JANGUN


신경과학으로 보는 마음의 지도
CORTEX AND MIND : UNIFYING COGNITION

저자 : - 호아킨 M. 푸스테르 (2003)
김미선 옮김 (2012)


목차

1장 신경과학 입문
2장 피질망의 신경생물학
3장 코그니트의 기능적 구조
4장 지각
5장 기억
6장 주의
7장 언어
8장 지능
9장 의식에 관한 에필로그

들어가는 글

호아킨 M. 푸스테르
인간의 인지 및 행동의 신경 구조를 이해하는 데 기여한 세계적으로 저명한 인지신경과학자. 50년이 넘는 시간 동안 인간의 인지 기능, 특히 기억에 관한 뇌의 기제를 해명하는 연구를 꾸준히 수행하고 있다. 뇌의 반응을 기록하는 최초의 방법 중 하나를 개발하였으며, 영장류 뇌에서 처음으로 ‘기억 세포’를 발견하고 기술했다. 이후 기억의 생리학적 연구를 꾸준히 하고 있다. 비교적 최근에는 기억을 넘어 주의, 언어, 지능 등 다른 인지 기능으로 신경과학적 설명의 범위를 확장하고 있다. 그의 저서와 수백편의 논문은 다른 많은 연구에 인용되고 있다.
푸스테르의 연구는 인지에 관한 뇌의 기제를 해명함으로써 인간의 마음을 통합적이고 과학적으로 설명하려는 시도로서 의미가 있다. 그는 인지심리학적 개념과 신경과학적 기제 사이에 ‘코그니트’라는 새로운 개념을 추가했다. 이를 통해 인간의 모든 인지 기능은 신경적 토대에 기초한다는 것을 해명한다. 다양한 학문 분야에서 인지에 관한 연구가 활발한 만큼 인간의 인지를 통합적으로 설명하려는 시도로서 《신경과학으로 보는 마음의 지도》는 21세기 신경과학의 새로운 고전이 될 만하다.
바르셀로나 출생. 현재 캘리포니아 대학교 신경과학과 인간행동학 시멜 연구소 교수이자, 미국 예술 과학 아카데미 상근 선임 연구원이다. 1980년에 출간한 《전전두 피질(The Prefrontal Cortex)》은 전두엽의 인지 기능에 관한 개론서로, 네 번째 판본으로 꾸준히 읽히고 있다. 최근 저서로 《자유와 창의성에 관한 신경과학(The Neuroscience of Freedom and Creativity)》이 있다.

마음의 신경과학은 21세기 들어 어느 모로 보나 자신 있고, 대범하고, 폭넓은 모습으로 변모했다. 뇌와 마음의 관계에 대한 상이한 견해, 심지어 상반되는 견해들이 예기치 않은 새로운 방식으로 예기치 않은 새로운 장소에서, 서로 일치하는 하나의 측정치를 발견하고 있다.
실제로 신경과학이 눈부시게 발전하고 있지만 신경과학자 중 많은 사람이 우리가 그 해답에 다가가고 있는 것이 아니라 오히려 더 멀어지고 있다는 느낌을 많이 받는다. 신경과학이 뇌와 마음의 인과관계(causality)를 내놓는 데 꼼짝없이 실패했다는 것이다. 생각할 수 있는 모든 뇌-마음 이원론을 분별 있게 물리쳤는데도, 우리에게는 독립적인, 아마도 평행선처럼 영원히 만나지 않을 두 가지 인과관계가 남는다. 정신분석에서 연결주의까지 인간의 사고에 관한 다양한 학파들이 이 과정을 어떻게 다루건 간에, 뇌 기제의 인과관계와 인지 과정의 인과관계, 그렇게 둘이 남는다는 말이다. 물론 뇌와 마음 사이에는 명백한 상관관계(correlation)가 있다. 그러나 인과관계가 궁극을 지배하는 과학적 경험주의의 영역에서, 상관관계는 신데렐라다.
인지 모델이 모듈 모델에서 그물망(network) 모델로 옮겨 가고 있다. 이 변화의 와중에도 그물망 모델은 모듈 모델의 본질적인 특성 일부를 공유하는데, 부분적인 이유는 그물망도 틀림없이 모듈들로 이루어져 있을 것이기 때문이다. 그러나 가장 중요한 점은, 모듈의 기능 단위는 작은 꾸러미의 피질 세포 조직에 모여 있는 반면, 그물망의 기능 단위-모듈일 수도 있는-는 서로 붙어 있는 것이 아니라 대뇌 피질 안에 널리 분산되어 있다는 사실이다.
(1) 인지 정보는 대뇌 피질의 넓고, 중첩되고, 상호 작용하는 신경망에서 표상된다
(2) 신경망은 기본 감각 및 운동 기능의 모듈들로 조직된 하나의 핵(core)을 중심으로 발달하고, 핵에 연결되어 있다.
(3) 인지 부호(cognitive code)란 피질에 있는 별개의 신경 모둠-모듈, 집합체 또는 그물망 마디- 사이의 연결성을 바탕으로 한 관계 부호다.
(4) 인지 부호의 다양성과 특이성은 신경 모둠의 무수한 조합 가능성에서 유래한다
(5) 어떤 피질 신경이건 많은 그물망의 일부가 될 수 있고, 따라서 많은 지각 대상, 기억, 경험의 항목, 또는 사적인 지식의 일부가 될 수 있다.
(6) 하나의 그물망은 여러 인지 기능을 발휘할 수 있다.
(7) 인지 기능은 피질망 사이와 내부의 기능적 상호 작용으로 이루어진다.
모듈 인지가 그물망 인지로 옮겨 가는 것을 뉴턴 물리학이 아인슈타인 물리학으로 옮겨가는 것에 비유해도 무리가 아니라고 생각한다.

1장 신경과학 입문

자연 과학의 범위 안에는 세 가지 범주의 사실들이 있다. 물리적 실재, 뇌, 마음이 그것이다.
여기서 묻고 답하려는 것은 마음의 질서가 신경 질서의 한 부분, 즉 대뇌 피질 안의 구조, 사건, 과정의 질서에 대응되는가의 여부이다.
인지의 그물망 모델은 현재 인지심리학에 존재하는 연결주의 모델과 상당 부분 일치한다. 그러나 그 일치는 단편적인데, 그렇게 된 부분적인 이유는 의심스럽거나 옹호할 수 없는 입장에 대한 반응으로서 두 계열의 그물망 모델 작업이 각각의 분야에서 서로 독립적으로 발달해 왔기 때문이다. 피질의 그물망 모델은 그것의 기초 요소(뉴런, 섬유, 시냅스)가 발견된 이후 개발되기까지 1세기가 넘게 걸린 반면, 연결주의 모델은 컴퓨터 혁명의 산물로서 개발까지의 시간이 훨씬 덜 걸렸다.
인지 기능이 서로 다른 피질 영역에 국재함을 옹호하는 사람들과 인지 기능은 상호 연결된 뉴런들이 널리 분산된 피질 체계를 바탕으로 한다고 생각하는 사람들이 1세기 반이 넘도록 논쟁하고 있다. 후자의 전일론적 관점은 최근 들어 탄력을 받기 시작했다.
생득론적 관점 또는 게슈탈트(형태 또는 구조) 심리학파
프리드리히 하이에크 이론은 유기체의 경험은 모두 대뇌 피질 뉴런을 연결하는 그물망과 같은 체계(지도) 안에 저장된다는 가정에 있다. 그에 따르면 뉴런의 연결은 다양한 출처로부터 동시에 입력이 발생함으로써 형성된다. 지각이란 여러 대상에 대한 이전 경험에 의해 형성된 그물망 같은 연결 체계에서 그 대상을 분류하는 행위다. 표상 관련 속성의 관점에서, 하이에크 모델의 요점은 기본 감각의 기초가 되는 핵 따위는 없으며, 각 감각은 경험과 해당 종의 과거를 포함해 과거에 일시적으로 관련되었던 기타 감각으로부터 유래한다는 것이다. 따라서 대뇌 피질을 통틀어 연합(association)이 감각, 지각, 기억의 본질이 된다.
제럴드 에덜먼과 버넌 벤저민 마운트캐슬은 기능이 피질에 분산되어 있다는 개념을 발전시켰는데, 이 개념은 피질의 구조가 그물망을 닮았다고 가정했다. 그들은 감각 영역의 해부학적, 생리학적 모듈성을 근거로 전체 피질을 추정해 상호 연결된 피질 모듈이 있다는 이론을 세웠다. 다시 말해 세포 기둥 안에 학습, 기억, 지각이 널리 분산되어 있다는 것이다. 나아가 에덜먼은 진화 및 면역학과 유사성을 근거로, ‘뉴런 집단 선택론’이라 이름 붙인 정교한 학습 이론을 내놓았다. 이 이론에 따르면 피질 뉴런의 집단들이 타고난 뉴런 집단의 목록 중에서 환경과의 접촉에 의해 ‘선택되고’ 조직화되어 갖가지 표상 기능을 수행하게 된다. 동시에 이용되지 않은 집단은 물러나 사라진다. (처음에 과잉 생산된 뉴런과 시냅스가 생후에 후퇴한다). 뉴런 집단의 선택과 동역학을 설명하기 위해 필수적인 것이 재입력의 원리다.
뇌 이론이 발전하고 있는 동안 인지과학자와 컴퓨터과학자도 정보 표상과 처리의 그물망 개념에 도달했다. 인공 지능의 목적은 인간 뇌의 인지 기능과 같은 기능을 실행하는 컴퓨터나 로봇의 모델을 구축하는 것이었다. 되먹임(feedback)은 인공 두뇌학의 요체이며 목적 잇는 행동을 수행하는 것처럼 보이는 모든 기계의 결정적인 특징이다. 더 나아가 신경적으로 그럴듯한 그물망 개념을 채택함으로써 인공 지능으로부터 연결주의가 생겨났다. 연결주의는 그물망 개념을 가설적으로, 그리고 어떤 경우에는 계산적으로 소뇌, 망막, 해마, 그에 더해 신피질과 같은 신경 구조의 기능에 적용했다. 코호넌의 중심 발상은 신피질, 특히 소위 연합 피질에서 연합 기억망이 자기조직화된다는 것이다. 이는 세포 집합체라든가 시간적 동시 발생에 의해 입력이 연합된다는 개념과 같은 헤브의 개념에서 기원한다. 감각 경험의 부분적 특성을 표상하는 세포 집합체는 기억망의 ‘마디(node)’를 구성할 것이다. 학습을 조직하는 중심적인 행위 주체를 전제하는 대신, 코호넌은 헤브의 원리에 따른 자기조직만 있으면 학습과 기억(감독되지 않는 학습)에 충분하다고 제안한다. 지각과 재인은 본질적으로 연합에 의해 완성되는 과정일 것이다. 다시 말해 기억의 일부(예, 얼굴, 사진의 일부)가 연합에 의해 전체 그물망을 활성화함에 따라 거기에 연합된 요소(예, 이름, 장소) 모두를 불러낼 것이다.
기억의 획득과 인출뿐만 아니라 피질망의 지각과 기타 인지 기능도 대부분의 현대 컴퓨터에서처럼 순차적 과정일 필요는 없다.

