뇌 결합이 불러 온 기묘하고 신기한 뇌과학의 역사

뇌가 고장나면 어떠한 일이 생길까? 『뇌과학자들』은 뇌가 손상된 환자들로부터 뇌과학 통찰을 얻은 뇌과학자의 이야기와 다양한 사례를 통해 뇌과학의 역사를 관통하고 있다. 저자 샘 킨은 왕, 암살자, 식인종, 거인과 난쟁이, 탐험가의 일화 등 흥미진진한 사례를 늘어놓으며 골지, 카할, 펜필드, 브로카, 스페리 등의 뇌과학자들의 고군분투와 활약상을 다룬다.

저자 샘 킨은 뇌에 생긴 작은 결함이 기묘하고 놀라운 결과를 만들어낸 다는 것에 주목하고 뇌와 각 영역들이 수행하는 기능을 소개하며 어떤 연유로 기묘한 환자들이 생기는지 다양한 역사적 사례와 풀어낸다. 뇌의 일부가 손상된 환자들 경우 얼굴을 알아보지 못하거나 편도가 손상되어 죽음의 두려움이 사라지기도 한다. 변연계 관자엽이 손상된 환자는 과잉구강증과 색정증, 소아성애 등과 같은 문제를 일으키기도 한다. 이어서 기이한 증상을 나타내는 환자를 대상으로 관찰하고 실험한 뇌과학자들의 이야기를 엮어 뇌 영역들이 정확히 어떤 일을 하고 있는지 밝혀내고 있다.

책 소개
샘 킨의 『뇌과학자들』은 뇌가 손상된 환자들로부터 뇌과학적 통찰을 얻은 뇌과학자들의 이야기들을 풀어냄으로써 뇌과학의 역사를 관통해 나가는 책이다. 샘 킨은 왕, 암살자, 식인종, 난쟁이, 탐험가의 일화를 늘어놓으며 뇌과학의 역사에 이야기의 숨결을 불어넣는다. 골지, 카할, 펜필드, 브로카, 스페리 등의 뇌과학자들은 환자들이 어떻게 달라졌는지를 살펴봄으로써 뇌 영역들이 정확하게 어떤 일을 하는지를 하나하나 밝혀냈다. 뇌졸중, 발작, 수술 실패, 사고 등을 겪게 된 환자들의 삶은 극적으로 바뀌었다. 과거의 기억에 갇히거나, 몸에 팔이 세 개가 달렸다고 착각하거나, 사랑하는 사람들이 모두 가짜라고 믿었다. 끊임없이 거짓말을 늘어놓거나, 색정증 환자가 되거나, 실어증에 걸렸다. 이 책에는 뇌에 구멍이 숭숭 뚫린 암살자, 글은 쓰지만 글을 읽을 수 없는 환자, 사물은 알아보지만 사람은 알아보지 못하는 환자 등이 다양하게 등장하는데, 이를 통해 샘 킨은 우리의 뇌 속에서 어떤 일이 일어나는지를 명료하면서도 실감나게 그려낸다.

★ 미국 아마존 ‘올해의 책’(2014)
★ A.V. 클럽 ‘올해의 책’(2014)

“신경과학과 신경 구조들의 상호작용에 관한 글을 많이 읽을수록 나는 이 엄청난 결과가 결코 특이한 것이 아니라는 사실을 알게 되었다. 뇌에 생긴 작은 결함은 항상 기묘하고도 놀라운 결과를 만들어낸다. 가끔 이러한 결함 때문에 언어나 기억 같은 일반적인 시스템이 완전히 작동을 멈출 수 있다. 때로는 특정 부분이 죽기도 한다. 작은 신경세포 노드 하나가 파괴된 사람은 다른 음식은 괜찮지만, 과일과 채소를 인식하는 능력을 잃는다. 또 다른 신경세포 노드가 파괴되면, 글을 쓰는 능력은 남아 있어도 글을 읽는 능력을 잃는다. 또 어떤 오작동이 일어나면, 자기 몸에 세 번째 팔이 달렸다고 착각하거나, 자기 팔 끝에 붙은 손이 다른 사람의 것이라고 착각하는 일이 일어난다. 전반적으로 이런 결함들은 뇌가 어떻게 진화했고 어떻게 구성되었는지 보여준다. 나는 그런 사례들을 바탕으로 뇌의 전체 자연사를 쓸 수 있다는 사실을 깨달았다. ” _본문 중에서

