기억이나 학습 등의 능력은 뇌에 한정된 것이 아니다

학습, 기억, 문제해결과 같은 지성의 능력에 대해 대부분의 과학자들은 5억 년 전에 '뇌'가 처음으로 생겨나면서 가능해졌다고 생각합니다. 한편 일부 과학자는 뇌를 높은 처리능력이 있는 기관으로 인정하면서도 사고나 인식과 같은 지성의 능력은 세포에 내포되어 있고 뇌는 그것을 강화해 인지능력을 높인다고 지적했습니다.

Brains Are Not Required When It Comes to Thinking and Solving Problems--Simple Cells Can Do It | Scientific American
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Brains Are Not Required When It Comes to Thinking and Solving Problems--Simple Cells Can Do It

과학지인 Scientific American에서 주로 생물학 기사를 게시하는 로완 제이콥슨 씨는 플라나리아의 관찰을 통해 인지시스템에 대한 통찰력을 설명했습니다. 플라나리아는 현저한 재생능력을 가진 편형동물로, 상하로 찢어져도 머리 쪽에서는 새로운 꼬리가, 꼬리 쪽에서는 새로운 머리가 자라 2마리의 플라나리아로 움직입니다.

미국의 터프츠대학에서 주로 단세포 생물의 연구를 하는 마이클 레빈 씨는 머리를 완전히 잃어도 생존하고 머리를 재생시키는 플라나리아에 주목했고 생물의 지성은 어느 정도 뇌 밖에 있을 것이라고 생각했습니다. 레빈 씨는 “모든 지성은 어떠한 부품으로 구성된 인식시스템을 가진 집합지”라고 표현했습니다.

레빈 씨는 연구에서 퓨레 형태의 레버를 접시 한가운데에 늘어뜨리고 맛있는 먹이가 있다는 것을 플라나리아에 학습시켰습니다. 플라나리아는 곧 본래 서투른 파형 접시도 잘 극복하며 먹이 쪽으로 향하게 됩니다. 마찬가지로 플라나리아가 움직이기 쉬운 매끄러운 접시에서도 먹이의 장소를 학습시켜 '험한 파형의 접시로 먹이를 기억한 플라나리아 A'와 '매끄러운 접시로 먹이를 기억한 플라나리아 B'를 준비했습니다.

by Jon Sullivan / https://www.flickr.com/photos/mollivan_jon/

그 후 훈련된 플라나리아의 목을 잘라내고 꼬리로부터 새로운 머리가 재생될 때까지 약 2주간 기다렸다. 그 결과 재생한 플라나리아 B는 파형 접시에서는 지형을 무서워 움직이지 않았지만 재생한 플라나리아 A는 험한 지형 앞에 먹이가 있다는 것을 기억하고 대부분의 개체가 먹이를 먹으러 향했습니다.

레빈 씨는 이 결과에 “플라나리아는 뇌를 완전히 잃었음에도 불구하고 뇌를 잃기 전의 기억과 학습을 유지하고 있었다”고 결론지었습니다. 이 발견은 '기초적 인지'라는 새로운 분야로 이어졌으며 발전한 연구에서는 뇌 내부뿐만 아니라 외부에도 학습과 기억, 문제 해결 등의 지성의 특징이 있다고 발견되었습니다. 즉, 기초적 인지 연구자에 따르면 뇌와 그 이외의 세포와의 차이는 기억이나 학습이 가능한지라는 차이가 아니라 얼마나 고도로 기억이나 학습을 할 수 있는지라는 정도의 문제라는 것.

뇌가 없는 생물이 기억과 학습을 하는 예로는 식물도 주목받고 있습니다. 이탈리아의 피렌체대학에서 식물의 지능에 관한 연구를 하는 스테파노 맨쿠소 씨는 “식물에서는 거의 모든 세포가 전기신호를 생성할 수 있는 정상적인 능력을 가지고 있다”고 말했습니다.

