2천 년 전 그리스인들이 심신의 문제를 처음 생각한 이후로 ‘의식’은 21세기를 사는 과학자들에게도 미지의 세계이다. 그래서 의식이 과연 과학적 탐구의 주제로 적당한지조차도 아직 보편적으로 받아들여지지 않은 게 현실이다. 이런 상황에서 철학자이자 뇌과학자인 댄 로이드는 용감하게도 ‘의식에 대한 과학적 이론’을 구축하고자 시도했다. 의식의 해석을 연구해온 그의 연구 결과가 집약된 책 『서늘한 광채』에는 현상학과 뇌과학이 접목되어 뇌가 어떻게 의식을 창조하는지 설명되어 있다.
우리의 의식은 어디에 존재하는가? 의식의 안식처는 과연 뇌인가? 그렇다면 뉴런이 의식인가? 과학적으로 인간의 의식을 읽는 게 가능한가? 댄 로이드는 이 책에서 의식에 대한 궁금증을 뇌과학의 연구 데이터를 토대로 하나하나 밝혀갔다. 그런데 뇌과학 연구 데이터만으로 주관적 경험의 체계인 의식을 밝혀낼 수 있을까? 그래서 그는 한 손에는 현상학을 그리고 다른 한 손에는 신경과학을 들고 ‘의식의 과학적 이론’을 구축해 나갔다.
이 책은 의식의 이론을 구축해 나가면서 독특하게도 일부분을 추리소설의 형식을 따랐다. 지도 교수의 실종 사건과 의식의 미스터리를 풀어 나가는 젊은 철학자 미란다는 다름 아닌 또 한 사람의 댄 로이드이다. 실지로 저자 자신이 직접 소설의 말미에 등장하여 의식의 비밀을 푸는 단초를 제공하고 미란다와 함께 사건을 해결한다. 저자 댄 로이드의 말대로 뇌는 이야기를 담고 있고, 가장 철저한 사고실험thought experiment이 소설이라면, 자신의 사고실험을 소설이라는 틀 안에서 버무려 낸 그의 독창적인 전략은 타당하다.


‘의식’이란 무엇인가?
의식이란 용어는 의학적, 철학적, 심리학적, 문학적으로 다양한 의미를 지니고 있다. 의학적 관점에서 의식은 ‘자신self과 주변surroundings을 지속적으로 인식awareness하는 상태’라고 정의할 수 있다. 정상적인 인식을 위해서는 먼저 ‘각성arousal’ 상태가 제대로 유지되어야 한다. 각성 상태는 일반적으로 ‘깨어 있는 상태’를 의미한다.
한편, 철학에서 바라보는 의식은 다분히 주관적이다. 예를 들어 내가 ‘붉은 것’을 보면서 의식적으로 지각한 것을 타인에게 정확하게 전달하는 것은 불가능하고, 아울러 타인의 느낌을 내가 완전히 이해하는 것도 불가능하다는 것이다. 여기에는 대상에 대한 경험이라는 의식의 현상학적 측면과 1인칭적 관점이 내포되어 있다. 현상학은 의식을 뚜렷이 분리된 개별적인 순간들로 이루어져 있다고 보지 않는다. 대신 모든 ‘지금Now’은 지나간 과거의 그림자와 다가올 미래에 대한 기대를 그 안에 품고 있다고 주장한다. 의식적 경험은 겹쳐진 의미로 쌓여 있을 뿐만 아니라 모든 ‘지금’은 과거, 현재, 미래가 합류하는 지점이다. 이것이 바로 독일의 현상학자 에드문트 후설이 말하는 세 부분으로 이루어진 현재이다.