광기, 외상, 천재성으로 엿보는 뇌과학의 역사
뇌가 고장나면 어떤 일이 생길까? 샘 킨의 『뇌과학자들』(원제 : The tale of the dueling nuerosurgeons: The human brain as revealed by true stories of trauma, madness, and recovery)은 다양한 사례와 함께 뇌과학의 역사를 능수능란한 글 솜씨로 풀어놓은 책이다. 샘 킨의 뇌과학 이야기 속에는 왕, 암살자, 식인종, 거인과 난쟁이, 탐험가의 일화가 흥미진진하게 녹아 있으며, 골지, 카할, 펜필드, 브로카, 스페리 등 역사에 뚜렷한 족적을 남긴 뇌과학자들의 고군분투와 활약이 담겨 있다. 여러 가닥의 실로 페르시아 융단을 짜듯, 샘 킨은 광기, 거짓말, 외상, 기억상실, 망상과 관련된 각각의 이야기들을 하나로 연결하여 뇌 전체에 관한 이야기로 풀어낸다.
샘 킨은 우선 자신의 수면마비 이야기부터 꺼낸다. 자신은 똑바로 누워 잠을 자지 못하는데, 그런 자세로 자면 잠에서 깨도 몸은 여전히 옴짝달싹 못하는 상태에 빠질 때가 많기 때문이다. 수면마비 상태에 놓이면, 숨 쉬기가 힘들어져서 공포감을 느끼게 된다. 저자가 살펴본 결과에 따르면, 이런 수면마비는 뇌 속의 커뮤니케이션에 문제가 생겼기 때문이다. 뇌는 꿈을 꿀 때 근육을 축 늘어뜨리는 화학물질을 분비하게 하는데, 화학적 불균형 등으로 문제가 생기면 꿈에서 깼는데도 화학물질이 계속 분비되어 근육 마비 상태에 놓이게 된다.
수면마비가 뇌 속 커뮤니케이션의 문제라면, 기억상실증, 실어증, 망상, 병적 거짓말, 조현병 등은 어디에 문제가 생겼기 때문일까? 저자 샘 킨은 뇌에 생긴 작은 결함이 항상 기묘하고도 놀라운 결과를 만들어낸다는 것에 주목하고는, 뇌의 각 영역들이 수행하는 기능을 소개하면서 어떤 연유로 기묘한 환자들이 생기는지를 다양한 역사적 사례와 함께 풀어낸다.
뇌졸중, 발작, 수술, 사고, 영양소 결핍 등으로 뇌의 일부가 손상된 환자들은, 손상된 뇌 부위에 따라 각기 다른 증상을 보인다. 가령, 뇌의 방추 얼굴 영역이 손상되면 얼굴을 알아보지 못하고, 편도가 손상되면 죽음에 두려움이 사라지며, 관자엽뇌전증은 종종 초자연적인 환상을 보게 하고, 이마엽이 손상되면 끊임없이 거짓말을 하기 시작한다. 변연계 관자엽이 손상된 환자들은 과잉구강증과 색정증, 소아성애, 동물성애와 같은 문제를 일으킨다. 이렇게 뇌의 일부가 오작동하기 시작하면, 심지어 다른 사람들이 모두 가짜라고 믿거나, 말을 할 수는 없어도 노래는 부를 수 있거나, 글을 쓸 수는 있지만 자신의 글을 읽을 수 없거나, 자신에게 세 번째 팔이 달렸다고 주장하거나, 자신이 죽었다고 말한다. 물론 뇌의 결함이 질환이 아니라 특이한 재능으로 나타난 경우도 있다. 어떤 이들은 여러 감각이 기묘한 방식으로 결합되어 냄새에서 소리를 듣거나 질감에서 색을 본다. 어떤 시각 장애인은 소리가 어딘가에 부딪쳐서 되돌아오는 메아리를 통해 세상을 탁월한 방식으로 본다.
뇌 손상 환자들 이야기가 하나의 축이라면, 또 다른 하나의 축은 뇌과학자들 이야기다. 뇌과학자들은 기이한 증상을 나타내는 환자들을 대상으로 관찰하고, 실험하고, 부검을 함으로써, 뇌과학적 지식을 확장시키거나 뇌의 실체에 한 발짝씩 다가간다. 르네상스 시대의 의학자 베살리우스는 한밤중 무덤가에서 시체를 훔쳐 해부했고, 하비 쿠싱은 제자 윌리엄 샤프를 시켜 사망한 거인 환자의 뇌분비샘을 가족의 동의 없이 훔쳤으며, 와일더 펜필드는 전기가 통하는 전선으로 뇌 표면을 자극함으로써 뇌의 운동 중추와 촉각 중추의 지도를 상세하게 작성했다. 폴 브로카는 실어증에 걸린 환자의 뇌를 관찰한 후, 뇌에는 각각의 정신 기능을 담당하는 지역이 따로 있다는 ‘국재화’ 이론을 주장했다.
이처럼 샘 킨은 뇌 손상 환자들의 이야기와 뇌과학자들의 이야기를 드라마틱하게 엮어내는데, 뇌진탕을 입은 프랑스 왕, 뇌를 먹는 식인종, 시각 장애인 탐험가, 모든 것을 기억하는 기억술사 등 환자들의 삶이 이 책의 씨줄이라면, 그들의 뇌를 들여다보고는 뇌과학적 통찰을 얻는 뇌과학자들의 삶은 이 책의 날줄이다.
덧붙여, 저자는 장이 시작될 때마다 명사로 된 단어(혹은 어구)를 맞추는 수수께끼를 내놓았는데, 뇌과학 용어에 관심이 있는 이들에게 이 수수께끼는 맞추는 재미를 쏠쏠하게 느끼게 할 것이다. 수수께끼는 쉬운 것과 어려운 것이 섞여 있다.

