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[바이오토픽] 이번 주 Science 커버스토리: 새의 의식(意識)을 얕잡아 보지 마라
생명과학 양병찬 (2020-09-28)

새로 발견된 새의 뇌(腦) 구조. 일부 새가 똑똑하고, 심지어 자의식(自意識)이 있는 이유 설명.
 

이번 주 Science 커버스토리: 새의 의식(意識)을 얕잡아 보지 마라

새의 의식(意識)에 관하여: 까마귀의 감각의식

까마귀(carrion crow)의 조상은 지금으로부터 3억 2,000만 년 전 포유류 가문과 갈라졌다. 까마귀의 뇌 활성을 분석해 보니, 조류 가문에서는 ‘포유류와 갈라지기 전’ 또는 ‘독자적으로’ 감각의식(sensory consciousness)이 발달한 것으로 나타났다. 그리고 주지하는 바와 같이, 새들은 굳이 대뇌피질(cerebral cortex)을 필요로 하지 않는 듯하다. Photo: Tobias Machts, University of Tübingen / ⓒ Science


과거 어느 때도 오늘날만큼 "새 대가리"가 찬사를 받았던 적은 없었다. 최근 새들은 도구를 만들고(참고 1) 추상적 개념을 이해하며(참고 2), 심지어 모네와 피카소의 그림을 알아보는 것으로 밝혀졌다(참고 3). 그러나 새들에게는 신피질(neocortex)—포유류의 뇌에서 작업기억(working memory), 계획, 문제해결을 담당하는 영역—이 없다는 점이 오랫동안 과학자들을 헷갈리게 만들었다. 이제 과학자들은 새의 뇌에서 지금껏 알려지지 않았던 초소형회로(microcircuit) 배열을 발견했는데, 이게 포유류의 신피질에 비견되는 듯하다고 한다. 그리고 다른 연구팀은 별도의 연구에서, 그게 자의식과 관련되어 있다고 보고했다.

이번에 발표된 두 편의 논문은 이미 획기적인 것으로 평가받고 있다. "새의 이질적인 뇌 구조가 생각, 의식, 가장 발달된 형태의 인식을 제한한다고 종종 가정되어 왔다"고 워싱턴 대학교 시애틀 캠퍼스의 존 마줄루프(야생동물 생물학자로, 까마귀 전문가)는 말했다. "새의 인지능력을 증명한 연구자들은 이번 논문에 놀라지 않겠지만, 안도의 한숨을 내쉴 것이다."

(1) 사실, 보쿰 루르 대학교(Ruhr-Universität Bochum)의 신경해부학자 마르틴 슈타호가 새의 전뇌(forebrain)—지각(perception)을 제어하는 영역—를 연구하기로 결정한 건, 조류와 포유류의 인지능력이 비슷하기 때문이었다. "전반적으로 비교해 보면, 조류와 포유류의 뇌는 공통점이 하나도 없다"고 그는 말했다. "그러나 조류와 포유류는 동일한 인지기술(cognitive skill)을 많이 보유하고 있다."

새의 뇌가 그런 정신적 재능(mental talent)을 어떻게 뒷받침하는지 알아내기 위해, 슈타호와 동료들은 3D 편광 영상화(3D polarized light imaging) 장치를 이용해 3마리 전서구(homing pigeon)의 뇌절편을 분석했다. 이러한 고해상도 기법 덕분에, 연구팀은 전뇌에 있는 대뇌겉질(pallium)—포유류의 신피질과 가장 비슷한 것으로 간주됨—이라는 영역의 회로를 분석할 수 있었다. 그 결과 대뇌겉질에는 피질과 달리 6개 층위가 없지만, 기다란 섬유로 연결된 독특한 구조가 있는 것으로 밝혀졌다.

연구팀은 새의 대뇌겉질 영상을 시궁쥐, 원숭이, 인간의 피질과 비교해 봤다. 그랬더니 새의 대뇌겉질에 있는 섬유들은, 포유류의 피질에 있는 섬유들과 매우 비슷한 방식으로 조직화되어 있는 것으로 나타났다.

또한 연구팀은 유연관계가 먼 두 가지 조류(비둘기와 올빼미)의 뇌에서 뉴런들 간의 연결 관계를 시각화했다. 깊이 마취된 새의 뇌를 적출한 후, 연구팀은 절개된 뇌에 광물질을 주입함으로써 '(포유류의 신피질에서 발견되는) 감각영역 회로와 비슷한 것'을 발견했다. 그리하여 "새가 포유류와 맞먹는 인지 재능을 보유한 것은 신경아키텍처(neuroarchitecture)—즉 구조 자체가 아니라, 구조 간의 연결성—때문"이라는 결론을 내리고, 9월 24일 《Science》에 발표했다(참고 4).