인지망 : 신경과학
피질망의 인지적 구조를 특징짓기 위해 대뇌 피질 안의 지식 표상을 총칭해 ‘코그니트(cognit)’라고 부를 것이다. 하나의 코그니트는 세계, 자아, 또는 그 사이의 관계에 관한 포괄적인 지식이다. 코그니트의 그물망 구조는 학습이나 과거 경험에 의해 서로 연합되어 온 지각 또는 동작의 기본 표상으로 이루어진다. 표상의 그물망 마디는 더 작은 단위들로 구성되어 있으므로 마디 자체의 구조도 더 단순한 수준의 그물망(따라서 코그니트 안의 코그니트)일 것이다. 어쨌든 코그니트는 성분 마디와 마디들 사이의 관계에 의해 정의된다. 신경 관점에서 코그니트는 뉴런 집합체와 집합체 사이의 연결로 이루어진다. 어떤 피질 세포 집합체든 많은 코그니트나 그물망의 일부가 될 수 있다.
코그니트는 모든 인지 작용의 구조적 기질이다. 말하자면 원료인 셈이다. 주장하건대 어떤 기본 코그니트(예, 색 지각, 필수 문법 지식)는 타고 난다. 그러나 어떤 형태의 지식이든 그것을 타고났다는 특징은 필수 전제가 아니다. 필수적인 것은 코그니트가 더 작은 표상의 구조로 이루어진다는 점이며, 일부는 아마도 타고났을 것이다. 나아가 코그니트는 동적인 구조로서 새로운 경험과 함께 변화를 겪는다. 인지가 발달하는 동안 유기체는 시간과 공간에서의 연합에 의해 그리고 유사성에 의해 점점 더 크고 복잡한 코그니트를 형성한다. 동시에 감각 변별과 추리에 의해 코그니트는 더 작거나 더 미세하게 구분되는 인지적 범주로 분해된다. 학습은 이전의 코그니트들로부터 새로운 코그니트를 형성해 기존의 코그니트들을 혼합하거나 분해함으로써 일어난다.
코그니트, 즉 피질에 있다고 가정하는 지식의 그물망은 정보의 내용, 복잡성, 성분의 숫자와 본성의 관점에서 엄청나게 다양하다. 그것의 국소해부학, 즉 그것을 표상하는 피질망의 구조도 같은 만큼 다양할 수 있다. 그러나 그것의 기본적인 감각 성분과 운동 성분은 일차 감각 피질과 일차 운동 피질이라는 비교적 구별되는 위치에서 표상되고 이 필질들은 대부분 개인차가 없다. 인지의 요소는 수많은 코그니트에 공통되기 때문에 수많은 피질망의 일부이다.
모든 인지 기능은 코그니트 내부와 사이에서 이루어지는 정보 거래에 있다는 것이 이 책의 신조다. 따라서 코그니트가 피질망에서 표상되는 만큼 모든 인지 작용도 피질망 내부와 사이에서 일어난다고 가정된다. 똑 같은 피질망이 지각, 주의 기억, 지적 수행, 언어에서 사용될 수 있다는 것이다. 서로 다른 코그니트는 피질 분포가 다르고 특유하지만, 서로 다른 인지 기능 가운데 피질 분포가 다르고 특유한 것은 하나도 없다. 주어진 어떤 시점에든 주어진 인지 기능에는 활성화된 코그니트가 분포하고 있어서 그것을 바탕으로 기능이 작동한다. 국소해부학적으로 특유한 것은 코그니트와 그것의 그물망이지, 그것들을 사용하는 기능이 아니다.


2장 피질망의 신경생물학

비교해부학
피질은 층상 구조이므로 그것의 진화적 확대가 두께에서 일어나는 지 아니면 표면에서 일어나는지, 아니면 둘 다에서 일어나는지를 묻는 것이 적절하다. 답은 둘 다이지만 불균형하게 표면에 치우쳐 일어난다는 게 좀 더 정확하다.
진화에서처럼 개체 발생에서도 신피질은 크기와 부피에 있어서 뇌의 어떤 뉴런 구조보다도 훨씬 더 많이 발달한다. 모든 포유류 종이 그렇듯 인간도 출생 전후기에 뉴런, 축색, 수상돌기, 시냅스가 왕성한 성장과 과잉 생산의 시기를 거친 뒤 소모의 시기를 겪는다. 크기와 숫자가 감소하는 것이다. 신피질 요소들의 왕성한 성장과 소모가 지니는 중요성과 함축된 의미는 별로 알려져 있지 않다.
신피질 개체 발생의 모든 사건에는 나름의 시간표가 있다. 각 사건이 일어나는 결정적 시기가 있다. 정상 발달을 위해서는 출생 전후에 시간의 창이 열려 있는 동안 그 사건을 가능하게 하는 특정한 요인들의 집합이 필수적으로 발달해야 한다. 완전히 발달한 신피질에는 광대하게 배열된 뉴런들이 다양한 규모-영역에 따라-의 기둥 다발, 즉 모듈 형태로 집단을 이루어 서로에 대해 수평으로 채워져 있다. 이 다발 또는 모듈들이 대뇌 반구의 등쪽 피질 전체를 채운다.
삶의 경험이 특히 시냅스 수준에서 신피질의 연결을 계속 바꿀 것이고, 그것이 하는 기능의 범위도 계속해서 넓혀 갈 것이다. 따라서 경험은 피질망을 환경 및 그 환경에서 주체가 하는 행위의 표상인 인지적 표상, 즉 코그니트로 전환될 것이다. 뉴런 집합체와 뉴런 그물망 사이의 기능적 연결 가능성은 사실상 무한하기 때문에, 피질 인지 발달에 완성이라는 것은 없다. 그물망 연결과 지식에 정해진 것은 없다. 개체의 삶에서 그것은 성장을 또는 다른 방식으로 수정되기를 결코 멈추지 않는다. 그물망 내부와 사이를 연결하는 고리들은 어떻게 수정되어서 인지망을 형성하거나 확장시키며, 경험으로 습득한 지식을 표상할까?
이 질문으로 인해 본성 대 양육 논쟁으로 들어간다. 논쟁은 신피질의 인지적 발달과 관련되므로 기본적으로 선택주의와 구성주의라는 두 진영 사이의 이론적 설득이다. 선택주의자는 피질 표상을 신경 요소들이 경쟁적으로 선택된 결과라고 본다. 타고난 변이와 적응이 신경 요소를 선택하거나 제거하는 역할을 한다는 주장이다. 전체적인 과정은 대리석으로 상을 조각하는 것에 비교된다. 구성주의자는, 피질 표상이란 피질 구조 안에서 경험에 의해 촉진되어 발달하는 신경 요소들이 성장하고 조합된 결과라는 발상을 강조한다. 대뇌 피질에서 인지적 표상이 만들어지는 것을 설명하는 데에는 두 관점이 모두 필요하다. 그 질문은 본성이냐 양육이냐가 아니라, 본성이 얼마큼이고 양육이 얼마큼이냐를 묻는 것이다. 유전과 환경은 늘 상호 작용한다. 피질에서도 유전과 경험의 작용은 평생토록 같이 일어난다. 둘의 정확한 시간 과정보다는 둘이 중첩된다는 사실이 중요하다. 원리적으로 선택주의와 구성주의라는 두 가지 개념적 틀은 서로를 보완하는 것이다.
경쟁적 선택은 모든 피질 선택주의 관점의 요체로서 진화와 면역학에서 영감을 받는다. 에덜먼이 제안한 뉴런 집단 선택론의 중심에 있는 것이 바로 탁월하게 그럴듯한 선택주의 모델이다. 이 모델은 환경과의 밀접한 상호 작용에서 일어나는 선택 과정을 통해 기존의 뉴런 개체군으로부터 표상의 구물망이 형성된다고 설명한다. 면역학에서 기원하는 개념인 축중이 바로 그물망의 결정적인 속성이다. 축중이란 별개의 구조적 성분을 자극했을 때 같은 반응을 유발하거나 같은 결과를 초래하는 그물망의 능력을 가리킨다. 그렇다면 망에 의한 축중 반응은 망의 구조적 성분이 공유하는 특성을 범주화한 것과 동등하다. 그 특성들은 망을 특징짓는 연합된 특성들이고, 그러므로 코그니트와 등가물이다. 축중 개념은 범주화의 개념과 일치하는 까닭에, 지각에 대한 열쇠이자 지각의 항상성을 이해하는 열쇠가 된다.
피질의 표상 그물망 형성에 관한 구성주의의 논의에서 상당 부분은 피질의 발달이 환경적 영향의 함수라는 형태학적 증거를 바탕으로 한다. 경험은 그물망을 구축하는 구조적 역할을 개체 발생 초기에 시작해서 평생 지속한다.