독자들을 위한 간략한 부별 요약
1부 ‘섬뜩한 해부학’에서는 뇌의 기본적인 구조에 대해 설명하는 한편, 의학사에서 중요하게 다뤄지는 사건들을 언급함으로써 근대 신경과학의 탄생 과정을 보여준다.
2부 ‘세포, 감각, 회로’에서는 대통령 암살, 탐험가의 모험 등의 이야기와 함께 신경전달물질의 고갈로 인한 질환, 신경 회로와 배선의 변경으로 인한 질환을 다룬다.
3부 ‘몸과 뇌’에서는 환상 사지 환자, 거인이나 난쟁이, 편도 손상 환자의 사례를 소개하면서 뇌가 외부 세계와 어떻게 상호작용하는지, 뇌가 몸을 어떻게 제어하고 움직임을 지시하는지, 감정과 같은 몸의 신호가 뇌에 어떤 영향을 미치는지를 들여다본다.
4부 ‘믿음과 망상’에서는 망상에 빠진 환자들, 한쪽을 보지 못하는 환자들, 코타르 증후군 환자들을 소개하면서, 어떻게 치명적인 망상이 일어나는지를 살펴본다.
5부 ‘의식’에서는 끊임없이 거짓말을 하는 베르니케-코르사코프 증후군, 기억상실증 환자, 실어증 환자들을 들여다보면서, 기억과 언어, 고등능력을 비롯해 ‘내면의 자신’ 혹은 ‘자아감’에 대해 다룬다.

책 속에 담긴 흥미로운 뇌 이야기 사례
- 맞아떨어진 노스트라다무스의 예언 : 프랑스왕 앙리 2세의 아내 카트린은 앙리 2세와 몽고메리 백작 가브리엘과의 마상창시합을 말리고 싶었다. 전날 꿈자리도 사나웠고, 4년 전 예언가 노스트라다무스가 왕의 죽음을 예언했기 때문이다. “젊은 사자가 늙은 사자를 이기리라. 전쟁터에서 단 한 번의 전투에서. 그는 황금 우리 안의 눈을 찌르리니. 상대는 일격에 두 군데 상처를 입고 비참하게 죽으리라.” 아니나 다를까, 앙리 2세는 몽고메리 백작 가브리엘의 마상창시합에서 큰 부상을 당하고 만다. 많은 궁정 의사들은 머리뼈 외상이 없다며 앙리 2세가 죽지 않을 것이라고 생각했지만, 당시 유럽 최고의 의사 앙브루아즈 파레와 안드레아스 베살리우스의 생각은 달랐다. 그들은 앙리 2세의 병세를 보고, 머리뼈 속에서 뇌 뒷부분이 크게 손상되었을 것이라고 생각했다. 예언은 맞아떨어졌다. 앙리 2세는 회복되지 못한 채 뇌진탕으로 끝내 사망했다. (1장)

