몸—삶을 즐기도록 놀랍게 만들어졌다!

과학자들은 인체가 놀랍게 만들어 졌으며 참으로 경이롭게 설계된 공학 작품임을 인정한다. 몸의 모든 부위가 정상적으로 제 기능을 발휘할 때, 우리는 정말 놀랍기 그지없는 일들을 할 수 있고 즐길 수 있다.

예를 들어, 손을 보라. 손은 대단히 많은 작업이나 동작을 해낼 수 있도록 정교하게 설계되어 있다. 바로 지금, 당신은 이 잡지를 두 손으로 붙잡고 읽고 있는가? 그렇다면 두 팔은 이 잡지가 눈으로부터 알맞은 거리에 있도록 정확한 각도로 적당히 구부러져 있다. 손가락으로는 잡지가 손에서 미끄러지지 않도록 필요한 만큼의 압력을 가해 쥐고 있다. 그리고 그 손가락들은 뇌에 의해 통제받고 있기 때문에 지면을 넘길 때 당신이 하고자 하는 일을 정확히 한다. 손이 없다면 참으로 불편할 것이 자명하다!

이 잡지를 읽는 일에는 눈도 관련된다. 놀라운 신경망 및 다른 인체 부위들이 지면으로부터 글자와 그림의 모양을 눈으로 보내고 나서 뇌로 전달하기 위하여 활동을 시작한다. 눈에 의해 산출되는 전기 충격파는 뇌로 보내지고, 거기서 지면의 모양에 일치한 시각 인상을 형성해 내는 데 사용된다. 시력은 대단히 중요하며, 그것을 상실하는 것은 참으로 비극이다!

인간의 뇌의 무게는 약 1.4킬로그램에 불과하며, 그 크기는 한 손에 충분히 담을 정도로 작다. 그러나 그것은 경이로운 물체이며 우주에서 가장 복잡한 창조물 중에 하나다. 뇌가 있기 때문에 사람은 생각하고 보고 느끼고 이야기하고 동작을 잘 조정할 수 있다. 이 난해한 뇌 덕분에, 사람은 아름다운 석양이나 맛있는 음식, 여름에 살갗에 와닿는 산들바람과 장엄한 산의 웅장한 경치, 아기의 웃음 소리나 꽃의 향기나 사랑하는 사람의 손길—이러한 활동의 대부분은 우리가 의식적 노력을 전혀 기울이지 않고도—을 즐길 수 있다. 경외감을 갖게 하는 이 뇌가 없이 즐길 수 있는 것이란 아무 것도없다.

그러므로 시편 필자의 이러한 말은 참으로 적합하다. “나를 지으심이 신묘막측하심이라”!—시 139:14.

그렇지만 이 모든 우수한 장비가 있을지라도 마침내 몸이 망가지게 되는 때가 온다. 사람은 병들고 늙게 되어 죽는다. 주변의 세상에 악한 일들이 대단히 많이 있으므로 건강이 좋은 때라 하더라도 삶의 즐거움이 감소된다. 불쾌감을 주는 이러한 상태가 끝없이 존속할 것인가? 아니면 실제로 우리의 몸은—병과 노쇠와 죽음의 참화로부터 벗어난—영원히 유지되며 현재 경험하는 그 무엇보다도 훨씬 더 온전한 의미로 지상에서의 삶을 끝없이 즐길 수 있도록 설계되었는가?

본지는 앞으로 세개 호에 걸쳐서 이러한 점을 검토할 것이다. 제 1부로서, 이번 호에서는 놀라운 신체 부위 중 단지 몇 가지 즉 손, 눈, 뇌를 다룰 것이다.

손—‘가장 우아하면서도 능숙한 기관’

정말 위급한 상황이었다. 오토바이 사고로 오른쪽 다리의 주동맥이 끊어진 한 소녀가 병원 입구에 누워 있었다. 수중에는 상처에서 뿜어져 나오는 피를 멈추게 할 만한 외과 도구가 아무 것도 없었다. 의사는 어떻게 피를 막을 수 있었는가?