헤브의 규칙
- 한 세포가 또 다른 세포의 발화에 반복적으로 참여할 때마다 ‘한 세포 또는 양 세포에서 어떤 성장과정이나 대사적 변화가 일어나서’ 첫 번째 세포가 두 번째 세포를 발화시키는 효율이 커진다.
- 동시 입력에 의한 시냅스 효능 증강

신피질에서 그물망이 형성되는 데에는 다른 뇌 구조들, 그리고 피질하에서 출발하는 신경전달물질 체계가 가하는 조절이 큰 영향을 미친다. 감마아미노부티르산(GABA), 글루탐산
계통 발생적으로 오래된 피질인 해마는 기억을 획득하고 공고화하는데, 대개 인간과 동물의 손상 결과를 놓고 추론하는 방법으로 해마가 신피질의 표상을 구성하는 데 결정적인 역할을 한다고 추측해 왔다.
인지를 표상하는 신피질의 그물망은 피질 연결성과 같은 방향으로 발달하는 데, 아마도 더 상위의 더 많은 영역으로 펼쳐져 나가는 단계마다 분산의 폭이 넓어지면서, 다른 곳에서 비롯된 여타 그물망들과 교차할 것이다. 그물망은 형성 과정에서 수렴만 하는 것이 아니라 발산도 한다.
인지망은 대개 자동연합에 의해 스스로 조직된다. 그것은 시간적으로 상호 관련된 입력들이 연합 피질에 기존하는 그물망의 세포 집단에 동시에 도착하여 새로운 연합을 확립함으로써 형성된다.
피질망은 어느 정도 층상 그물망으로서, 신경의 표상과 처리에 대해 계산 이론에서 통상적으로 내놓는 그물망 모델들과 유사하다. 가장 그럴듯한 뇌의 그물망 모델에 중심이 되는 것이 수렴, 발산, 회귀의 세 속성이다. 피질망의 구조적 특이성 가운데 하나는 그 망이 대개 수평으로 층을 이루면서 피질 표면에 접해 있다는 점이다. 또 하나 특이한 것은 그물망 내부와 사이를 연결하는 구조가 순차적 처리뿐만 아니라 병렬 처리도 수용한다는 점이다. 그리고 피질망의 한 가지 기능적 특징은 창발성(emergent property)이다. 이는 구좌의 연관성이 가장 불분명하고, 따라서 규정하거나 모델화하기도 가장 어려운 속성이다. 상상력, 창의성, 직관이 바로 창발된 상위 표상이 지니는 인지적 속성의 일부다.


3장 코그니트의 기능적 구조

인지신경과학자가 계속해서 뚜렷하게 구분하려고 애써야 하는 게 한 가지 있다면, 그것은 지식의 표상(representation)과 처리(precessing)다. 자기 자신과 환경에 관한 지식은 인지과학의 주제이자 모든 인지 기능-지각, 주의, 기억, 지능, 언어-의 문제다. 연결주의는 대개 신경적 추론에서 유래한다는 이유로 대뇌 피질에 있는 지식의 세포 조직을 대변하는 가장 그럴듯한 모델이 되었다.
지식의 범주화는 모든 인지 기능의 요체로서 뇌가 컴퓨터 모델보다 훨씬 더 잘하는 일이다. 지각이란 세계를 여러 범주로 분류하는 것이다. 변별이란 감각 정보를 재분류하고 분해하는 것이다. 주의란 감각 정보나 운동 정보의 한 종류나 하위 종류에 집중하는 것이다. 우리의 모든 기억은 내용, 시간, 장소 등에 따라 범주화된다. 추리와 지능은 안팎의 현상들을 적절히 범주화하는 것에 긴밀하게 의존한다. 그리고 언어의 사용과 이해는 음성학, 음높이, 소리의 세기, 활자의 크기나 양식에 엄청난 차이가 있음에도, 단어와 문장을 의미에 따라 구분함으로써 이루어진다.
세계에 관한 지식은 사실상 무한한 수의 기준과 정도에 따라 범주화될 수 있다. 과제는 뇌가 인지 정보를 범주화하고 저장하는 방식을 이해하는 것이다. 인지 범주화를 이해하려는 목적은 신피질의 비견되는 질서와 무리 없이 일치하는 어떤 질서를 정의하거나 최소한 스케치하는 것이다. 지각 범주의 가장 명백한 특징은 위계 조직이다. 그것은 감각적 지각 대상이 낮은 수준에 있고 추상적이거나 상징적인 지각 대상이 높은 수준에 있는, 점차 통합적이면서 일반적이 되어가는 인지적 위계로 조직된다. 위계의 바닥에는 각 감각 양상의 감각질(qualia)이 있다. 지각 지식을 범주화한다고 해서 반드시 모든 상위 범주에서 기초 특성이 급격히 늘어난다는 뜻은 아니다. 범주화에는 종종 어느 정도의 일반화, 추상화, 상징화가 동반되기 때문이다. 지각의 범주가 위계적으로 조직되어 있다고 해서 모든 학습(범주화하기)이 아래로부터 위로 일어난다는 뜻은 아니다.
포유류 신피질의 가장 두드러진 특징 가운데 하나는 내부 구조의 균일성이다. 여기에서 ‘동종 피질’이라는 명칭이 나온다. 동종 피질은 전체 여섯층으로 이루어져 있으며, 층마다 세포와 섬유의 특징적인 내용과 구조가 있다.
감각 피질이라는 모듈은 가장 작고 위계적으로 가장 낮은 지각망이다. 그것은 어느 기본적 감각 특성을 표상하는 데 기여하는 회로다. 회로에는 활성화될 잠재력을 지닌 세포와 시냅스 말고도 회귀하는 연결들을 포함해 기억망에 필수적인 요소들이 들어 있어, 그 환경 안에 존재하는 동안과 그 이후, 잠시 동안 표상을 활성화된 상태로 유지(영상 기억 iconic memory)한다. 단일 양상 연합 영역으로 올라가면, 감각 표상이 약간 더 뇌 공간에 분산되는 것을 볼 수 있다. 모듈은 더 커지고, 모듈이 표상하는 정보는 일차 피질에서 표상하는 것보다 더 복잡해진다. 세포는 자극 매개 변수들에 대해 더 대략적으로 조율되어 매개 변수에 대해 요구하는 것이 적어진다. 수용 영역이 더 커서, 자극 매개 변수에 폭넓은 변동이 있어도 세포가 자극에 반응한다. 따라서 이 상위 수준의 세포들은 자극 항상성을 어느 정도 존중하는 것으로 보이고, 이는 지각과 그것의 범주화 기능을 위해 결정적인 필요조건이다.
단일 양상 연합의 세포는 일차 피질의 세포보다 더 복잡하고 더 넓은 피질 구회에 퍼져 있는 자극에 반응하기 때문에, 그 복잡한 자극을 표상하는 그물망의 일부라고 결론 내리는 것이 합당하다. 더 나아가 그 그물망은 그것이 표상하는 지각 대상을 구성하는 특성들을 한데 묶는다고 추론할 수 있다. 따라서 감각 피질에서 개별적으로 분석된 자극 특성들이 통합되어 형성될 것이다. 그물망은 한 자극의 모든 특성을 통합하고 표상하는 것이 아니라, 자극을 하나의 지각 코그니트로서 범주화하는 특성들만 그렇게 할 것이다. 반면, 그물망의 한 성분은 다른 많은 그물망의 일부가 될 수 있다.
따라서 우리가 단일 양상 연합 피질 안의 코그니트라 부르는 것은 해당 양상의 복잡한 자극 또는 자극 집단의 연합된 특성들을 표상하는 세포들이 상호 연결된 그물망이다. 이 그물망은 그것을 구성하는 특성들이 반복해서 동시 발생함으로써 형성된 것이다. 결합의 강도, 나아가 코그니트의 견고성은 여러 요인의 함수다. 이 요인들 가운데 주목할 만한 것은 (1) 시간적 근접성, (2) 공간적 근접성, (3) 반복, (4) 감정 또는 동기 부여 측면의 함축이다. 주어진 양상의 동시적이고 공간적으로 근접한 특성들이 만들어 내는 복합 표상은 단일 양상 연합 피질에서 비교적 분리된 부위에서 합체하는 경향이 있다.
지식은 넓게 분포하기 때문에, 지식이 손상된다는 것은 그물망이 제거된다기보다는 그물망의 구성 요소가 해체되면서 요소들 사이의 큰 그물망과 연합이 망가진다는 것을 의미한다.