"이번 연구들은 '외모와 실제는 다를 수 있다(looks can be deceiving)'는 격언이 사실임을 확인했다"고 마줄루프는 말했다. "조류와 포유류의 뇌는 외견상 매우 다르지만, 실제로는 매우 상보적인(complementary) 방식으로 구성되어 있는 것으로 밝혀졌다."

(2) 그렇다면 새들도 의식적인 경험(conscious experience)을 보유하고 있을까? 다시 말해서, 그들도 자신이 '보는 것'과 '행동하는 것'을 의식할까? 이 의문을 풀기 위해, 튀빙겐 대학교의 안드레아스 니더(신경생리학)는 '신호(cue)에 반응을 보이는 까마귀(Corvus corrone)의 뇌'를 관찰했다. 지능이 높아 '깃털달린 유인원(feathered apes)'으로 알려진 그들은 심지어 인과관계(causality)를 추론하는 것으로 밝혀진 바 있다(참고 5). "그러나 기존의 실험에서 의식을 추론하기는 매우 어려웠다"고 니더는 말했다.

니더가 이끄는 연구팀은 고심 끝에, '영장류의 의식의 징후(sign of consciousness)를 탐지하는 테스트'와 비슷한 검사를 이용하기로 결정했다(여기서 의식이란, 특정 뉴런의 갑작스런 활성화를 수반하는 정신 상태로 간주된다). 그들은 연구실에서 사육된 1년생 까마귀를—정확한 반응에 보상을 제공하는 방식으로—훈련시켜, 모니터에 나타나는 희미한 신호(faint cue)에 반응하게 만들었다. 그런 다음, 까마귀의 뇌에 전극을 이식하여, 그들이 반응하는 동안 '뉴런의 시그널'을 기록했다. 그 결과, 까마귀들이 반응할 때 뉴런이 발화(firing)하는 것으로 나타났는데, 이는 그들이 신호를 의식적으로 지각(知覺)한다는 것을 시사한다. 그와 반대로, 그들이 반응하지 않을 때는 뉴런이 침묵하는 것으로 나타났다. 그런데, 까마귀의 행동에 대응하여 발화하는 뉴런들은 대뇌겉질에 위치하는 것으로 밝혀졌다. 연구팀은 이상의 연구결과를 9월 24일 《Science》에 발표했다(참고 6). 이러한 양상은 영장류와 비슷했는데, 니더를 이를 가리켜 "새의 뇌에서 탐지된 감각의식(sensory consciousness)의 실증적 표지자(empirical marker)"라고 했다.

"일부 연구자들은 의식을 '인간의 전유물'이라 주장하고 있으므로, 이번 연구는 뜨거운 논란을 일으킬 게 뻔하다"고 하버드 대학교의 아이린 페퍼버그(비교심리학)는 말했다. 페퍼버그는 아프리카산 회색앵무새 알렉스(Alex)에 관한 연구로 유명한데, 알렉스는 페퍼버그와 영어로 추상적 개념을 주고받은 것으로 알려져 있다. 페퍼버그는 이번 연구에 관여하지 않았지만, 이번 결과를 매우 흥미롭게 여기고 있다.
 

☞ 알렉스는 아프리카산 회색 앵무새로, 호두 크기만 한 뇌를 갖고 있었다. 숫자를 여섯까지 세고, '같음'과 '다름'이라는 개념을 이해했으며, 질문도 할 수 있었다. 2007년 사망할 때까지, 동울 인지기능 전문가인 아이린 페퍼버그와 30여 년간 동고동락했다.


슈타호와 니더에 따르면, 포유류와 조류의 '인지(認知)를 위한 빌딩블록'은 3억 2,000만 년 전에 살았던 마지막 공통조상(last common ancestor)에 존재했을 거라고 한다. "물론 포유류와 조류는 각각 다르게 진화했다." 슈타호는 말했다. "놀라운 것은, 그들의 지각 및 인지 능력이 지금까지도 상당히 비슷하다는 것이다."
 


※ 참고문헌
1. https://www.sciencemag.org/news/2010/04/clever-crows-complex-cognition
2. https://science.sciencemag.org/content/333/6041/398
3. https://www.researchgate.net/publication/6971544_Pigeons%27_discrimination_of_painting_by_Monet_and_Picasso
4. https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abc5534
5. https://www.sciencemag.org/news/2012/09/whodunit-crows-ask-question-too
6. https:////science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abb1447

※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2020/09/newfound-brain-structure-explains-why-some-birds-are-so-smart-and-maybe-even-self-aware
 

그리고 잘 지내시나요, 올리버 색스 박사님?

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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