네이피어 교수는 자신의 책, 「손」(Hands)에서 그때의 일을 이렇게 기술한다. “겸자의 대용으로 내 손을 사용하여 엄지와 집게손가락으로 그 동맥을 될 수 있는 한 꽉 조였읍니다. 마침내 간신히 구할 수 있었던 약간의 실로 동맥을 둘러 묶었지요. 뿜어 나오던 피가 멈추었읍니다. ·⁠·⁠· 두 손이 없었다면 그 응급 상황을 그렇게 빨리 효과적으로 처리할 수가 없었을 겁니다. 수술중에 아주 적절한 위치를 짚은 손가락이 생명을 구해 주었음을 조금이라도 깨닫는 ·⁠·⁠· 환자는 거의 없읍니다.”

그러한 처치는 엄지의 안상 관절이 아니었더라면 불가능할 것이다. (삽화 참조.) 엄지의 안상 관절은 구조상 어깨의 구상 관절이 행하는 동작만큼의 동작을 할 수 있지만, 구상 관절과는 달리, 주위의 많은 근육으로부터 지원을 필요로 하지 않는다. 그러므로 엄지는 나머지 손가락들의 끝과 맞닿게 되면 섬세한 동작을 해낼 수 있다.

엄지를 사용하지 않고 작은 물건을 한번 집어 보거나 혹은 이 잡지의 지면을 넘겨 보라. 남아프리카 공화국의 한 의사는 이렇게 말했다. “엄지를 다친 많은 환자의 엄지에 부목을 대어 주었는데, 그 환자들이 내게 올 때는, 엄지가 그렇게 많이 필요할 줄은 전혀 몰랐었다고 으례 말하였읍니다.”

엄지가 다른 손가락과 마주 대할 수 있게 되어 있는 인간의 손은 놀라울 정도로 다재 다능한 도구다. 손이 없다면 어떻게 편지를 쓰거나 사진을 찍거나 못을 박거나 전화를 걸거나 바느질을 하겠는가? 손 덕분에 피아니스트는 절묘한 곡을 연주하고 화가는 아름다운 그림을 그리며 외과 의사는 정밀 수술을 해낸다. “원숭이는 엄지가 짧고 다른 손가락이 길기 때문에 섬세한 손재주와 관련하여 장애가 있다”고, 「신 브리태니카 백과사전」은 기술한다.

사람 손과 원숭이 손 사이에는 또 다른 중요한 차이점이 있다. 인간 뇌의 운동 피질 중 약 4분의 1은 손의 근육에 집중되어 있다. 가이턴 교수의 「의과 생리학 교본」(Textbook of Medical Physiology)에 의하면, 인간의 운동 피질은 “하류 동물의 것과는 아주 다르”며, “손 작업을 아주 능란하게 수행할 수 있도록 손과 손가락과 엄지를 사용하는 데 특이한 능력”을 발휘할 수 있게 해준다.

그에 더해서, 신경 외과 의사들은 인간 뇌에 일명 “손 기술 영역”이라고 하는 다른 부분이 있음을 발견하였다. 두 손을 능숙하게 사용하려면 감각 수용기가 필요하다. 이 미소한 신경 종말들은 인간 손, 특히 엄지 부분에 풍부하게 퍼져 있다. 본지와 회견한 한 의사는 이렇게 말했다. “사람들이 엄지 끝에 있는 감각을 약간만 상실하더라도 나사못과 같은 작은 물건의 위치를 정하기가 어렵다는 것을 알게 된다.” 팔에는 다른 형태의 감각 수용기가 있어서 칠흑같은 어둠 속에서라도 두 손을 올바른 위치로 움직일 수 있다. 따라서 밤에 침대에 누워 있으면서 얼굴을 치지 않고도 코를 긁을 수가 있다.

팔을 내밀어 물 한 컵을 쥐는 간단한 동작에도 경이로운 점이 있다. 만일 너무 약하게 쥔다면 당신은 컵을 떨어뜨릴 것이다. 너무 세게 쥔다면 유리컵은 부서지고 손가락이 다칠 수 있다. 어떻게 해서 꼭 알맞은 압력으로 컵을 쥐도록 조정되는가? 손 내부의 압각 수용기는 뇌에 통신을 보내고 뇌는 내민 팔과 손의 근육에 적당한 지시를 다시 보낸다.