- 제임스 가필드 대통령을 암살한 찰스 기토 : “가필드를 죽여라.” 찰스 기토는 하나님의 속삭임 소리를 들었고, 몇 주일 뒤 이를 실행에 옮겼다. 기토의 총에 맞은 가필드 대통령은 80여 일간의 투병 끝에 사망하고야 만다. 국민의 공분을 산 기토에게는 사형 선고가 내려졌는데, 재판 과정에서 병리학자 에드워드 찰스 스피츠카는 정신 이상 소견을 꿋꿋하게 증언했다. 교수형을 당한 기토의 뇌를 부검해보았더니 스피츠카의 말이 옳았다는 사실이 드러났다. 뇌에 구멍이 숭숭 뚫린 데다 찐득찐득한 물질이 뇌 도처에 묻어 있었다. 병리학자들은 전반적으로 확실한 만성 질환이 뇌의 전 영역을 침범한 사실을 발견했다. (2장)

- 영원한 라이벌, 골지와 카할 : 신경과학자 카밀로 골지는 신경세포들이 마치 레이스로 짠 하나의 커다란 그물처럼 보인다는 신경그물설을 믿었다. 그러나 또 다른 신경과학자 라몬 이 카할은 수백 개의 뇌 조각 시료를 현미경으로 들여다본 끝에 신경세포가 각각 독립적인 단위로 존재한다는 ‘신경세포설’을 내놓았다. 그리고 카할은 각각의 신경 세포 사이에 미세한 간극이 있으며, 신경세포들은 가지돌기(수상돌기)에서 축삭돌기 쪽으로(오직 한 방향으로만) 정보를 전달한다고 주장했다. 20세기 초, 신경과학계는 ‘신경 그물설’과 ‘신경세포설’을 주장하는 사람들로 양분되었고, 해가 갈수로 각 진영은 상대방을 더욱 경멸했다. 아이러니하게, 골지와 카할은 1906년 노벨상을 공동으로 수상했다. 수락 연설을 할 때에, 특히 골지는, 끔찍한 오류를 저질렀다며 카할을 맹비난했다. 그러나 역사는 카할의 손을 들어주었다. (2장)

- 작은 선과 움직임으로 분해되는 세상 : 데이비드 휴벨과 토르스텐 비젤은 갖은 우여곡절을 겪으며 고양이를 대상으로 연구한 끝에, 1차 시각 겉질의 신경세포들은 선을 좋아하지만, 각각의 신경세포마다 기울어진 각도에 따라 좋아하는 선이 정해져 있다는 것을 밝혔다. 또한 우리의 뇌가 곡선이건 무늬이건 무엇이든 단호하게 그 형태를 작은 선들로 분해한다는 사실을 밝혔다. 그리고 또 휴벨과 비젤은 선을 감지하는 신경세포, 움직임 추적을 선호하는 신경세포, 위아래 방향의 움직임에 반응하는 신경세포, 좌우 방향의 움직임에 반응하는 신경세포가 있다는 것을 알아냈다. (4장)

- 대역으로 가득 찬 세상 : 카프그라 증후군 환자 마담 M.은 주위 사람들을 모두 새로 나타난 사람, 곧 ‘대역’으로 간주했다. 그녀가 보기엔, 딸과 남편은 살해되어 대역으로 교체되었다. M.은 시간이 흘러 대역들에게 주름이 생기거나 머리가 벗겨지면 대역의 대역을 만들어냈다. 남편 대역은 80명이었고, 딸의 대역은 2000명이었다. 카프그라 증후군 환자는 대부분 자신의 삶에 침입한 대역들을 배우나 살아 있는 밀랍 인형이라고 믿는다. 어떤 남자 환자는 양아버지를 살해한 다음, 시체에서 로봇의 배터리와 마이크로필름을 찾으려고 했다. 이런 카프그라 증후군 환자는 변연계 쪽의 감정 중추가 망가져 얼굴을 알아본다 하더라도 얼굴에서 아무런 느낌을 갖지 못하기 때문에, 사랑하는 사람이 눈앞에 나타나도 자신이 알고 있는 사람이 아니라고 생각하며 무심하게, 때로는 병적으로 반응한다. (9장)