주관적인 경험을 물리적인 뇌와 연관 지을 수 있을까?
그렇다면 어떻게 물리적인 뇌 조각이 주관적인 경험을 야기할 수 있을까? 이 현상학적인 ‘지금’을 댄 로이드는 뇌의 용어로 표현하기를 원했다. 그는 현상학에 잘 들어맞는 뇌의 활동을 표현하기에는 통상적으로는 입력 층과 출력 층 그리고 그 사이에 있는 잠복 층으로 이루어진 ‘신경 네트워크neural network‘’에 ‘맥락 층context layer’을 더한 새로운 형태의 네트워크인 ‘단순 순환 네트워크Simple Recurrent Network’가 적절한 모델이라고 주장한다. 잠복 층 옆에 존재하는 맥락 층은 잠복 층의 가장 최근 상태를 복사하고 이 복사본을 다음 입력 정보와 함께 다시 잠복 층으로 보낸다. 이렇게 하여 네트워크는 과거와 현재의 정보를 모두 감싸 안게 된다. 만약 뇌가 이런 네트워크와 같다면 뇌의 작동 방식이 현상학적인 ‘지금’과 일치할 것이다. 이를 밝히기 위해 저자는 단순 순환 네트워크와 같은 방식으로 작동하는 네트워크를 만들었고, 이 네트워크가 지나간 과거를 재건하고 다가올 미래를 예측할 수 있음을 보였다.


단순 순환 네트워크 이론을 과연 인간의 뇌에도 적용할 수 있을까?
댄 로이드는 기능적 자기공명영상functional MRI(fMRI) 데이터 센터에 있는 인간 뇌의 원 자료를 갖고 후설의 현상학이 인간의 뇌에서도 적용될 수 있는지 조사했다. 그는 인간의 뇌에 바탕을 두어 훈련된 인공 신경 네트워크도 과거를 재건하고 미래를 예측할 수 있어, 인간의 뇌에서도 제프리 엘먼의 ‘단순 순환 네트워크’ 모델이 작동하고 있음을 보였다. 현상학에 따르면 경험의 모든 대상에는 시간성temporality이 존재한다. 또한 현상학은, 경험은 지속적인 변화에 있고, 시간성은 한 방향으로 나아간다고 말한다. 그렇다면 뇌의 변화도 이렇게 시간성을 가지는가? 좀 더 구체적으로 표현하자면, 시간이 흐를수록 뇌가 원래 상태로 돌아가기보다는 뇌 상태 간의 차이가 점점 더 벌어지는가? 실지로 그는, 시간적으로 가까이 얻은 영상들이 시간적 간격이 큰 영상들에 비해 더 유사하다는 사실을 fMRI 데이터를 분석하여 보여 주었다. fMRI 연구 피험자들이 시간적 간격을 두고 동일 과제를 되풀이하여 수행했지만, 과제의 동일성보다 시간적 근접성이 영상의 유사성에 더 중요한 요인이었던 것이다. 그리스 철학자 헤라클레이토스가 말했듯이 우리는 결코 같은 강에 발을 두 번 담글 수 없다. 마찬가지로 우리는 같은 의식의 흐름에 두 번 들어갈 수 없고, 우리의 뇌도 같은 상태를 두 번 가질 수 없다.

의식을 실행하는 뇌 영역이 어디인지 우리는 어떻게 탐구할 것인가?
이 책에서 댄 로이드는 뇌파, 단일단위기록, fMRI와 같은 방법만으로 의식 연구를 하는 것은 부족하다 주장한다. 뇌파는 뉴런 집단 활동의 평균치를 보여 주어 두루뭉수리하고, 단일단위기록은 단일 뉴런만의 활동을 보여 주어 전체를 알 수 없으며, fMRI는 뇌파와 단일단위기록의 중간쯤 되지만 과제에 특수한 뇌 영역을 찾아내려는 조작이 인위적이라는 한계가 있기 때문이다. 그렇다면 어떻게 기존 방법들의 한계를 극복하고 뇌의 모든 영역을 고려할 수 있을까? 그는 ‘다변수 분석multivariate analysis’을 차용한다. 다변수 분석은 다름 아닌 뇌의 모든 영역, fMRI 용어를 빌자면 모든 복셀(복셀은 작은 정육면체로서 MRI 영상의 기본단위이다)을 분석에 포함시킨다는 개념이다. 이렇게 많은 복셀을 보기 쉽게 처리하기 위해서는 ‘차원 사고dimension thinking’가 필요한데, 이는 하나의 복셀을 하나의 차원으로 여기는 것이다. 이렇게 되면 한 시점의 영상은 다차원 공간에서 하나의 점이 된다(로이드가 분석한 자료 중 하나는 한 시점의 fMRI 영상이 15,000복셀로 이루어져있는데, 이 경우 15,000차원 공간에서 하나의 점이 된다). 이것을 우리 눈이 보기 쉽도록 2차원 또는 3차원으로 축소시키는 것이 바로 다차원 척도법multidimensional scaling이다. 로이드는 인공 신경 네트워크와 인간 fMRI 데이터를 대상으로 다변수 분석과 다차원 척도법을 이용하여 자신의 이론을 검증한 것이다.