이제 곧, 보지 않고도 유리컵을 부드럽게 입술에 갖다 댄다. 그 동작을 하면서도 텔레비전의 프로그램이나 친구와의 대화에 주의를 기울일 수 있다. 밀러 박사는 자신의 책, 「의문에 싸인 몸」(The Body in Question)에서 이렇게 설명한다. “얼굴에 세게 부딪히는 일 없이 컵을 입술로 가져간다는 사실은 내민 팔의 교묘한 무게 측정력 덕분이다. 그리고 컵이 비워지면서 무게가 가벼워지는 데도 여전히 컵을 입에 대고 있다는 것은 그 정보가 아주 정확하게 최신 정보로 바뀐다는 것을 보여준다.”

인간의 손이 생각있는 사람들로 하여금 경탄하게 만드는 것도 조금도 이상한 일이 아니다! 유명한 과학자, 아이작 뉴턴 경은 “다른 어떠한 증거물 없이 엄지만 가지고도 나는 하느님의 존재를 확신한다”고 썼다. 네이피어 교수는 이렇게 말한다. “우리는 달에 인간을 착륙시킬 수 있지만 비상한 기계 기술과 전자 기술을 가지고도, 느끼고 손가락질 할 수 있는 인공 집게손가락 하나 제작할 수 없다.” 「신 브리태니카 백과사전」은 사람의 손이 아마도 “가장 우아하면서도 능숙한 생물학적 기관”이며 “인간과 다른 살아있는 모든 영장류를 구별시키는” 것일 것이라고 기술한다.

[5면 삽화]

엄지의 안상 관절은 나머지 손가락들의 대응되는 관절과 비교할 때 독특하다

[6면 삽화]

엄지가 다른 손가락과 마주 대할 수 있게 되어 있는 인간의 손은 놀라울 정도로 다재 다능한 도구다

[6면 삽화]

손과 팔의 감각 수용기는 뇌가 복합적 행동을 조정할 수 있게 한다

눈—“컴퓨터 과학자들의 선망의 대상”

망막은 눈의 뒷부분을 적절히 감싸고 있는 작은 막이다. 종이만큼 얇은 망막에는 일억 개 이상의 뉴런이 여러 층으로 다르게 배열되어 있다. 「살아 있는 몸」책에 따르면, “망막은 인체 내의 가장 놀라운 조직체 중의 하나”라고 한다. 샌드라 싱클레어는 자신의 책, 「동물이 보는 방법」(How Animals See)에서, 망막은 “컴퓨터 과학자들의 선망의 대상으로서, 일초에 약 100억 회의 계산을 해낸다”고 설명한다.

카메라가 사진용 필름에 영상의 초점을 맞추는 것처럼, 눈도 시야에 들어오는 영상의 초점을 망막에 맞춘다. 그렇지만 밀러 박사의 설명과 같이, 카메라 필름은 “만능 감광도를 가진 망막과는 도저히 비교조차 할 수 없다.” 바로 이 “필름”을 가지고 우리는 달빛 아래서 또는 그보다 30,000배나 더 강한 햇빛 아래서 사물을 볼 수 있다. 게다가 망막은 일부분이 빛을 받고 있고 나머지 부분이 그림자로 가려져 있는 물체도 세밀하게 식별할 수 있다. 가이턴 교수는 「의과 생리학 교본」에서 이렇게 설명한다. “카메라는 필름에 맞는 노출을 위해 필요한 빛의 세기의 임계 범위가 좁기 때문에 그렇게 할 수 없다.” 따라서 사진사에게는 플래시 장비가 필요하다.

‘망막이 만능 감광도’를 가지게 된 이유는 부분적으로 1억 2천 5백만 개의 간상 세포 때문이다. 간상 세포는 적은 양의 빛에 민감하게 작용하므로 밤에도 물체를 볼 수 있게 한다. 그 다음에 약 550만 개의 추상 세포가 있는데, 그 세포는 더 밝은 빛에 반응하며 색을 세부적으로 식별할 수 있게 한다. 어떤 추상 세포는 빨강에 민감하며, 초록 또는 파랑에 민감한 반응을 나타내는 추상 세포도 있다. 이들 추상 세포가 합동하여 반응하기 때문에 당신은 이 잡지의 모든 색을 볼 수 있는 것이다. 이 세 가지 형태의 추상 세포가 모두 균일하게 흥분하게 되면 순백색을 보게 된다.