- 과거에 갇힌 남자 : H.M.은 심한 발작으로 부분적인 엽 절개 수술을 받았다. 양쪽 해마 조직을 제거했는데, 수술 후 문제가 생겼다. 수술 이전의 10년간에 해당하는 기억 전체가 통째로 사라졌고, 새로운 기억도 생성할 수 없었다. 매일 만나는 사람도 처음 만나는 사람으로 대했고, 똑같은 말을 계속 반복했다. 그의 기억은 해변에 휘갈겨 쓴 글자처럼 금방 지워졌다. 이런 H.M.의 사례는 해마가 다른 뇌 부위보다 기억을 생성하고 저장하는 데 중요한 기여를 한다는 것을 알려주었다. 특이하게도 H.M.은 이름과 날짜 등을 기억하는 서술 기억은 전혀 할 수 없었지만, 자전거 페달을 밟거나 거울을 보고 별을 그리는 식은 절차 기억은 할 수 있었다. 이를 통해 신경학자 브렌다 밀너는 서술 기억과 절차 기억은 구별되며, 그리고 단기 기억과 장기 기억은 서로 다른 뇌 구조를 사용한다는 증거를 얻을 수 있었다. (10장)

- 모든 것을 기억하는 남자 : 모스크바에서 기자로 일하던 솔로몬 셰레?스키는 한 번 기억하면 수년이 지나도 기억할 수 있는 기억력 천재였다. 신경학자 알렉산드르 루리아는 그에게 단테의 《신곡》 서두를 읽어주었는데, 셰레?스키는 이탈리아를 몰랐는데도 불구하고 15년이 지난 뒤에 악센트까지 살려 정확하게 서두를 암송했다. 셰레?스키의 비범한 기억력은 과잉공감각과 관련이 있었다. 소리는 색, 맛, 촉감 경험을 불러일으켜, 평범한 목록도 그에게는 ‘완전한 정신적 연극 작품’이 되었다. 그런데 그가 공감각 이미지에 압도당하는 게 문제였다. 셰레?스키의 삶은 평탄치 않았다. 기억술사, 음악가, 기자, 컨설턴트, 공연 배우 등의 일자리를 전전하며 낙오자 비슷한 삶을 살아갔다. 어느 일자리에도 부적합했다. 기억력이 너무 좋아도 아무 기억이 없는 것만큼 살아가는 데 큰 장애가 되었던 것이다. (10장)

- 좌뇌와 우뇌의 갈등 : 뇌전증 등으로 인한 발작을 없애기 위해 좌뇌와 우뇌를 연결하는 뇌들보를 절단하면 분할뇌 환자가 된다. 대개 이들 환자들은 겉으로 보기엔 아무런 문제가 없다. 그러나 이들 분할뇌 환자를 대상으로 연구해보니, 좌뇌와 우뇌가 각각 바라는 것이 다르며, 심지어 정치적 견해도 다른 것으로 밝혀졌다. 분할뇌 환자 P.S.의 경우, 워터게이트 사건 이후에 그의 좌뇌는 닉슨 대통령에게 동정심을 보인 반면, 우뇌는 닉슨 대통령이 물러나서 기쁘다고 암시했다. 위기나 논란에 맞닥뜨렸을 때, 우리는 마음의 갈피를 잡지 못하곤 하는데, 이는 단순한 표현이 아닐지도 모른다. 로저 스페리와 마이클 가자니가가 연구한 결과, 뇌의 두 반구는 현실을 서로 다른 방식으로 감지한다. 좌뇌는 데이터에서 패턴을 파악하는 능력이 더 뛰어나며, 우뇌는 좌뇌보다 두 사건 사이의 인과관계를 판단하는 능력이 더 뛰어나다. (11장)

┃1부┃ 섬뜩한 해부학
0장 마음 일부가 고장났을 때 11
1장 뇌과학자들의 결투 23

┃2부┃ 세포, 감각, 회로
2장 암살자의 수프 57
3장 신경 회로의 연결과 변경 99
4장 시각과 얼굴 인식 133

┃3부┃ 몸과 뇌
5장 운동 중추와 환상 사지 171
6장 웃음병 205
7장 성과 벌 241

┃4부┃ 믿음과 망상
8장 성스러운 병 281
9장 ‘마음의 속임수’ 319

┃5부┃ 의식
10장 정직한 거짓말 353
11장 좌뇌와 우뇌, 그리고 그 사이를 연결하는 뇌들보 393
12장 인간과 신화와 전설 433

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