퍼즐 맞추기

인간은 우주의 크기와 나이가 얼마인지, 지구가 어떻게 진화했고, 우리가 어떻게 출현했는지 알아냈으며, 지금 이 순간에도 우주를 탐구하고 비밀을 밝히는 도구를 만들어내는 지구 최초의 종이다. 그래서 인간은 “유전자가 아니라 지능과 지식으로 정의된다.”

‘우주가 존재한다’라는 사실을 유일하게 알고 있는 지적인 종인 인류가 불과 1.5kg의 세포 덩어리(뇌)에 기반한다는 사실은 실로 경이롭다. 그러나 그동안 많은 과학자들이 뇌에 대해 엄청난 사실과 지식을 알아냈지만, 정작 뇌가 인간의 지능을 어떻게 만들어내는지에 대해 알려진 바가 거의 없다. DNA 연구로 유명한 프랜시스 크릭은 “지식이 꾸준히 축적되는데도 불구하고, 사람의 뇌가 어떻게 작용하는지는 여전히 큰 수수께끼로 남아 있다”라고 말했다.

책에 따르면, 뇌가 여전히 수수께끼로 남아 있는 이유는 우리가 데이터를 충분히 얻지 못해서가 아니라 이미 손에 쥔 조각들을 어떻게 배열해야 할지 모른 탓이 크다. 책은 여기서 출발한다. 즉, 계속해서 추가되는 뇌에 대한 퍼즐 조각들을 제대로 맞춰보는 방법을 찾는 것이다.

지능이 만들어지고 머무는 ‘새로운 뇌’

인간의 뇌는 ‘오래된 뇌’와 ‘새로운 뇌’로 나뉜다. ‘오래된 뇌’는 인간의 생존과 번식 등의 본능적 기능을 담당하고, 진화의 산물인 ‘새로운 뇌’는 ‘오래된 뇌’를 통제한다. 리처드 도킨스는 책의 서문에서 이를 통증과 연관 지어 비유한다. 뜨거운 숯덩이를 가지고 놀면 통증을 느끼고 생명을 지키기 위해 숯덩이를 멀리하는 것은 ‘오래된 뇌’이지만, 끔찍한 고통을 수반하는 고문을 기꺼이 견디며 자신의 생명보다 ‘조국을 배신하면 안 돼’라는 신념에 따르는 것은 ‘새로운 뇌’이다. 이 ‘새로운 뇌’가 인간의 지능을 만든다. 그렇다면 이 ‘새로운 뇌’는 어떻게 작동되는가?

책은 먼저 그동안의 뇌과학 연구 성과를 종합하며 뇌의 생물학적 구조를 설명한다. 핵심적인 내용은 이렇다. 뇌에서 가장 새로운 부분은 ‘신피질(neocortex)’이다. 인간을 비롯한 포유류에만 존재하며 인간의 신피질은 뇌 전체의 70%를 차지한다. 이 신피질이 지능을 만들며 머물게 한다. 신피질은 대략 쌀알 크기(2.5㎣)만한 공간에 신경세포가 10만 개 있으며, 이 신경세포들 사이의 연결(시냅스)은 5억 개이다. 이러한 쌀알 크기의 형태 하나를 ‘피질 기둥(cortical column)’이라고 부른다. 신피질 전체에 이러한 피질 기둥이 15만 개나 있다. 신피질을 이루는 15만 개의 이 피질 기둥 하나하나가 서로 연결되어 세계를 인식하고 지능을 창조한다.

투표하는 ‘천 개의 뇌’

태어날 때 신피질은 아무것도 모른다. 신피질은 경험을 통해 풍부하고 복잡한 세계를 배운다. 핵심은 배우는 방법이다. 컴퓨터와 달리 인간의 뇌는 파일을 업로드할 수 없기 때문에, 뇌가 배울 수 있는 유일한 방법은 시각이나 촉각 같은 감각을 통해 입력되는 정보의 ‘변화(움직임)’를 인식하는 것이라고 책은 말한다. 이러한 변화를 감지하기 위해서 신피질은 ‘기준틀’이라는 일종의 지도를 사용해 세계를 인식하는 모형을 만든다. 책에서는 장소 찾기, 커피잔 구별, 음악 맞추기 등의 예를 들며 기준틀이 어떻게 구현되는지 꼼꼼히 논증한다. 그리고 이 책에서 가장 논쟁적이자 기존 뇌과학의 이론과 어떻게 차별적인지 살펴본다.