대부분의 동물은 색을 구분하는 능력이 제한되어 있으며, 색을 전혀 보지 못하는 동물도 많다. “색을 구별하는 시각은 삶의 즐거움을 크게 더해 준다”고 외과 의사인 렌들 쇼트는 말하면서, “생명에 절대적으로 긴요하지 않은 신체의 모든 기관 중에서 아마 가장 놀라운 기관으로 생각되는 것은 눈일 것”이라고 부언한다.

“기적적인 공동 작업”

망막에는 모든 영상이 카메라의 필름에 맺힐 때처럼 거꾸로 맺힌다. 쇼트 박사는 “왜 세상은 실제로 거꾸로 보이지 않는가?”라고 질문하면서 “뇌는 시각 인상을 전환시키는 습관을 발달시켰기 때문”이라고 설명한다.

영상을 거꾸로 보도록 특수 안경을 고안해 만들어서 과학 실험을 하였다. 그 실험에서 그 안경을 쓴 사람들은 모든 사물을 거꾸로 보게 되었다. 그 다음 며칠 후에 놀라운 일이 일어났다. 실험 대상자들은 다시 정상적으로 보기 시작한 것이다! “눈과 뇌의 기적적인 공동 작업이 많은 점에서 나타났다”고, 「신체 전서」(The Body Book)는 해설한다.

눈이 이 문장을 따라 움직일 때 추상 세포는 흰 종이와 검은 색 잉크를 구별한다. 하지만 망막은 사람이 만든 이 글자 체계에 반응을 나타낼 수 없다. 우리는 뇌의 또 다른 부분에서 나열된 글자에 의미를 부여하는 법을 배운다. 그러므로 정보가 전달될 필요가 있다.

망막은 기호화된 통신을 백만개나 되는 신경 섬유를 경유하여, 머리 뒷 부근에 위치한 뇌 부분으로 보낸다. 「뇌」라는 책은 다음과 같이 설명한다. “망막에서 대뇌 피질로 보내는 투사(投射)과정은 고도로 조직되어 있고 질서 정연하다. ·⁠·⁠· 망막의 각기 다른 부분에 희미한 빛이 비치면, 그에 해당되는 [뇌의] 시각 영역이 그에 따라 반응할 것이다.”

[7면 삽화]

카메라와는 달리, 망막은 감광 범위가 대단히 넓기 때문에 눈은 플래시 장비에 의존하지 않는다

[8면 삽화]

망막에는 초록이나, 빨강 또는 파랑에 민감한, 추상 세포라고 하는 뉴런이 수백만개 있다

뇌—‘컴퓨터를 능가한다’

또 하나의 우수한 기관은 인간의 뇌다. 뇌는 그 밖의 신경계와 더불어 흔히 인간이 만든 컴퓨터와 비교된다. 물론 컴퓨터는 인간에 의해 제작되며 프로그램 작성자가 미리 결정해 놓은 단계별 지시에 따라 작동한다. 그러함에도 인간 뇌에 “배선”과 “프로그램”을 한 지성적 존재자는 없다고 믿는 사람이 많다.

컴퓨터가 제아무리 처리 속도가 빠르더라도 단지 한번에 한 가지 정보만을 다루는 반면, 인간의 신경계는 수백만 가지의 정보를 동시에 처리한다. 예를 들면, 봄날에 산책하면서 아름다운 풍경을 보고 즐기며 지저귀는 새들의 노래를 들으며 꽃향기를 맡을 수 있다. 이 모든 즐거운 느낌은 동시에 뇌로 전달된다. 동시에 팔과 다리의 감각 수용기로부터 정보가 물밀 듯 뇌로 들어와서 각 다리의 순간 순간의 위치와 각 근육의 상태를 알려준다. 눈으로는 오솔길 앞쪽에 있는 장애물을 알아본다. 이 모든 정보를 기초로 하여 뇌는 아무 탈 없이 발걸음을 부드럽게 뗄 수 있게 한다.

한편, 뇌의 하층부는 심장 박동과 호흡 및 다른 필수 기능을 지배한다. 하지만 뇌는 훨씬 더 많은 일을 처리해 낸다. 걸어가면서 노래를 부르거나 대화를 나누기도 하고 현재 눈에 들어오는 풍경과 옛날에 보았던 풍경을 비교할 수 있으며, 앞으로의 계획을 세울 수도 있다.

