해주는 도구가 바로 언어라고 저는 생각합니다.

    3. 의식의 양자이론은 좀 더 공부하고 말씀드리겠습니다. 다만 매우 매우 비판적으로 읽고 있습니다^^
  • profile
    김형태 2013.02.21 01:08
    엄준호 박사님의 현대과학과 철학 공부모임 게시판을 통해, 공부에 대한 많은 자극과 영감을 얻게 되었습니다. 화두로 제시하신, 신경암호 개념 그리고 로저 펜로즈의 양자 마음과 현대철학의 입장 등이 매우 흥미롭습니다. 어느 분야든 상상력 이야말로 앞으로 나아가는 오래된 동력이라고 생각합니다. 낯선 대상에 대해 거부감보다는 호기심으로 다가 갈 때에 많은 부분을 채울 수 있다는 생각을 해 봅니다. 귀한 말씀을 해주신 모든 분들께 감사드립니다. 고맙습니다.
  • profile
    김형태 2013.02.21 01:08
    아.. 글구 추천 해 주신, <뇌의 미래> 감사합니다. ^^
  • ?
    장철순 2013.02.21 01:08
    신경암호와 정보 대한 소고(小考)

    정보란 물리적 패턴으로 어떠한 의미를 가지는 것,
    이때 의미는 인간의 인식에 의하여 주어진다.

    오감(五感)에 따른 정보는 물리적 신호 패턴으로 인지가 된다.
    시각은 가시광선 영역으로
    청각은 가청주파수의 진동패턴으로
    미각과 후각은 분자적 화학반응으로
    촉각은 온도와 압력으로

    그리고 감각세포의 신경세포에 의하여 신경전류 패턴으로 변환이 되어 신경망을 통하여 뇌의 뉴런으로 전달이 되어진다.
    신경 전류의 신호패턴은 시간에 따른 off, on, 전압(V), 전류량(A)으로 되어있다.
    그러면 각 감각세포(신경세포)의 분포를 보면 전해지는 신경 전류의 정보는 매우 단순하다.
    세분화 된 물리적 신호패턴에 따른 정보로, 인지된 대상의 있다는 것과 신경전류의 패턴일 뿐이니까

    그런데 우리는 신경전류패턴상태로 대상을 인식하지 않는 것 같다.
    따라서 뇌에서는 세분화된 정보를 취합하여 대상을 인식을 한다.?
    그러면 정보의 취합은?
    공간적인 것과 색상적으로 취합할 수가 있는 것과 시간적으로 취합을 할 수가 있는 것으로 이루어진다.
    그러면 취합된 신호의 패턴의 정보를 묶어서 대상을 인식을 한다.?
    따라서 취합된 정보의 패턴이 같거나 유사하면 같은 대상으로 인식이 되어진다.

    이러한 취합적 정보의 패턴은 뇌의 대뇌피질에서 감각세포의 정보를 담당하는 뉴런과 이에 따른 신경망(축색돌기와 수상돌기)의 직렬과 병렬의 매트릭스(matrix) 구조에 의하여 이루어진다.?
    그러면 "축색돌기"는 감각세포와 직렬적 연결 상태이고, "수상돌기"는 뉴런끼리의 병렬적 연결 상태가 되는 것일까?

    따라서 이렇게 취합되어지고 취합된 정보의 패턴의 차이로 정보의 구별을 하여 대상을 인식을 한다.
    이렇게 보면 언어체계에서 단어적(單語的) 의미는 취합된 단위의 정보에 의한 것을 표현 하는 것으로 볼 수가 있지 않을까?
    이와 같이 보면 우리의 인식은 언어적 체계와 같이 이루어진다고 할 수가 있다.?
    언어체계는 단어(낱말 : 문장에서 최소단위의 의미를 가지는 말)의 의미와 이와 연관된 단어의 조합으로 의미(정보)를 표현하거나 전달하는 것으로, 인식에 따른 상태(과정이나 결과)의 일부를 우리의 의지에 따른 필요에 따라서 음성의 소리패턴으로 표현하는 것으로 볼 수가 있기 때문이다. ?

    따라서 우리가 인식한 대상의 의미는 감각신경계에서 이루어지는 정보의 취합으로 언어적으로 의미를 가진다. (언어적 정보)?

    과거에 전자(電子 electron)라는 개념이나 존재는 없었다. 그러나 전자가 존재하지 않았던 것은 아니다. 다만 전자는 톰슨이 실험적으로 발견을 하고(인식을 하고)나서 이를 전자라고 하며, 우리의 인식 속에서도 존재의 의미를 가진 것이다.

    이렇게 보면 객관적 존재의 존재원인은 존재자체에 있고, 존재의 의미는 우리의 인식에 의하여 부여가 된다?

    그래서 자연(自然)을 스스로 그러하다 하고 하는 것인가?
  • ?
    엄준호 2013.02.21 01:08
    늦었지만 미선님 글에 대해...

    1. 같은 감각신호가 들어와도 그 신호들이 놓이는 맥락이 다 다른데 그것을 어떻게 해독하는가? 최근 한 논문에서는 실험자의 뇌 신호를 포착하여 모니터화면에 그 사람이 본 얼굴을 띄운 실험결과를 발표했습니다. 물론 사진처럼 뚜렸하진 않았지만 수많은 가능한 조합속에서도 실험자가 실제 본 얼굴을 어렴풋이 재생해냈습니다.
    물론 저도 미래에 뇌 신경신호로부터 어떤 사람의 경험을 비디오로 찍은 것처럼 보여줄 수 있다고는 생각하지 않지만 제가 신호를 해독하는 방법이 경험적일 것이라 한 의미가 있습니다.
    사람은 불가능해 보이는 분야에서도 어떤 답을 찾습니다(완벽하지는 않아도..). 미선님이 말씀하신 것처럼 우리가 맥락을 어떻게 다 알 수 있어 신호를 해독하느냐 하시겠지만 아마도 과학자들은 우리가 경험하는 맥락도 분류하여 대강의 맥락을 재현할 것입니다. 대강도 매우 유용하죠. 우리는 실재를 알 수 없습니다. 실재에 대한 모델을 가질 뿐이죠. 하지만 상관없죠. 살아가는데 문제가 없으면.. 그것이 생물이 뇌가 진화해 온 길인 것 같습니다.
    적절한 비유인지 모르겠지만 미래에 뇌 신호로부터 경험을 대강밖에 재현할 수 없다해도 유용해서 사람들은 그 방법을 아마 개발할 것 같습니다. 그리고 그 대강의 재현도 점점 정교해질거에요. 그냥 제 상상^^
  • ?
    엄준호 2013.02.21 01:08
    글 감사합니다. 잘 읽었습니다.
    미선님의 견해에 대부분 동의합니다. 의미장이란 용어가 흥미롭습니다.
    개인적으로 저의 공부이력을 되돌아보니 젊었을 때(?)에는 인간이 동물과 유사한 점들에 주로 주목했던 것 같습니다. 그런데 요즘에는 인간이 동물과 다른 점이 자꾸 눈에 들어보네요.

    ...

    다른 한편 인간의 특징 중 하나인 의식에 관심을 가지면서 김재권 박사의 의식에 대한 물리주의에 불만을 느끼고 있습니다. 워낙 대학자이니 그 분의 이론을 제가 감히 비판하는 것은 어불성설이겠지만 전문적인 학계에서 이야기하는 것이 아니니. 조만간 한번 비판적 시각에서 김재권의 물리주의에 대한 글을 올리려 합니다. 그때에도 철학자로서 관심 부탁드립니다 ^^

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