의식의 미스터리를 푸는 완전한 이론을 향한 의미 있는 한 걸음
과연 댄 로이드가 의식의 미스터리를 푼 것일까? 데이비드 찰머스David Chalmers는 의식에 대한 오늘날의 과학적 이론들이 정작 ‘어려운 문제Hard Problem’들은 거의 건드리지 않고 있다고 지적했다. 왜 의식이란 것이 존재하는가, 왜 주관적인 경험이란 것이 존재하는가, 뇌와 같은 물리적 시스템이 경험자가 될 수 있는가, 그렇다면 왜 그런 시스템과 같은 무언가가 존재해야 하는가와 같은 문제들이다. 『서늘한 광채』는 이 어려운 문제들을 해결하지 못했을 수도 있다. 그러나 세계적인 인지과학 석학 대니얼 데넷Daniel Dennett은 어려운 문제란 실지로 존재하지 않는다고 주장했다. 하나의 거대한 작업 대신 자잘한 작업들을 수행하여 쉬운 문제들을 해결하면 어려운 문제가 어느새 사라져 버릴지도 모른다. 이런 점에서, 댄 로이드의 이 작업은 의식의 미스터리를 푸는 완전한 이론을 향한 의미 있는 한 걸음이 될 것이다.

줄거리

1부: 현상학의 전율
어느 날 새벽 현상학자 그루 교수가 죽었다. 그의 시체를 처음 발견한 대학원생 제자 미란다는 최초의 목격자가 되는 것을 꺼려 자리를 피한다. 그리고 그날 아침 또 다른 목격자가 나타나길 기다리지만 아무 일도 일어나지 않는다. 할 수 없이 그의 연구실에 다시 가 봤으나 시체는 이미 사라지고 없다. 미란다는 곧 두 가지 미스터리를 추적해야 하는 짐을 짊어진다. 하나는 맥스 그루 교수에게 무슨 일이 일어났는지 밝히는 것이고, 다른 하나는 심오한 뇌과학과 현상학적 방법으로 의식이라는 문제를 해결하는 것이다. 미란다는 교수의 죽음에 얽힌 미스터리를 추적하다 그가 ‘의식의 지도’를 만들고 있었다는 사실과 그 과정에 컴퓨터 천재, 유명 심리학자, 과학수사관 출신의 러시아 교환 교수, 두뇌인지과학자가 연관되어 있다는 사실을 알아낸다. 과연 그들 중 누가 교수를 죽인 범인일까?


2부: 실재하는 반딧불이 - 의식의 과학에 대한 숙고
소설에서 다룬 ‘의식의 과학적 이론’에 대해 깊이 있고 풍부한 지식과 정보를 제공한다. 과학의 목적은 자연 현상을 설명하고 예측하는 것이다. 그러나 ‘의식’을 다루는 과학은 본질적으로 복잡하다. 여기서 저자는 의식의 본질을 알아보기 위해 ‘뇌과학’과 ‘현상학(경험적 현상을 다루는 철학)’을 활용한다. 뇌는 실재 대상이 의식에 새겨지는 장일 수 있다. 따라서 뇌의 상태를 읽을 수 있다면(예를 들어 신경 네트워크를 구축해서 뇌의 이전 상태와 이후 상태를 추출하는 방법 등으로) 의식의 비밀을 풀 수도 있을 것이다. 그러나 이런 실험의 결과는 뇌 기능이나 의식을 이해하는 데 만족스러운 답을 주지 못하기 때문에, 저자는 의식의 과학적 이론을 구축하기 위해 뇌에서 발견된 현상을 설명이 아닌 ‘해석(대상에서 발견된 의미를 확장하는 것)’할 것을 제안한다. 그 해석의 도구로 현상학과 신경과학을 이용하는 것이다.