기존의 과학자들은 감각신경을 통해 들어오는 다양한 정보 입력이 뇌(신피질)의 특정 장소에 수렴된다고 보는 데 반해, 저자는 “각각의 피질 기둥이 투표(!)를 한다”고 주장한다. 즉, 우리가 세상을 인식하는 것은 피질 기둥들이 투표를 통해 이룬 합의의 결과라는 것이다. 이를 다양한 실험과 사례를 통해 과학적이고 흥미진진한 방식으로 설명한다.

뇌는 매우 효율적으로 운영되는데 신피질은 하나의 피질 기둥에 의존하지 않는다. 설령 뇌졸중이나 외상으로 수천 개의 피질 기둥이 손상되더라도 뇌는 큰 문제 없이 작동한다. 세계를 인식하는 모형들은 수천 개의 피질 기둥에 분산되어 있으며 이 피질 기둥들은 완벽히 독립적이다. 이 피질 기둥들이 무수히 쏟아져 입력되는 정보들에 대해 투표를 하고 하나의 답을 완성한다. 즉, 뇌는 하나가 아니라 독립적인 수천 개의 뇌로 이루어진 것이다. 책은 단순한 감각이나 인식뿐만 아니라 수학, 정치, 언어와 같은 추상적인 개념들과 고차원적인 사고에도 이와 같은 시스템이 어떻게 작동하는지 설명한다. 이를 두고 리처드 도킨스는 놀라워한다. “우리의 뇌 속에서 민주주의가 작동한다고?”

지능 없는 AI와 ‘기계 지능’의 미래

책은 뇌와 지능에 대한 새로운 이야기와 더불어 인공 지능(AI)은 물론 진정한 의미의 ‘기계 지능’의 미래에 대해서도 많은 부분을 할애한다. 저자는 지금까지의 AI에는 지능이 없다고 말한다. 그렇다고 AI 연구를 폄하하는 것은 아니다. 다만 방향, 접근이 잘못됐다고 진단한다. 인간의 지능을 대체하는 것이 목표라면 기계 지능 또한 인간의 뇌가 지능을 어떻게 만들어내는지, 그 방법은 무엇인지에 대한 연구가 선행되고 적용되어야 한다고 주장한다. 그런 의미에서 지금까지의 AI는 인간의 지능을 조금 더 훌륭하게 흉내 낸 기술적 진전에 불과하다고 선을 긋는다.

이와 같은 저자의 주장과 관련해 빌 게이츠 또한 “체스를 두는 AI가 인간을 능가할지 몰라도 자신이 게임을 한다고 자각하는 ‘나(I)’가 없기 때문에 인간의 지능이 없다”라고 말한다. [파이낸셜타임스]는 “진정한 지능 로봇이 가능한지 탐구”하는 책으로 평가하며 ‘올해의 책’으로 선정했다.

‘한때 우리가 있었다’라는 묘비명

‘과연 AI가 인간을 대체할까?’, ‘기계 지능이 인류를 파멸에 이르게 할까?’와 같은 궁금증과 막연한 두려움, ‘인간의 뇌를 기계에 업로드할 수 있을까?’, ‘여러 개의 기계에 나를 복제할 수 있을까?’, 그렇다면 ‘무엇이 진정한 나일까?’와 같은 SF적 상상력에 대한 궁금증에 대해서도 책은 (신경)과학적 답을 찾는다.

‘기후변화, 핵전쟁 위험으로부터 지속 가능한 지구를 위해 인류 자신의 지능을 왜 발휘하지 못할까?’와 같은 근원적 성찰도 책에 담겨 있다. 인류 자신의 지능을 십분 활용해 어딘가에 존재할 수 있는 외계의 지적 생명체에 “‘우리가 여기에 있다’라고 신호를 보내는 대신, ‘한때 우리가 있었다’라는 묘비를 세우자”라고 제안하는 부분은 무척 흥미롭다. 뇌가 만들어내는 탁월한 인간 지능과 그 경계 너머에 저자의 관심과 애정이 책 곳곳에 배어 있다.

“이 책은 우리 뇌의 진화에서 우리 종의 멸종까지의 여정을 보여준다. 제프 호킨스는 신경해부학과 신경과학의 획기적인 발견들을 아름답게 묘사하면서 독자들을 끊임없이 몰두하게 만든다.”
- 뉴욕타임스

“이 매혹적인 책에서, 제프 호킨스는 인간 지능의 본질에 대한 … 새로운 이론을 펼친다. 또한 진정한 지능 로봇이 가능한지 탐구한다.”
- 파이낸셜타임스