정신적 경험이 일어나기 위한 조건은 무엇인가? 과학은 아직 이 질문에 대한 답을 찾지 못했다. 우리는 인간의 정신적 경험이 두뇌, 신경계의 기능과 관련되어 있다는 사실은 안다. (중략) 여기에서 우리는 어쩌면 모든 과학 분야를 통틀어 가장 위대한 질문이자 오랜 시간 격렬한 논쟁의 대상이 되어 온, 이른바 심신 문제mind-body problem와 마주하게 된다. ‘인간의 정신적 경험과 신체 및 뇌의 생리학 사이의 관계는 무엇인가?’ 나는 이 질문에 우리가 고민해야 할 가장 심오한 질문이 담겨 있다고 생각한다. ‘우리는 누구인가?’ ‘우리는 우리가 알고 이해한다고 믿는 물리적 실재의 모든 것과 어떤 관계에 있는가?’ 나아가 ‘실재의 본질은 무엇인가?’_1장 우리는 누구인가(p.31)

인간 두뇌의 대뇌피질은 약 3밀리미터 두께의 신경 조직층으로 부위에 따라 두께는 조금씩 다르다. 두개골 안에 넓은 면적의 조직층을 넣어야 하므로 대뇌피질은 아주 촘촘히 접혀 있는데, 이를 뇌에서 조심스럽게 떼어내 판판하게 편다면 약 2,300제곱센티미터에 달할 것이다. 작은 신문지 한 장을 펼친 크기다._2장. 마음은 어디에서 오는가(p.41)

살아 있는 신체든 건조된 신체든, 중량 기준이든 원자의 개수 기준이든, 인체를 구성하는 상위 5개의 원소는 (순서는 다를지라도) 탄소, 수소, 산소, 질소, 칼슘이다. 그리고 나머지 5개가 인, 칼륨, 황, 나트륨, 염소다. 우리가 아는 한 이 원자들이 생명을 이루는 원소들이다. 다른 형태로도 생명이 있을 수 있을까? 이런 상상을 해보는 건 흥미로운 일이다. 물 없이 존재하는 생명도 존재할까? 탄소 대신 규소가 구조 원소인 생명체는? 집적 회로 형태의 생명이나 거대한 집적 회로망으로서의 생명의 형태는 없을까? _3장. 우리는 열 개의 원소로 이루어졌다(p.62)

화학적 신경전달이라는 개념은 오토 뢰비Otto Loewi, 1873~1961가 처음 입증했다. 화학적 신경전달을 입증할 실험에 대한 아이디어는 그의 꿈에서 비롯되었다. 뢰비는 당시 실험실에서 심장의 신경 조절을 연구하고 있었다. 1920년 봄 어느 날 밤, 그는 잠에서 깨어 실험 아이디어를 종잇조각에 급히 적어두었다. 그러나 다음 날 아침 일어나 읽어보려 해도 휘갈겨 쓴 메모를 도무지 읽을 수가 없었다. 자는 동안 좋은 아이디어가 떠올랐었다는 느낌을 지울 수 없었던 뢰비는 꿈을 어떻게든 떠올려 보기로 했다. 그리고 그의 바람은 이루어졌다. 다음 날 새벽 3시쯤, 그는 실험 아이디어를 잊어버리지 않은 채 잠에서 깨어났다. 이번에는 자리에서 일어나 곧장 실험실로 향했고, 다음과 같은 실험을 수행했다. _6장. 20나노미터를 건너는 대화(p.130)

인간 게놈에서 실제로 단백질을 암호화하는 영역은 3퍼센트에도 미치지 못한다. 그런데 최근 놀라운 사실이 밝혀졌다. 게놈의 85퍼센트 이상이 다양한 종류의 RNA로 전사된다는 것이다. 단백질로 번역되지 않는 RNA는 유전자 발현 조절에 중요한 역할을 하는 것으로 보이지만, 그 구체적인 기능과 작용 방식은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 우주론의 암흑 물질과 암흑 에너지에 빗대어, 일부 연구자들은 단백질을 암호화하지 않는 게놈의 대부분(97퍼센트 초과)을 ‘DNA의 암흑 물질’이라고 부르기도 한다._10장. 뇌는 하나의 세포로부터 태어나 일생에 걸쳐 변한다(p.239)