4장 지각

지각 코그니트는 감각을 통해 습득되는 지식의 단위로서 주로 후방 피질에 분포한다. 그물망과 그것이 표상하는 지식이 인지 내용의 복잡성 또는 일반성의 순서대로 여러 층 안에 위계적으로 조직되어 있다. 각 층은 감각 정보를 처리하고 표상하는 피질의 단계에 대응된다. 나아가 지각망은 층 내부와 사이에서뿐만 아니라 운동망, 다시 말해 전두 영역의 코그니트와도 광범위하게 상호 연결되어 있다. 이 장의 목표는 피질에서 감각 정보를 처리하는 순서가 지각의 정신적 또는 현상적 순서에 동형적으로 대응된다는 증거를 모으는 것이다.
지각이란 감각을 통해 마음으로 들어가는 세계의 표상이다. 다양한 시대에 일부 사람들이 지각 경험에서 관념, 지식 또는 이성이 주요한 역할을 한다고 주장했지만, 그 경험의 토대가 근본적으로 감각임을 부인한 사람은 거의 아무도 없었다. 현대 신경과학에서 지각은 감각 자극이 전담 수용체, 경로, 신경 세포에 미치는 효과로 환원될 수 있다고 널리 가정된다. 지각은 기억의 영향 아래 있을 뿐만 아니라 그 자체로 기억이고, 더 정확히 말하면 기억의 갱신이다. 우리는 우리가 지각하는 것을 기억할 뿐만 아니라 우리가 기억하는 것을 지각하기도 한다. 전적으로 앞서 확립된 기억이 현재의 감각적 인상의 범주를 결정하는 것이다.
따라서 모든 지각 대상에는 두 성분이 서로 얽혀 있다. 기억에 들어 있는, 범주의 인지적 정보를 감각의 유도로 재인하는 것이 한 성분이고, 그 인출된 기억에 비추어 새로운 감각적 인상들을 범주화하는 것이 다른 성분이다. 따라서 지각이란 이전 경험에서 얻은 가정을 바탕으로 새로운 경험을 해석하는 것-다시 말해 우리 주위 세계에 관해 교육 받은 가설을, 감각을 수단으로 끊임없이 시험하는 것-으로 볼 수 있다. 이 사실에서 지각은 본질적으로 능동적인 특징을 지니게 된다.
지각에 의한 감각 정보 범주화의 많은 부분에서 의식은 선택사항이다. 우리는 뇌가 정보를 열심히 처리하는 동안에도 다량의 정보를 자각하지 못한다. 우리는 의식 없이 세계에 관한 무수한 가설을 시험하고 입증한다. 주의는 기억과 마찬가지로 범주화 과정을 결정하는 하향적 인지 기능이다. 주의는 예기치 못한 지각 대상에 의해서, 다시 말해 주변에 관한 가설을 반증하고 우리에게 새로움, 위험 또는 예상치 않은 적응적 행동을 취할 필요가 있다고 경고하는 감각 입력에 의해 일어날 수 있다. 주의는 창의적 노력이나 과학적 노력에서처럼 미리 구상된 계획이나 탐색으로부터 일어날 수도 있다. 주의란 지가의 범주화 기능을 돕는 보조 요소다.
선택적 주의가 다른 모든 구역을 희생하고 특정한 한 구역에서 지각의 범주화에 봉사하는 주요한 이유는 감각계의 감각 정보 처리 용량이 제한되어 있다는 것이다. 여기서 나오는 것이 포함과 배제라는 선택적 주의의 두 가지 주요 요소다. 포함 요소는 주의의 집중으로서 널리 이해하고 있는 것이다. 즉 초점 안의 정보를 집중 분석하기 위해 감각 중추의 제한된 한 구역을 선택하는 것이다. 반대로 배제 요소는 그 시점에 초점에 들어 있는 것을 분석하는 데 방해되지 않도록 다른 구역에서 오는 정보를 희석하거나 통제하는 것이다.
지각의 범주화 기능은 정서(affect)와 가치(value)의 지배를 받는다. 둘 다 주의를 통해 지각에 영향을 미친다. 개인적 가치도 지각을 채색하고 주의를 통해 감각 정보의 범주화를 조종한다. 그 가치에 관한 감각 자극에 실리는 동기적 중요성이 주의를 강력하게 끌어당긴다.
기억으로부터 범주화를 통해 지각 대상을 형성하는 것은 본질적으로 주의, 정서, 가치의 인도를 받아 대응시키는 행위를 하는 것이다. 아마도 대응은 감각적 인상의 집합과 미리 확립되어 있는 코그니트, 즉 그 코그니트를 표상하는 활성화된 피질망 사이에서 일어날 것이다. 지각이 하는 범주화의 요체는 감각의 조직을 기억의 조직과 대응시키는 것이다.

게슈탈트학파 – 게슈탈트
지각 항상성의 문제는 여러 세대의 심리학자와 신경학자를 당황케 했다. 우리는 도대체 어떻게 크기, 모양, 색의 변이가 그렇게 엄청난데도 어떤 대상을 다른 것들 가운데에서 다름 아닌 동일한 그것으로, 또는 다른 것들과 같은 종류의 것으로 확인할 수 있는 것일까?

홀로그래피 모델 – 선택주의 원리
지각 코그니트란 환경에 조잰하는 관계의 패턴(게슈탈트)을 연합 구조 안에 표상하는 것이고, 지각 코그니트는 후방 피질망의 감각들을 통해 지각 코그니트를 활성화하는 것이다. 지각이 작용하면 감각적 충격이 그것을 수용할 이미 많들어져 있는 지각 장치로 온다. 마치 광범위한 항원의 집합체에 맞서기 위해 면역계에 한 패턴의 항체가 이미 만들어져 있는 것과 흡사하다.
지각 결합이란 어떤 대상을 확인 가능한 실체나 게슈탈트로 지각하는 데 있어 연합되는 감각 틍성들이 단일화됨을 특징짓기 위해 심리학자들이 사용하는 용어다. 지각 결합이란 연합된 뉴런 구조 안에서 대상을 표상하는 신경망 또는 코그니트가 활성화되는 것이다. 지금까지 보았듯이 똑 같은 그물망은 대상을 표상할 뿐만 아니라 범주화하기도 하고, 유기체가 그 그물망으로 수행하게 될 온갖 인지적 또는 행동적 조작을 유발시키기도 한다. 지금까지의 추정을 따르면 지각 결합은 그물망의 뉴런 모두가 합동으로 활성화되는 것이다. 합동 활성화란 그물망을 구성하는 뉴런들의 발화 빈도가 동시에 또는 거의 동시에 증가하는 것이다.


5장 기억

기억이란 자신과 환경에 관한 정보를 보유하는 능력이다. 일반적으로 우리는 기억을 마음에 남은 경험, 과거의 사건, 학습된 사실들의 흔적을 떠올리는 능력으로 이해한다. 의식적인 정보의 획득과 회상을 바탕으로 한다. 의식적 자각 없이 습득하고 인출하고 이용하는 모든 지식이 기억에 포함되어야 한다. 기억은 지식으로 이루어지고 지식은 기억으로 이루어진다.
지식과 기억의 차이는 미묘하다. 현상학적으로 지식은 사실과 사실 사이의 관계의 기억이고, 모든 기억과 마찬가지로 경험에 의해 습득된다. 자전적 기억과 지식의 차이는 단순히 시간 제약이 존재하느냐 하지 않느냐에 있다. 다시 말해 기억의 내용에는 시간 제약이 있고, 지식의 내용에는 시간 제약이 없다.
완전히 새로운 기억과 같은 것은 없다. 어떠한 새로운 기억도 옛 지식의 확장에 지나지 않는다. 모든 지각은 이전 지식에 따른 세계의 해석이라는 점에서 필연적으로 기억을 수반한다. 감각적 지각 대상은 해석 과정에서 옛 경험에 비추어 순간적으로 분류된다. 따라서 새로운 지각 대상은 기억을 바탕으로 지어져 새로운 기억을 낳는다. 이전 지식이 없으면 새로운 지각 대상은 해석이 불가능하고, 따라서 새로운 기억으로서 부호화하는 것도 불가능하다.
신경생물학의 관점에서 지식, 기억, 지각은 같은 신경 기질을 공유한다. 다시 말해 엄청난 배열의 피질망 또는 코그니트가 그 구조의 그물눈 안에 세 가지 모두의 정보 내용을 담고 있다는 것이다. 나중에 똑같은 구조적 틀에 다른 인지 기능도 추가할 것이다. 코그니트와 마찬가지로 저장된 기억도 피질망이다. 기억의 형성도 코그니트의 형성과 같은 기제에 의해 일어나고, 같은 원리를 따른다.
기억은 근본적으로 연합 기능이라는 일반적인 점을 강조하자. 기억 형성의 뿌리에 있는 기본적인 생물물리적 과정은 시냅스, 즉 해부학적으로 세포를 서로 연합하는 신경 요소를 건너가는 정보의 전송을 수정하는 것이다. 그 과정은 대개 입력들이 여러 세포에 시간적으로 연합해서 도달한 결과다.
주의, 시연, 반복, 연습은 피질의 기억망을 형성하는 시냅스를 만들고 강화할 때 상승적으로 작용하는 인지적 조작이다. 기억의 공고화는 본질적으로 그 인지적 조작들의 도움 아래 이루어지는 시냅스 조정이다. 인지 분야에서는 기억의 부호화(encoding)로 알려진 과정이다. 기억의 공고화를 보강하는 피질 시냅스들의 시냅스 조정에 흥분 뿐만 아니라 억제도 포함되는 것은 의심할 여지가 없다.
코그니트나 기억의 정보 내용을 규정하는 것은 관계이지 그 성분들의 합이 아니기 때문에, 어떤 곳에 있는 어떤 뉴런이나 뉴런의 집단도 많은 기억의 일부가 될 수 있다는 것이다. 기억망의 다수가 교차하고 중첩된다는 것은 표상의 상당한 중복, 다시 말해 축중 - 즉 다른 구조가 같은 결과를 낳는 능력 – 을 성명한다. 그것은 손상 뒤 회복되는 잠재력뿐만 아니라 실제 일어나지 않은 사건을 일어났다고 여기는 오기억과 같은 현상을 설명하기도 한다. 기억망의 교차와 중첩이야말로 기억의 견고함을 비롯해 손상-특히 상위 피질에- 뒤에 일어나는 일정한 기억상실이 명백하게 비특이적이라는 사실을 이해하는 열쇠라고 믿는다.
기억을 장기적인 피질망으로 공고화하려면, 기억을 형성하는 감각적 인상이나 내부 입력보다 오래 가는 시냅스 조정의 기제가 있어야 한다. 우리는 국소 수준에서 일어날 것으로 추정되는 그러한 기제의 하나로 장기 증강을 언급했다. 그물망 수준에서 또 다른 기제 하나가 매우 그럴듯해 보이는데, 속속들이 연결되어 피질 회로 안으로 회귀한다는 점에서 그렇다. 회귀하는 회로를 통한 신경 충동의 반향이 그것이다. 헤브는 반향을 기억 파지(retention)의 기제로 가정한 최초의 인물이다. 또 하나의 그럴듯한 기제는 감각적 인상을 반복 또는 시연함으로써 조정을 일으키는 입력을 재활성화하는 것이다. 이는 지각 기억 형성에서 특히 그럴듯하고, 실행 기억 형성에서는 연습이 같은 일을 할 것이다. 재유발된 입력이 보강될 기억을 생성했던 입력과 동일할 필요는 없다. 유사성, 지각 또는 운동의 항상성, 상징적 표상이 연합해서 효과적인 입력을 재창조해 기억망을 키울 수 있다. 이 잠재 기제 가운데 어느 하나 또는 전부에 의해, 한 그물망에 연합될 성분들은 소위 단기 기억 안에 ‘머무는’ 동안 지속적으로 활성화하여 공고화된다.
자극 -> 감각 저장소–(주의) -> 단기 기억–(시연) -> 장기기억
기억의 이중 저장고(단기 기억 저장고와 장기 기억 저장고) 가설과 단일 저장고 가설 사이의 긴 논쟁은 후자에 유리하게 해결된 것 같다. 하나이며 동일한 신경 기질이 공고화된다는 개념이 이중 저장고 발상을 점차 제거야 왔다. 단기 기억이 하나의 기억 계통이라는 관념은 고사하고 별개의 인지적 실체라는 관념에 마저 어긋나는 대량의 증거가 동물뿐만 아니라 인간에게서도 축적되어가고 있다. 동시에 기억의 공고화가 하나의 저장소에서 일어난다는 증거는 전체 대뇌 피질 자체가 하나의 저장소이며 피질망에서의 시냅스 변화가 공고화의 요체라는 의미를 함축한다. 이 관점은 인지 학계에서 기억의 일원론으로 알려진 것과 완전히 일치한다. 모든 기억을 수용할 수 있는 하나의 저장소가 있다면 그것의 발달 단계나 상태 또는 용도가 무엇이든 서로 다른 신경 구조가 서로 다른 종류의 기억을 수용할 필요는 전혀 없다. 그러나 입수 가능한 생리학적, 임상적 증거에 비추어 볼 때 필요한 것은 기억의 무한히 다양한 내용을 수용하기 위한 피질망의 복잡한 국소해부학이다. 피질의 단기 기억이 기억의 별개 계통, 단계 또는 종류라는 개념은 지킬 수 없는 것이 되었다. 그러나 시한부 기억이라는 개념은 비록 활성화되어 작동 중인 피질 기억의 상태로서-단기 기억 자체로서가 아니라 단기 동안의 기억으로서-이다.
서술 – 시각 및 청각 기억, 공간 기억, 얼굴 기억, 지각 기억, 운동 기억, 의미 기억, 감정 기억 + 추상