「신체 전서」는 이렇게 결론을 맺는다. “뇌는 컴퓨터를 훨씬 능가한다. 따분해 하거나 재능을 낭비한다거나 새로운 생활 방식에 착수해야 한다고 결정할 수 있는 컴퓨터는 전혀 없다. 컴퓨터는 반드시 두뇌를 가진 사람이 다시 프로그램을 해야 되는, 새로운 지시에 따라 착수되기 전에는 스스로 프로그램을 결단성있게 대체할 수 없다. ·⁠·⁠· 컴퓨터는 긴장을 풀거나 공상에 잠기거나 폭소를 터뜨릴 수도 없다. 의욕을 일으킬 수도, 창조적이 될 수도 없다. 의식을 경험하거나 의미를 이해할 수도 없다. 컴퓨터는 사랑에 빠질 수도 없다.”

모든 뇌 중에서 가장 뛰어나다

코끼리 같은 동물이나 일부 거대한 해양 생물의 뇌는 인간의 뇌보다 더 크지만, 몸 크기의 비율로 따진다면, 모든 뇌 중에서 최대의 것은 인간의 뇌다. 리처드 톰슨은 그의 저서 「뇌」에서 “고릴라는 몸집이 인간보다 크지만 뇌의 크기는 인간 뇌의 4분의 1에 불과하다”라고 설명한다.

인간 뇌의 뉴런(신경 세포)과 뉴런 사이의 서로 다른 전달 경로의 수는 천문학적이다. 왜냐하면 각 뉴런은 대단히 많은 상호 접합부를 가지고 있기 때문인데, 하나의 뉴런은 십만개 이상의 다른 뉴런과 연결될 수 있다. “현대인의 뇌 내부에서 가능한 접합부의 수는 거의 무한하다”고, 앤터니 스미스는 자신의 책 「정신」에서 기술한다. 그 수는 “알려진 우주를 구성하는 원자 입자의 전체 수보다” 많다고, 신경 과학자인 톰슨은 말한다.

그러나 더욱 주목할 만한 사실이 또 있다. 그것은 인간이 생각하고, 말하고, 듣고, 읽고, 글을 쓸 수 있게 해주는 이 방대한 뉴런망이 접합되어 있는 방법이다. 게다가 두 가지 이상의 언어로 그 일을 해낼 수 있다. 칼 새버그는 자신의 책, 「살아 있는 몸」에서 “언어는 인간과 동물 사이의 결정적인 차이점”이라고 기술한다. 동물의 의사 소통은 비교적 단순하다. 진화론자인 새버그는 다음과 같이 인정한다. 그 차이는 “다른 동물들의 소리 내는 능력에 더하여 하찮게 진보한 정도가 아니다. 그것은 인간을 인간답게 하는 고유한 근본 특성이며, 그것은 뇌의 구조상에 중대한 차이가 있음을 반영한다.”

인간의 뇌가 경이로운 구조로 되어 있기 때문에 많은 사람은 어떤 직업에 능숙하게 된다든가 악기 연주법을 배우거나 외국어를 구사한다든가 그 외에, 삶에 즐거움을 더해 주는 어떤 재능이든지 발전시킴으로써 뇌의 잠재력을 더 잘 사용하려는 의욕을 갖게 되었다. R. 브루운 박사와 B. 브루운 박사는 그들의 공저, 「인체」(The Human Body)에서 이렇게 기술한다. “사람이 새로운 기술을 배울 때, 그는 자신의 뉴런이 새로운 방법으로 접합하도록 훈련시키고 있는 것이다. ·⁠·⁠· 뇌를 사용하면 할수록 뇌는 더욱 더 효능을 발휘하게 될 것이다.”

누가 만들었는가?

손이나 눈, 뇌와 같이 아주 고도로 조직되어 있고 질서있는 것이 우연에 의해 생길 수가 있겠는가? 사람이 공구나 컴퓨터 혹은 사진용 필름의 발명에 대해 영예를 받는다면, 그보다 다재 다능한 손이나 눈, 뇌를 만든 누군가도 영예를 받는 것이 마땅할 것이다. 성서의 시편 필자는 이렇게 말했다. “여호와여 ·⁠·⁠· 내가 주께 감사하옴은 나를 지으심이 신묘막측하심이라 주의 행사가 기이함을 내 영혼이 잘 아나이다.”—시 139:1, 14.