어떤 ‘외부의’ 물리적 세계가 존재한다고 가정해 보자. 그렇다면 우리가 그 세계를 경험하는 방식은 실제로 그곳에 무엇이 존재하는가, 즉 실재하는 물리적 대상과 존재자가 무엇인가에 좌우된다. 철학에서 이러한 문제는 존재론 ontology의 영역에 속한다. 존재론은 실재의 본질을 탐구하는 학문이다. ‘과연 무엇이 존재하는가?’(중략) 신경망과 유입되는 감각 정보의 상호작용은 우리가 세계를 인식하고 경험하는 토대를 이룬다고 여겨진다. 철학에서 이는 인식론epistemology의 영역에 속한다. ‘우리는 우리가 아는 것을 어떻게 아는가?’ 요약하자면, 지각의 신경과학에서 통용되는 틀에 따르면, 우리가 세계를 경험하는 방식은 실제로 존재하는 것들, 감각 수용기와 감각기관의 물리적 특성, 그리고 뇌가 유입되는 신호를 처리하는 신경 메커니즘에 따라 결정된다.-11장. 우리가 보지 못하는 세계(p.259)

3학년이었을 때, 선생님이 반 아이들에게 질문 하나를 던졌다. “숲에서 나무가 한 그루 쓰러졌단다. 그런데 나무가 쓰러지는 소리를 들은 존재가 아무도 없다면, 사람도, 동물도, 들을 수 있는 어떠한 존재도 주변에 없다면, 과연 소리가 났다고 할 수 있을까?” 아이들이 뭐라고 대답했는지는 기억나지 않지만, 그 답에 만족하지 못했던 기억은 난다. 당신은 무어라 답할 텐가? 답은 소리를 어떻게 정의하느냐에 달려 있다. _15장. 소리는 뇌에 어떻게 이르는가(p.345)

사고나 질병으로 팔이나 다리를 잃는 경우, 어떤 이들은 절단된 팔다리가 여전히 그 자리에 있는 것처럼 느끼곤 한다. 이런 현상을 환상지phantom limb라 부른다. 대체 무슨 일이 벌어진 걸까? 팔이 절단된 사람의 경우, 원래 팔에서 신호를 받던 두정엽 영역은 더 이상 입력을 받지 못하게 된다. 수염을 잃은 쥐의 경우와 마찬가지로, 이 영역의 뉴런들도 활동을 멈추는 대신 신체 지도상에서 인접한 부위를 담당하는 뉴런들과 새로운 연결을 형성한다. 팔의 경우라면 어깨나 얼굴 부위가 이에 해당한다. 따라서 인접 영역의 뉴런이 체성감각 입력으로 활성화되면, 그 활동이 주변으로 확산되어 팔 영역의 뉴런까지 활성화한다. 이것이 환상지에서 느껴지는 팔 감각을 설명하는 하나의 가능성이다._16장. 몸은 어떻게 뇌 속의 지도가 되는가(p.379)

정리하자면 이렇다. 특정 신경 회로의 활동(감각기관에서 들어오는 신호)은 피질 신경망의 대규모 진동 활동 패턴에 영향을 미친다. 이 패턴은 다시 특정 신경 회로의 활동(근육을 움직이게 하는 신호)에 영향을 주고, 그 활동은 다시 원심성 신호 사본과 감각 되먹임을 통해 전반적인 뇌 상태에 영향을 미친다. 그렇게 바뀐 뇌 상태는 다시 특정 신경 회로에 영향을 주고, 이는 다시 대규모 진동 상태에 영향을 미친다. 특정 회로, 대규모 상태, 다시 특정 회로, 다시 대규모 상태. 이러한 순환은 끝없이 평생 동안 이어진다. 그리고 감각 정보를 지각으로, 다시 지각을 행동으로 이어주는 이 끊임없는 흐름 속에서 뇌는 한 사람의 평생 경험 속에 축적된 기억, 저장된 지식을 끌어와 연결 과정을 이끌고 조율한다. 이제 우리는 바로 이 기억이라는 주제로 넘어가려 한다._18장. 뇌는 어떻게 하나가 되는가(p.431)

우리가 마음을 어떻게 정의하고 이해하느냐는 삶의 모든 층위에서 우리에게 강력한 영향을 미친다. 생의학에 영향을 미치고, 건강할 때든 질병을 겪을 때든 우리가 자신의 몸과 맺는 관계에도 영향을 미친다. 기술, 환경과 우리가 맺는 관계, 과거와 미래에 대한 개념, 조상과 후손을 통해 이어지는 우리의 연속성에도 영향을 미친다. 마음의 본질을 둘러싼 물음은 영靈 과 혼魂 이라는 개념을, 그리고 이러한 말에 사람들이 부여하는 다양한 정의와 함의, 정서적 반응을 불러일으키기도 한다. _22장. 마음의 비밀을 밝히는 혁명을 기다리며(p.527)

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