기억을 인출한다는 것은 그것을 표상하는 그물망을 재활성화하는 것이다. 기억 인출과 연관된 모든 현상은 궁극적으로 이 기본 가정에 원인을 돌릴 수 있다. 기억하기, 회상하기, 재인하기는 많은 형태를 띨 수 있고 내용과 맥락에 있어서 크게 다를 수 있다. 그러나 모든 인출 방식은 본질적으로 연결 패턴으로 기억을 분명히 하고 유지하는 신경망의 재활성화로 구성된다. 기억을 인출할 때 의식적 자각의 정도는 크게 다를 수 있겠지만, 의식적 자각 그 자체는 그물망을 규정하지도 그것의 재활성화 과정을 정의하지도 않는다.
지각은 본질적으로 확립된 기억을 재인하는 과정으로서 우리 주위의 세계를 범주화하는 결과를 동반하는 데, 대부분 의식적으로 일어난다. 모든 기억은 대개 암묵적이고, 무수한 적응적 이유로 무의식적으로 인출될 수 있다. 어떤 기억이 인출 가능하려면, 그것의 인지망은 어느 정도의 견고성, 즉 시냅스 강도가 있어야만 한다. 견고성이 클수록 인출될 가능성도 커진다. 일부 기억상실증은 전적으로 피질 기억망이 오용, 노화 또는 병으로 손실되거나 약화되는 데서 기인할 수 있다. 해마는 모종의 기억, 특히 서술적 기억(사실과 일화)으로 불리는 종류의 지각 기억을 의식적으로 인출하는 데 연관되어 있다.
다음 세 범주의 신경 입력이 피질 기억망을 활성화시킬(인출할) 수 있다.
- 감각 자극
- 다른 기억망에서 오는 입력
- 내부 환경에서 오는 입력, 내장계와 본능 및 정서의 신경 기질(변연계)에서 오는 영향도 포함

우리는 인출된 기억을 완전히 의식할-때로는 아플수록-수도 있는 반면, 우리가 인출하는 기억의 대다수는 여전히 의식되지 않는다. 우리는 일상생활에서 지각하는 것의 대부분을 의식하지 못하고, 유사하게 무수한 행위를 자각 없이 자동적으로 수행한다. 따라서 대부분의 기억 인출은 암묵적이다.
기억 활성화의 한 상태는 점화(priming)라는 형상의 기초가 되는 상태다. 점화란 비망록과 관계가 있는 어떤 수준의 자극에 미리 노출시킴으로써 비망록이 기억으로부터 인출되도록 돕는 것이다.
누군가의 생애에서 있었던 일화의 기억에는 복합 구조적 본성 말고도 시간성이라는 본질적으로 연합적인 특성이 있다. 일화 기억의 시간성에는 두 측면이 있다. 하는 기억되는 일화가 일어난 시간의 틀, 즉 연대기적 시대, 시계, 달력과 연합해 있다는 측면이다. 다른 하나는 일화를 구성하는 사건들의 시간적 순서라는 측면이다.
1. 기억은 연합의 원리와 기제에 의해 피질망에서 형성된다.
2. 지각 기억의 그물망은 후방의 연합 피질에서 위계적으로 조직된다.
3. 실행 기억의 그물망은 전두 피질에서 위계적으로 조직된다.
4. 어떤 기억의 인출은 그 기억의 그물망이 연합해서 재활성화되는 것이다. 즉 기억망 뉴런들의 흥분도와 발화가 증가하는 것이다.
5. 조직된 행동은 지각 기억과 실행 기억의 그물망들이 합동으로 활성화된 결과다