인체의 놀라운 많은 기능은 의식적으로 노력하지 않았음에도 발생한다. 본지의 앞으로 나올 호들에서는 경이로운 인체 구조를 더 논할 것이며, 아울러 사람이 삶을 영원히 즐길 수 있도록 노쇠 현상이나 병이나 사망이 정복될 것인지의 여부도 다룰 것이다!

[10면 네모]

놀라운 뉴런

뉴런이라는 것은 신경 세포 및 그에 딸린 돌기 전부를 말한다. 신경계에는 여러 종류의 뉴런이 있으며, 그 수는 약 5천억 개에 달한다. 어떤 뉴런들은 신체 여러 부위로부터 정보를 뇌로 전달하는 느낌 감각 수용기로서의 역할을 한다. 뇌의 상층부에 있는 뉴런은 비디오 녹화기와 같은 기능을 가지고 있다. 그 뉴런은 눈과 귀를 통해 들어오는 정보를 영구적으로 저장할 수 있다. 여러 해 후에 당신은 인간이 제작한 어떠한 기계로도 기록해 놓을 수 없는 생각 및 다른 감각과 더불어, 그처럼 저장된 광경과 소리를 “재생”시킬 수 있다.

인간의 기억 작용은 아직도 신비에 싸여 있다. 그것은 뉴런의 접합 방식과 어떤 관계가 있다. 칼 새버그는 자신의 책, 「살아 있는 몸」에서 이렇게 설명한다. “일반 뇌 세포 하나는 약 60,000개의 다른 세포와 연결되어 있다. 실제로 어떤 세포들은 최고 25만개 정도의 다른 세포와의 연결부를 가지고 있다. ·⁠·⁠· 인간의 뇌는, 신경 세포를 연결하는 통로 속에—20권 내지 30권으로 된—대형 백과사전에 들어있는 정보보다 최소한 일천배나 되는 정보를 저장할 수 있다.”

그러면 뉴런은 어떻게 서로 다른 뉴런으로 정보를 전달하는가? 단순 신경계를 가진 생물은 서로 결합된 많은 신경 세포를 가지고 있다. 그 경우에 전기 충격파는 뉴런에서 뉴런으로 다리를 건너 간다. 그 횡단로를 전기 시냅스라고 부른다. 그 과정은 빠르며 간단하다.

이상하다고 생각될지 모르지만, 인체 내의 대부분의 뉴런은 화학 시냅스를 경유하여 통신을 전달한다. 속도가 더 느리고 복잡한 이 과정은, 강에 도달한 기차가 다리가 없기 때문에 배에 실려 건너게 되는 경우로써 설명할 수 있다. 전기 충격파가 화학 시냅스에 도달할 때, 그 충격파는 두 개의 뉴런 사이를 분리시키는 간격 때문에 멈추지 않으면 안 된다. 여기에서 그 신호는 화학 전달 물질에 “실리어” 건너게 되는 것이다. 신경 충격파를 통과시키는 데 이 복잡한 전기-화학적 방법이 필요한 이유는 무엇인가?

과학자들은 이 화학 시냅스 내에 장점이 많다고 본다. 화학 시냅스는 통신이 일방 통행식으로 전달되는 일을 확실하게 해준다. 또한 그 시냅스는 기능 또는 구조가 쉽게 변할 수 있기 때문에 플라스틱이라고 불리기도 한다. 여기에서 신호가 변경될 수 있다. 사용을 하게 되면 어떤 화학 시냅스는 더 강해지지만, 사용하지 않으면 사라져버리는 시냅스도 있다. “학습과 기억 작용은 단지 전기 시냅스만 있는 신경계 내에서는 발달할 수 없다”라고, 리처드 톰슨은 자신의 책, 「뇌」에서 기술한다.

과학 관계 저술가인 스미스는 자신의 책, 「정신」에서 다음과 같이 설명한다. “뉴런은 단지 방전을 했다, 안 했다 하는 식의 일만을 하지 않는다. ·⁠·⁠· 뉴런은 맞다 또는 틀리다라는 답보다도 훨씬 더 세밀한 정보를 전달할 수 있는 능력을 가지고 있음에 틀림없다. 뉴런은 자주 두드리든 적게 두드리든 그저 못질만 하는 쇠망치 정도가 아니다. 뉴런은 이 유사한 일을 완성하기 위해서 드라이버, 플라이어, 펜치, 나무 망치 그리고 쇠망치가 모두 들어 있는 목수의 연장통이라고 할 수 있다. ·⁠·⁠· 하나하나의 신경 충격파는 그 방식에 따라 변형되며, 시냅스 외에는 어디에서도 그러한 일이 일어나지 않는다.”