피렌체대학의 연구팀은 만지면 접혀서 쭈그러드는 방어반응을 가진 식물이 상처를 입지 않고 자극을 가하면 곧바로 그 자극을 무시하게 되는 것을 발견했습니다. 그리고 그 식물을 1개월 방치한 후에 같은 자극을 주었는데 식물은 그 경험을 기억하고 있었다고 합니다.

제이콥센 씨는 “식물의 가장 주목할만한 행동은 우리가 매일 눈에 띄는 것이기 때문에 과소평가되는 경향이 있다”며 식물은 자신이 어떤 형태를 하고 있는지 정확하게 파악하고 있어서 주위의 광경이나 소리, 냄새 등을 민감하게 수용합니다. 여기에서 뇌가 없는 한정된 세포만이라도 세계를 인식하고 기억하며 문제를 해결하는 확실한 능력을 가지고 있다고 보았습니다.

기억에 대한 전통적인 견해는 '기억은 뇌의 뉴런 사이의 시냅스 연결의 안정적인 네트워크로 저장된다'는 것이지만 레빈 씨는 "그 견해는 분명히 무너지고 있다"며  기억능력은 뉴런뿐만 아니라 모든 세포가 가질 수 있으며 심지어 세포 내뿐만 아니라 생물체를 흐르는 미세한 생체전류에도 보존되어 있는 것으로 보인다는 것.

레빈 씨가 2000년대에 실시한 연구에서는 플라나리아의 머리 측과 꼬리 측에서 다른 전압을 발견했고 꼬리 측의 전압을 머리 측과 같이 변화시킨 후 꼬리를 분리하자 꼬리가 아닌 두 번째 머리가 재생되었습니다. 또 후속 연구에서는 올챙이에 특정 전압을 가하여 눈과 다리의 생성을 유도하는 데 성공했습니다.

레빈 씨는 이것을 프로그래밍에 비유하여 '서브 루틴 호출'이라고 부르고 눈이나 다리의 세세한 구조를 세세하게 관리하지 않아도 생체전기의 레벨로 제어하는 ​​식으로 세포가 제휴해 기관의 생성을 제어할 수 있음을 시사했습니다.

기초적 인지의 연구나 생체전기에 의해 세포에 접근하는 발견은 인간의 의학에도 중대한 의미를 가져올 가능성이 있습니다. 암은 몸의 일부가 다른 부분과 협력하지 않게 되었을 때 발생하기 때문에 생체전기로 세포를 제어하여 직접 암 치료에 도움이 될 가능성을 레빈 씨는 제시했습니다. 게다가 과학자들이 세포에 올바른 패턴으로 성장을 시작하도록 지시하는 생체전기를 해독할 수 있으면 기능부전에 빠진 신장이나 심장 등의 재생에도 도움이 될 수 있습니다.

그 외 기초적 인지는 다양한 분야에서도 응용이 생각되고 있습니다. 제이콥센 씨는 “기초적 인지 연구는 인공지능 과학자에게 '미래의 인공지능은 뇌 중심의 인간모델을 모방할 것임에 틀림없다'는 생각을 벗어날 수 있는 수단이 된다”고 말합니다. 또 철학적 사고에서도 기초적 인지의 연구에 의해 뇌라는 제한으로부터 해방됨으로써 새로운 아이디어로 이어질 가능성이 있습니다.

레빈 씨와 자주 공동연구를 하는 버몬트대학의 로봇공학자인 조쉬 본가드 씨는 로봇의 형상(신체)이 세계와 어떻게 상호작용하는지에 초점을 맞추어 로봇을 설계하는 '신체적 인지'의 선구자입니다. 본가드 씨는 “AI는 머리가 너무 좋기 때문에 계산능력은 높지만 로봇 등을 움직여 세계와 관련되는 것은 좋지 않습니다. 기초적 인지 연구에서 왜 몸이 필요한지 등 시스템에 대해 이해가 진행될 것"이라고 보았습니다.