6장 주의

윌리엄 제임스의 ‘주의’: 그것은 보유될 가능성이 동시에 존재하는 여러 대상이나 일련의 사고 가운데 하나를 분명하고 생생한 형태로 마음에 보유하는 것이다. 의식의 초점 맞추기, 즉 집중이 본질이다. 어떤 것을 효과적으로 처리하기 위해 다른 것들을 퇴출시킨다는 의미다.
하등 동물에서 환경에 대한 유기체의 적응은 감각 기관으로부터 운동 효과기로 그리고 환경을 통해 다시 감각 기관으로 돌아가는 끊임없는 정보의 흐름을 토대로 한다. 동작이란 본질적으로 한끝에서는 전문화된 수용체가 다른 한끝에서는 전문화된 효과기가 처리하는 반응이다.
내부 되먹임에는 엄청난 생물학적 의미가 함축되어 있다. 되먹임 통제는 앞먹임 통제를 동반하므로, 후자도 주의 기제에서 전자만큼 본질적인 성분이다. 되먹임은 감각 처리 단계들을 조정하는 반면, 앞먹임은 주도적으로 운동 처리 단계들을 조정하면서 더 효율적인 동작을 위해 운동계를 점화시킨다.
주의의 요체는 어느 별개의 자극을 분석하기 위해 생물학적으로 관련된 신경 자원을 이용 가능하고 필요한 만큼 선택적으로 할당하는 것이다. 자원을 할당하는 주의를 맨 꼭대기에서 통제할 필요는 없다. 평범한 상황에서 평범한 자극을 처리하기 위해서는 전두엽 실행망의 관여 없이 하위 구조들이 빠르고 자동적으로 주의를 통제할 것이다. 어쨌든 주의 자체가 새로운 자극을 입력시키지는 않는다. 그러나 주의는 수용체뿐만 아니라 수용체 이면의 신경 분석자까지 준비시키고 조정하며, 그럼으로써 우리는 지금 존재하는 입력을 더 잘 분석할 수 있고 분석을 위해 그 다음 입력을 더 잘 들여올 수 있다.
주의의 통제가 촉진하는 감각 및 운동 기제에는 흥분시키는 성분도 있고 억제시키는 성분도 있다. 중추 신경계의 모든 수준에서 두 성분이 모두 작용한다. 억제의 보편적인 역할은 흥분의 역할을 증대시키는 것이다. 감각계와 운동계에 존재하는 흥분과 억제의 협동적 이원성으로부터 주의의 두 가지 기초 조작이 출현하는 것 같다. 그 둘은 감각 중추, 운동성 또는 인지의 어느 별개 구역 안에서 처리를 증대시키기와 경쟁하는 다른 처리들을 감소시키거나 억압하기다. 대뇌 피질에서는 거대한 상호 연결성과 인지망의 중첩 때문에 그 두 조작이 매우 중요해진다.
각성(arousal)과 경계(vigilance)는 뇌간의 확산 투사 체계에 의한 신피질의 활성화에 크게 의존하는데, 특히 주로 콜린계 신경전달물질로 영향을 미치는 중뇌의 망상체(그물체)가 큰 역할을 한다.
주위의 하향 통제는 구조화된 행동이나 인지의 처리 과정에서 상위의 피질망들이 하위의 그물망들에 가하는 선택적 조정이라고 이해할 수 있다. 주의에서 상위 그물망에 특수하거나 독점적인 역할을 부여할 필요는 없다. 상하의 코그니트 모두 선택적으로 힘을 합쳐 주의의 처리에 관여한다.
지각 주의란 감각 자극을 그것의 물리적 배경과 과거사의 함수로서 선택적으로 처리하는 것이다. 그 선택성은 감각 처리의 모든 단계에서 일어나며, 감각 처리 위계를 따라 상향 및 하양 두 방향으로 달리는 신경적 영향을 받아 커진다. 주의의 상향 통제는 대개 자극의 물리적 속성과 감각계의 생리적 속성에서 유래한다. 하향 통제는 감각 자극에 대한 지각 인지망의 반응에 대해 상위 피질이 가하는 조절이다. 지각의 인도를 받아 과제들을 실행할 때는 그 통제가 전전두 피질에서 온다.
작업 기억이란 곧 있을 동작을 위해 최근 사건의 내부 표상에 집중시킨 주의다. ‘작업 기억’이라는 용어는 인지심리학에서 유래한다. 작업 기억은 문제를 해결하고 인지적 조작을 실행하는 과정에서 인간이 이용하는 감각 자극의 일시적 기억을 가리켰다. 그러던 것이 앞으로 할 동작을 위해 필요하여 마음에 잡아 둔 정보에까지 적용되었다.
행동신경생리학에서는 작업 기억의 개념에 언어적 제약이 없고 인간이 아닌 영장류까지 연장되는 더 일반적인 의미를 부여했다. 이 개념은 다기 기억의 특징을 여전히 보유하지만, 공고화 과정에서 생기는 새로운 기억이라는 개념, 즉 장기 기억으로 가는 관문으로서의 단기 기억이라는 통상적 시각과는 명확하게 구분된다. 작업 기억은 그보다는 단기간 동안의 활동 기억이다. 작업 기억의 독특한 속성들은 형성 중인 새로운 기억의 속성이 아니다. 앞으로 할 동작을 위한 정보 처리에 요구되는 것으로서 주의의 초점 안에서 계속 활성화되어 있는 새롭거나 이미 있었던 어떤 코그니트의 속성들이다. 작업 기억의 내용은 본질적으로 동작을 처리하기 위해 활성화된 장기 기억으로 구성된다. 그 내용에 새로운 항목이 포함될 수도 있다. 새로운 항목은 연합, 지각 항상성, 범주화 덕분에 새로운 동작을 처리하기 위해 활성화되고 주의가 집중된 기존 그물망으로 즉시 편입될 수 있다.
작업 기억은 뉴런 수준에서 입증된 최초의 인지 기능이다. 지연 반응 과제를 수행하고 있는 원숭이의 전전두 피질에서 과제의 지연 기간 또는 기억 기간 동안, 즉 그 동물이 앞으로 사용하기 위해 감각 자극을 파지해야 하는 동안 세포들이 높아진 방전 수준을 위지하는 것이 발견되었다. 그러한 세포들은 뒤이어 ‘기억 세포’로 불렸다. 지연 기간 동안 일어나는 기억 세포들의 활성화에는 몇 가지 중요한 특성이 있다. 기억 속의 신호를 조건으로 행위를 수행할 필요성에 엄격하게 의존했다. 단순히 보상을 기대한다고 해서 유도되지 않았다. 원숭이의 신호 기억력과 상관이 있었다. 주의가 흩어지면 사라질 수 있었다. 이 특징들로 인해 기억 세포는 결과적으로 뒤따르게 될 동작을 위해 비망록에 주의를 기울이는 과정에서 이용될 것 같은 전두 피질망의 구성요소가 되었다.
작업 기억은 본질적으로 지각 기억과 실행 기억의 큰 인지망에서 신경 성분들이 합동으로 활성화되어 이루어진다. 작업 기억 안의 비망록에 대한 선택적 주의는 본질적으로 그 그물망의 지속적인 선택적 활성화로 이루어진다.
피질망들 안에서의 흥분 재입력이 작업 기억의 주요 기제다. 작업 기억은 기본적으로 회귀하는 그물망들 안에서의 재입력 또는 반향 활동에 의해 유지된다. 모든 형태의 주의가 그렇듯 작업 기억도 그에 수반해 일정한 피질망을 선택적으로 활성화시킬 뿐만 아니라 부수적으로 다른 그물망들을 억제하기도 한다.
결과적으로 작업 기억이란 실행 기능을 위해 최근에 활성화된 코그니트의 내부 표상에 집중된 주의다. 활성화된 코그니트는 주로 널리 분산된 연합 피질망 안의 장기 기억으로 이루어진다. 작업 기억 도중, 그물망의 선택적 활성화가 유지되는 것, 즉 그 코그니트에 대한 선택적 주의가 유지되는 것은 그 그물망 안에서 흥분이 계속해서 재입력된 결과다. 재입력 흥분을 토대로 한 주의 과정은 아마도 일시적으로 초점이 맞춰진 코그니트와 무관하고 당면한 과제와 무관한 그물망들을 배제하는 억제에 의해 보완될 것이다.
외측 전전두 피질의 가장 중요한 기능은 행동의 시간적 조직화다. 그렇다고 아무 행동이나 조직화하는 것은 아니다. 기계적이거나 본능적이거나 충분히 시연했던 행동은 아무리 길고 복잡해도 낮은 신경 단계에서 통합될 수 있다. 외측 전전두 피질이 반드시 시간적 조직화의 역할을 해야 하는 때는 그 행동이 시간을 가로질러 부수적 사건을 중재해서 불확실성이나 모호성을 해결해야 할 때뿐이다. 시간적 조직화라는 전전두 피질의 역할에 토대가 되는 결정적 기능은 시간적 통합이다. 시간적 통합이란 시간적으로 불연속인 정보를 토대로 행동을 구조화하는 것이다. 그러므로 그 과정의 정수는 시간적으로 떨어져 있는 정보의 요소들 사이에서 수반성(contingency)을 중재하는 것이다. 목표를 향한 어느 행동의 연쇄에서 연속된 동작에 질서와 적시성을 주는 것이 바로 시간을 가로질러 연속해서 수반성을 중재하는 이 과정이다. 시간을 가로질러 수반성을 중재하는 것이야말로 외측 전전두 피질이 지각-동작 회로의 꼭대기에서 수행하는 결정적 역할이다. 이 역할은 그 피질의 보완적이고 시간적으로 대칭인 두 기능에 의해 뒷받침된다. 하나는 작업 기억, 즉 어떤 자극의 내부 표상에 대한 주의이고, 다른 하나는 준비 자세, 즉 예상되는 정보를 위한 지각계와 운동계의 점화다.
준비 자세는 미래를 향하고 있는 실행 주의다. 작업 기억이 과거를 향하고 있는 주의의 형태인 것과 흡사하다. 그것은 예측되는 사건, 그리고 현재의 사건과 동작으로 기대되는 결과에 집중되는 주의다. 외측 전전두 피질의 이 자세 기능은 동작을 계획하는 능력의 생리학적 토대일 것이다.
순차 처리는 연쇄적 동작을 순서대로 실행할 때 신경 자원을 때맞추어 선택적으로 할당하기 위한 필요조건이다. 그러나 모든 신경계에서 순차 처리를 강조하다 보면 병렬 처리를 과소평가하기 쉽다. 지각계에서와 마찬가지로, 운동계에서도 병렬 처리가 대규모로 일어나 순차 처리를 보완하는 것이 분명하다. 과도한 주의는 훌륭한 수행의 방해물이 될 수 있다. 고도의 실행 주의가 꼭 필요한 동작들은 전전두 피질의 순차 처리와 시간적 통합 능력을 요구한다.
전전두 피질이 순차적으로든 병렬로든 실행 주의에서 맡은 역할을 수행하려면, 꼭대기에서 지각-동작 회로를 닫기 위해 수용체들로부터, 그리고 연합 피질의 후방 영역들로부터 되먹임을 받아야 한다. 연쇄 동작의 어느 시점에서든 어떤 의사 결정이 내려질지는 되먹임에 입각해서뿐만 아니라 그 동작의 예상되는 결과들에 입각해서 예측된다. 되먹임이 소위 감시(monitoring)의 토대다. 되먹임은 고유 감각 입력과 현재 하고 있는 운동 동작의 원심성 복제물의 형태로 안에서 생겨날 수도 있고, 밖에서 생겨나 감각을 통해 더 상위의 피질로 올 수도 있을 것이다. 어쨌든 전전두 피질은 안팎에서 오는 되먹임 덕분에 진행 중인 동작을 감시하는 기능을 수행할 수 있다.
지각-동작 회로의 모든 수준에서, 감각계로부터 운동계로 가는 되먹임에는 반대 방향의 억제성 되먹임이 돌아온다. 이 운동-감각 되먹임은 주의의 배제 요소를 구성하는 감각계에 대한 억제성 통제의 본질적인 버팀목이다.


7장 언어

1세기가 넘도록 좌반구 피질의 두 군데 별개 부위인 브로카 영역과 베르니케 영역이 언어 기능의 자리로 여겨져 왔다. 첫 번째 영역은 말의 생산을, 두 번째 영역은 말의 이해를 맡고 있는 것으로 추정했다. 그러나 최근의 증거는 언어가 모듈로 국재한다는 모든 종류의 가정에 심각하게 도전한다.
인간에서게 측두, 두정, 후두 영역의 연합 신피질은 주로 언어의 의미론적 측면을 수용하는 반면, 전두엽의 연합 신피질은 생산적 측면을 수용한다. 이런면에서 진화 과정에서 그 피질 영역들에 뉴런의 수와 연결이 크게 증가한다는 점이다. 개체의 발달에서 그 영역들은 축삭 수초화와 수상돌기 분지의 관점에서 가장 늦게 성숙하는 영역이다.
상후두 신경로가 계통 발생적으로 발달하고 발성을 지원하는 신경 구조들이 종뇌화한 것이 인간에게 적절한 환경적 조건 아래 언어를 발달시킬 고유한 유전적 기초를 제고한 것은 분명하다. 놈 촘스키를 선봉으로 한 매우 영향력 있는 현대 언어학의 학파는, 언어는 그 자체로 유전적으로 대물림되며, 모든 인지의 바탕이 된다. 이 입장을 뒷받침하는 경험적 토대는 아이들이 언어의 구조적 규칙, 즉 새롭고 의미 있는 구절과 문장을 형성하는 규칙을 빠르고 쉽게 습득한다는 증거다.
감각 피질과 운동 피질에 감각과 운동을 위한 계통 발생적 기억이 있는 것처럼, 피질 어딘가에는 언어를 위한 계통 발생적 기억과 같은 어떤 것이 있을까? 그 답은 아마도, ‘조건부로 그렇다’일 것이다. 언어는 학습해 말하는 단어들, 의미 있는 문법 구조들을 가지고, 명확하게 정의된 규칙의 집합-대개 아이들은 모르는-에 따라 창조함으로써 만들어진다. 언어는 엄격하게 구조에 의존하는 기능이고, 언어의 구조는 문법 규칙을 따라야 한다. 한 문장은 규칙을 따르는 동시에 의미를 보존하면서도 표면 구조에서 셀 수 없는 변화를 겪을 수 있다. 거기서부터 통칭 변형 문법이 유래하고, 이것 역시 보면 문법에 적용되어 왔다.
학습의 거의 전부는 본질적으로 연합 피질에서의 인지망 형성으로 구성된다. 아동의 언어 발달은 운동 기술의 발달과 상관이 있다. 행동을 순차적으로 조직하는 능력이 구어를 조직하는 능력의 전조이자 상관물이다.
대부분의 사람들이 언어 처리를 위해 주로 또는 전적으로 뇌의 좌반구를 사용한다는 것은 확립된 사실이다. 좌반구는 초기에 다양한 지각 및 운동 기능에 전문화되고, 그 기능 가운데 일부는 언어와 관계가 있다. 좌반구 또는 우세 반구는 꼭 전적으로는 아니지만 압도적으로 언어 기능의 의미론적, 구문론적, 음운론적인 모든 측면을 통제하는 것 같다.
언어의 건축 과정은 대개 좌반구의 두 군데 큰 피질 영역에 의존하는 것이 합당한 것 같다. 하나는 의미의 관계 처리를 위한 후방 영역(베르니케 영역)이고, 다른 하나는 구문 표현을 위한 전방 영역(브로카 영역)이다. 그러나 두 종류의 처리 모두, 피질의 대체적인 정보 맥락 밖에서 언어 자체를 제외한 다른 인지 기능들의 기여 없이 이해하기는 거의 불가능하다. 게다가 두 종류의 처리는 모두 다 아마도 순차적으로뿐만 아니라 병렬로 다수의 그물망을 통해 일어날 것이다. 인지적 기질이든 언어의 조작이든 둘 다 가소적으로 변할 수 있는 가능성도 언제나 존재한다.
전전두 손상 환자는 언어의 복잡한 구조를 개념화하거나 계획하거나 실행할 수 없고, 이는 다른 종류의 동작들을 그렇게 할 수 없는 것과 마찬가지다. 소뇌는 운동 및 전운동 피질과 마찬가지로 목적 있는 동작의 질서 있는 실행에 참여하는 구조다.
의미론(semantics)은 언어의 의미이다.
구문론