화학 시냅스는 그보다 더 많은 장점을 가지고 있다. 전기 시냅스보다 더 적은 공간을 차지하는데, 이로써 인간의 뇌에 시냅스가 그렇게도 많은 이유를 알게 된다. 「사이언스」지에 따르면, 그 수는 수백개의 은하계 내에 있는 별의 수에 버금가는 수인 100조개라고 한다. 신경과학자 톰슨은 이렇게 덧붙인다. “우리의 뇌가 기본적으로 전기 기구라기보다는 화학 기구이기 때문에 우리가 인간으로서 존재하는 것이다.”

[12면 네모]

뇌가 많은 양의 피를 필요로 하는 이유

수영장에서 물로 뛰어들기 전에 당신은 아마 발가락을 물 속에 담가 볼 것이다. 물이 차다면 피부 내의 미소한 냉각 수용기가 즉시 반응을 나타낸다. 일초도 못되어 뇌는 수온을 잰다. 통각 수용기는 그보다 더 빠른 속도로 정보를 전달할 것이다. 어떤 신경 충격의 속도는 최고 시속 360킬로미터—일초에 축구장의 길이를 달려가는 속도에 필적함—에 달한다.

그렇지만 뇌는 어떻게 감각의 세기를 계산해 내는가? 한 가지 방법은 뉴런이 방전하는 주파수에 의해서다. 일부 뉴런은 일초에 천회 이상 방전한다. 뇌 속의 뉴런들 사이에서 일어나는 그 맹렬한 활동은 펌프와 발전소의 역할이 없다면 불가능할 것이다.

뉴런이 한번 방전할 때마다 전기를 충전한 원자들이 세포 속으로 쏟아져 들어간다. 일명 나트륨 이온이라고 하는 이 원자들이 축적되게 되면 뉴런은 방전 능력을 점차 상실하게 된다. 이 문제는 어떻게 해결되는가? 과학 관계 저술가인 앤터니 스미스는 자신의 책, 「정신」에서 이렇게 설명한다. “모든 뉴런에는 약 백만개의 펌프—각 펌프는 세포막에 있는 조그마한 융기(隆起)—가 있으며, 각 펌프는 일초에 약 200개의 나트륨 이온을 130개의 칼륨 이온으로 바꿀 수 있다.” 심지어 뉴런이 쉴 때에도 펌프는 계속 활동한다. 그 이유는 무엇인가? 세포 속으로 새 들어가는 나트륨 이온과 세포에서 새나오는 칼륨 이온의 영향을 중화시키기 위해서다.

펌프가 활동을 하기 위해서는 끊임없는 에너지 공급이 필요하다. 그 에너지는 각 세포 내부에 산재해 있는 미소한 “발전소” 즉 미토콘드리아로부터 나온다. 에너지를 생산하기 위하여 각 발전소는 피에 의해 공급되는 산소와 포도당을 필요로 한다. 그러므로 뇌가 그렇게도 많은 양의 피를 필요로 하는 것은 당연하다. 리처드 톰슨은 자신의 책, 「뇌」에서 이렇게 설명한다. 뇌는 “전체 몸무게의 불과 약 2퍼센트밖에 차지하지 않지만, 전체 피 공급량의 16퍼센트를 받는다. ·⁠·⁠· 뇌 조직은 근육 조직보다 10배나 많은 피를 받는다.”

앞으로 수온을 느낄 때에는 뇌 속에 있는 수 조(兆)개의 펌프와 발전소에 대해 감사해야 할 것이다. 그리고 이 모든 활동이 피에 의해 전달되는 산소와 포도당 때문에 가능해진다는 점도 잊어서는 안 된다.

[9면 삽화]

인간의 뇌는 수백만 비트의 정보를 동시에 처리한다. 당신이 움직일 때에 두 팔의 감각 수용기는 각 팔의 순간 순간의 위치와 각 근육의 상태를 뇌에 알려 준다

[11면 삽화]

뇌는 컴퓨터보다도 훨씬 더 복잡하며 다재 다능하다