8장 지능

이 책에서 살펴보는 다섯 가지 인지 기능 가운데 가장 복잡하고 가장 정의하기 힘든 것이 지능이다. 복잡한 것은 지능이 다른 네 기능 전부-지각, 기억, 주의, 언어-와 밀접한 관련이 있기 때문이다. 지능을 정의하기가 어려운 것은 그것이 거의 무한히 다양한 모습으로 표현되기 때문이다. 여기서 정의하는 지능은 추리에 의해 새로운 변화들을 조정하고 해결하며, 새로운 형태의 값진 동작과 표현을 창조하는 능력이다. 지적 수행은 대뇌 피질의 지각망과 실행망 사이에서 뉴런들이 거래한 결과로서 가장 잘 이해할 수 있다.
인간의 지능은 유기체가 환경에 적응하기 위해 대뇌 기제들이 진화하면서 다다른 정점이다. 다른 동물들에게 지능이 있는지의 여부에 관한 논쟁은 대부분 무익하다. 지능을 뒷받침하는 필수 요소들의 일부는 주의나 기억과 같은 기타 인지 기능들로 구성되며, 그 기능들이 인간에게서든 동물에게서든 피질에 기질을 두고 있다는 것은 분명하다. 지능을 인간에게만 돌리는 것은 그것의 심원한 생물학적 기반을 무시하는 것이다.
목표는 개인을 초월하며 광대한 시공간으로 연장되는 다량의 정보 처리를 바탕으로 한다. 정보의 대대분은 존재하는 피질 코그니트들로 구성되며, 그 코그니트들을 처리하는 것이 목표 지향적 추리와 행동의 요체다. 따라서 원리적으로 인간 지능의 발달이란 피질 인지망의 발달이자 그것이 발휘하는 정보 처리 효율의 발달이다. 만일 지능이 인지적 또는 행동적 목표를 향해 인지적 정보를 처리하는 것이라면, 지능의 정도란 지능이 그 정보를 처리할 수 있는 효율일 것이다. 그러므로 효율이란 여기서 사전 지식을 포함해 이용할 수 있는 모든 수단을 써서 문제 해결과 같은 목표를 달성하는 능력을 가리킨다.
피아제에 따르면 아동의 지능 발달은 네 단계를 거친다. 출생 후 2년까지인 첫 단계는 감각-운동 단계다. 이 단계에서 아동은 복잡한 감각과 운동의 통합을, 복잡성 관점에서는 출생 시에 존재하는 기초 적응 반사를 연장하는 법을 학습한다. 이 기간 동안 아동은 감각-운동 통합의 도식, 다시 말해 당면한 환경에 있는 대상들에 대한 운동 반응의 도식을 형성하기 시작한다. 도식의 상징적 표현은 간단한 정형적 무언극의 형태로 나타나기 시작한다. 2~7세 사이의 두 번째 단계는 표상 단계로, 이 기간 동안 아동은 외부 세계를 표상하려고 상징의 사용을 말의 영역까지 연장한다. 되먹임과 시행착오로 점차 대상의 조작을 조절한다. 그 되먹임에는 타인에게서 듣는 언어가 점점 더 많이 포함된다. 7~11세의 세 번째 단계는 구체적 조작(concrete operation)의 단계다. 이 단계 동안 아동은 자극에 덜 묶이게 되고 점차 목표를 향해 수단들-언어를 포함한-을 독립적으로 조직할 수 있게 된다. 임시변통과 창의적인 모습이 드러나거나 뚜렷하게 증가한다. 완구를 조립하고, 게임과 스포츠에 숙달되고, 예술적 능력과 문제 해결 능력이 보이기 시작하는 시기다. 11~15세의 네 번째 단계는 형식적 조작(formal operation)의 단계다. 이제 아동은 가설적 추리를 이용하고 여러 대안을 시험하기 시작한다. 귀납적 논리와 연역적 논리가 둘 다 꽃을 피운다. 목표로 가는 수단이 더 많아지고 복잡해진다. 아동이 시간적으로 정보를 통합할 능력, 결국 먼 목표물을 향해 논리적 사고와 동작의 시간 게슈탈트를 구성할 능력을 갖추게 된다는 점이다. 언어는 이제 그 목표 지향적 게슈탈트를 구성하는 동안 명제들을 형식화하기 위해 필수적인 것이 되어 있다.
피아제의 구조주의적 접근은 인지적으로나 신경생물학적으로 불충분하다. 무엇보다 발달의 첫 단계에 억제를 도입할 필요가 있다. 다시 말해 우리가 지각 대상, 기억, 세계와의 관계 패턴을 형성하는 데 꼭 필요하다고 생각되는 주의의 배제 측면이 요구된다. 그럼에도 피아제가 윤곽을 그린, 적절한 자격을 갖춘 발달의 각본에서 아동 지능 발달의 단계는 점점 더 높은 수준의 통합이 일어난다는 것을 그럴듯하게 시사한다. 적당한 나이가 되면, 주어진 발달 단계의 신경 기질이 이전 단계들에서 인지를 뒷받침하던 다른 기질들의 통합 기능을 넘겨받는 것으로 보인다.
다른 모든 인지 기능과 마찬가지로, 지능에는 구조적 해부학도 있고 기능적 해부학도 있다. 첫 번째는 그 개체의 지식 기반, 즉 경험에 의해 획득되는 피질 코그니트 또는 그물망의 집합체로 구성된다. 두 번째는 주어진 시점에 지적 활동을 실행할 때 지식을 처리하는 피질 코그니트들로 구성된다. 첫 번째 기질을 지배하는 것은 개체변이고, 두 번째를 지배하는 변이는 그 개체가 주언진 시점에 실행하는 지적 활동의 유형에 의존한다. 두 기질과 그 변이의 출처를 혼동하는 것에서 지능의 신경 상관물을 확인하려는 시도의 많은 부분에 오류나 모순이 생긴다.
인지과학자들이 흔히 연구하는 지적 수행의 형태들을 고려해보자. 본질적으로 추리를 바탕으로 하는 분석적(analytical) 지능, 대개 평범한 삶의 경험에서 얻게 되는 문제 해결 능력을 바탕으로 하는 실용적(practical) 지능, 이행, 상상, 직관을 바탕으로 하는 창조적(creative) 지능. 이 세 종류의 지능 사이에는 상당한 상호 작용, 중첩, 거래가 있다. 주의는 지적 수행에 가장 결정적인 인지 기능이다. 추리, 문제 해결, 창의적 언어에서는 확실히 결정적이다. 따라서 지능의 피질생리학은 대개 주의의 피질생리학과 일치한다.
추리란 사전 지식으로부터 새로운 지식을 형성하는 것, 즉 기존의 코그니트로 새로운 코그니트를 만드는 것이다. 추론(inference)이라는 새로운 코그니트는 전적으로 기존 지식으로부터 유도될 수도 있고, 기존 지식과 최근에 얻은 새로운 감각 정보 둘 다로부터 유도될 수도 있다. 이렇게 정의된 추리에는 연역적 논리와 귀납적 논리를 막론한 논리적 사고가 포함되고, 반사적인 무의식적 추리에서 정식 수학까지 광범위한 인지 조작들이 포함된다. 추리의 인지과학을 지배하는 주요 방법론은 두 가지다. 하나는 상징적, 명제적 또는 언어적 방법론이고, 다른 하나는 비명제적 또는 연결주의적 방법론이다. 첫 번째 방법론은 모든 지식을 언어적으로 형식화하고, 규칙을 기반으로 학습된 상징을 이용하는 것에 기초를 둔다. 두 번째 방법론은 미리 확립되어 있는 인지망들을 통해 빠르고, 전문적이고, 자발적으로 정보를 처리하는 것에 기초를 둔다. 연결주의 모델에 따르면, 이 처리는 각 그물망 안에서 대개 병렬로, 즉 동시에 많은 통로를 따라 일어난다.
추리의 뇌 기제는 알려져 있지 않지만, 처리의 두 가지 형태, 즉 언어적 형태와 연결주의적 형태가 서로는 물론 입수 가능한 신경과학의 사실들과 양립할 수 있음이 점점 더 명백해지는 것 같다. 인가의 뇌가 둘을 다 사용하는 것은 분명하다. 언어의 구성이 어휘망과 인지망의 상호 작용에 의존하는 것처럼, 추리도 아마 그럴 것이다. 언어적 방법론과 연결주의적 방법론의 대립은 인지신경과학에서 반대 입장이면서도, 조직된 피질 코그니트 위계 안의 여러 수준에서 신경적 거래가 이루어진다는 개념으로 화해시킬 수 있는 또 다른 짝이다.
추리의 가장 단순한 형태는 반사적 추리(reflexive reasoning)다. 그것을 커다란 지식의 영구 저장소의 도움을 받아 주어진 상황으로부터 빠르게, 자동으로, 노력 없이 추론을 이끌어 내는 것이다. 이런 종류의 추리는 직관적으로 빠르게 작용하는 상식과 흡사하게, 모든 지적 생활에 스며있다. 날마다 우리의 뇌는 엄청난 양의 정보를 그런 방식으로 처리한다.
최근의 기능적 영상 연구들은 모든 연역적 추리의 본성은 언어적이고 명제적이며, 따라서 좌반구의 언어 영역이 관여한다는 견해를 지지한다.
모든 인지 기능에서 그렇듯 추리에서도 억제가 결정적 역할을 한다는 증거가 제공된다. 억제성 통제는 훈련으로 키울 수 있다.
반사적 추리란 피질 조직의 비교적 낮은 수준에서 영구 코그니트들 사이의 신경 정보를 병렬로 빠르게 무의식적으로 처리하는 것이다. 그 과정을 구성하는 주요 성분은 실재와 기존 코그니트의 신속한 짝짓기가 될 것이다. 억제성 되먹임이 개입하거나 시간을 가로질러 부수적 사건을 일으키는 일 없이 짝짓기에서 자동적(반사적)으로 추론이 나올 것이다. 반면 연역적 추리는 지각-동작 회로의 꼭대기에서 이루어지는 통합 과정으로 이해할 수 있다. 대체 가능한 코그니트들을 실재에 대해, 그리고 영구 코그니트들에 대해 순차적으로 짝지은 연후에 논리적 추론에 도달한다. 이 과정에서 상징과 언어가 개입하고, 좌반구의 언어 영역 역시 개입한다. 이 과정에서는 복잡한 정보를 통합하고 다른 대안들을 퇴출해야 하므로 외측 전전두 피질 중에서도 좌반구의 외측 전전두 피질이 요구된다. 이 피질이 특히 결정적인 역할을 하는 연역적 추리의 형태들은 시간적 통합 능력과 논리적으로 거의 참인 추론들을 억제하는 능력 가운데 하나 또는 둘 다를 몰아붙인다.
연역적 추리의 목표는 여러 전제로부터 논리적으로 타당한 추론을 이끌어내고 그 타당성(validity)을 입증하는 것이다. 이 맥락에서 타당성이란 추론과 전제들 사이의 논리적 일관성으로 정의되며, 전제들의 타당성과는 무관하다. 반면 귀납적 추론의 목표는 현재의 관찰과 기존 지식으로부터 그럴듯한 추론을 이끌어내어 그 추론의 개연성을 가늠하는 것이다. 존 스튜어트 밀은 귀납을 ‘일정한 개체들에게 참인 것이 한 종류에게 참이라고, 일부 종류에게 참인 것이 전체 종류에게 참이라고, 또는 일정한 시간에 참인 것이 유사한 상황에서 모든 시간에 참일 것이라고 결론 짓는 과정’으로 정의했다. 그러나 귀납으로 얻을 수 있는 것은 진실이 아니라, 기껏해야 개연성일 뿐이다. 결정적인 것이 아니라 개연적인 관찰과 지식의 본성에 의해 귀납은 절대적 진실에 범접할 수 없다.
‘실용적 지능’이라고도 불리는 일상적인 문제 해결 방식은 본질적으로 문제 해결이라는 목표를 향한 귀납 논증을 토대로 한다. 귀납 논증은 흔히 유사성에서 나오며 ‘유추 논리(analogical reasoning)’라 불려 온 인지 과정에서 유사성에 의해 결론으로 이어진다. 이 형태의 추리에서 추론에 도달하는 논리는, 유사한 자극들을 동등한 것으로 취급해 과거 문제를 해결할 때 사용했던 전략을 유사한 새 문제에 다시 적용하는 것이다. 유추 추리는 자극들 사이, 대상들 사이, 사건들 사이의 관계로 연장된다. 따라서 추리하는 주체는 그러한 관계들(연합들)의 패턴을 유사한 것으로 취급하여, 그것을 있는 그대로 하나의 상황에서 다른 상황으로, 그리고 한 문제에서 다른 문제로 전이한다. 그것은 게슈탈트심리학에서 지각하는 주체가 지각 대상을 만들고 재인하면서 거치는 과정이라고 가정하는 것과 유사하다. 그러므로 추리하는 주체는 유추 사상을 창조해서 그 관계의 패턴을 추상적인 형태로 표상한다. 유추 사장은 본직적으로 추상적인 코그니트로, 유추 추리에서는 인지 단위(게슈탈트)로 사용된다. 그 복잡성은 사상이 도입하는 관계의 수의 함수로써 변화한다.
문제 해결의 신경과학은 문제 해결을 향한 추리를 뒷받침하는, 피질의 표상 및 조작의 신경과학이다. 따라서 문제 해결에 사용되는 피질 표상은 확립된 지식의 코그니트뿐만 아니라 현재나 최근의 감각 정보 코그니트들로 구성된다. 조작은 그러한 코그니트들 내부와 사이에서 이루어지는 신경의 거래로 구성된다. 이 거래들은 피질망 안에서 작동하는 흥분 및 억제 기제들의 결과로서, 다양한 인지 기능이 이 기제를 통해 추리를 유도해 문제 해결에 도달한다. 문제 해결을 위해 가장 중요한 인지 기능은 주의, 지각, 기억, 그리고 조건부로 부수되는 사건들의 통합(~~이면 … 이다)이다. 그 부수적 사건들이 다양하고 복잡해지면 통합은 시간 차원을 얻는다. 시간적 통합이 이루어지는 것이다. 그러면 주의와 기억의 시간적 통합 측면이, 특히 작업 기억과 계획, 다시 말해 미래 계획 기억에 결정적이 된다. 시간과 복잡성이 추리 과정, 결국 그것을 뒷받침하는 신경 기능에서 결정적인 변수가 된다.
문제를 해결하는 비인간 영장류의 능력은, 특히 지연 과제처럼 시간이 경과한 뒤 문제를 해결하는 과제들을 써서 광범위하게 시험되었다. 문제 해결 도중의 기능적 뇌영상은 거의 예외 없이, 좌반구 피질이 광범위하게 활성화되고 어떤 경우는 우반구도 활성화됨을 보여준다. 실험대상자가 신체의 회전 변환을 시각적으로 상상해야 하는 공간 추리 문제를 해결할 때는 특히 왼쪽의 후두엽, 두정엽, 측두엽 접합부의 안 또는 주위가 활성화된다. 문제 해결에서 전전두 피질이 일관적으로 활성화된다. 문제 해결에서 전전두 피질이 하는 통합 역할은 등급이 있어서 필요에 맞추어 조정된다. 통합 시간, 복잡성, 새로움이라는 세 요인이 그 필요를 결정하며, 세 요인 사이에서도 상당한 거래가 이루어진다.
평범한 언어에서, 어느 인간이 어떤 시간에 어떤 방식으로 행동하겠다고 결정을 내리면 거기에는 당연하게 그가 그것을 이성으로 자유롭게 선택했다는 의미가 실린다. 신경과학적 담화에서조차, 의사 결정이 내포하는 현상학적인 의미를 회피하는 것은 사실상 불가능하다. 그럼에도 지능이 함축하는, 의식과 자유 의지를 애써 무시해야만 지능의 그토록 중요한 측면에 유용하게 접근할 수 있다. 무시하지 않으면, 피할 수 없이 전두엽이든 다른 어디든 자유롭고 의식 있는 신경 행위 주체가 있다고 가정하게 되는데, 이는 필요하지도 않고 옹호할 수도 없는 실체다. 더욱이 그 그럴듯한 가정 때문에 신경과학자는 의사 결정의 신경적 토대에 관한 모든 논의를 뒷받침하는 결정적 증거로부터 멀어진다. 그 증거는 다음과 같다. 인간은 의사 결정을 할 수 있는 유일한 유기체가 아니다. 모든 결정이 이성적인 것은 아니다. 어떤 결정은 무의식적이다. 많은 결정, 실로 대부분이 부분적으로는 우리가 자각하지 못하는 이전 경험(암묵적 기억)의 산물이다. 인지 기능의 뿌리를 이해하려면 우리는 다시 한번 신경생물학으로 내려가야 한다.
행동하겠다는 결정, 즉 대안들(행동하지 않는 것을 포함한) 사이에서 어떤 동작을 선택하는 것은 피할 수 없이 정의에 의해 유기체의 실행 기능들과 묶인다. 그러므로 선험적으로 영장류의 의사 결정은 전두엽의 기능이라고 가정하는 것이 합당하다. 그러나 의사 결정에서 전두 피질이 하는 모든 역할은 동작 선택에 있어서 위계적으로 더 낮은 실해 구조들의 역할이 위로 확장된 것으로 보아야 한다.
제임스는 어떤 경우든 적절한 행동을 선택하려면 자극의 선택이 선행되어야 한다고 썼다. 여기서는 두 선택이 모두 의식될 것이고 주의의 안내를 받는다는 사실이 요점이 아니다. 제임스의 말에서 중요한 점은, 어떤 방식으로 행동하겠다고 결정하느냐는 모종의 감각 정보를 사전에 처리했느냐에 의존한다는 것이다. 그렇다면 결정이란 지각의 산물이 될 것이다. 이 추리를 따르자면 결정은 지각과 함께 시작된다고 주장할 수 있을 것이다. 더 넓은 개념적 틀 안에서 보자면 모든 감각-운동 행위에 결정이 있고, 그러므로 감각-운동 통합의 신경 기질을 구성하는 모든 수준에 결정이 있다. 낮은 수준에서 결정을 내리는 것은 감각 구조와 운동 구조 사이를 잇는 다소 직접적인 경로들의 체계다. 피질의 더 높은 수준에서 내리는 결정은 지각-동작 회로의 양쪽 모두에 의존한다. 따라서 먼저 묻는 것이 합당하다. 불확실하거나 모호한 동일 자극에 반응하면서 동물이 그에 반응해 내리는 행동적 선택과 조화를 이루는 뉴런 개체군들이 후방 피질에 있을까? 인간과 원숭이에게서 얻은 전기생리학적 증거는 이것이 정말로 있음을 가리킨다.
감각 정보를 표상하고 처리하는 인지망들이 자극을 범조화-즉 자극을 지각-하며, 그 범주화는 자극의 물리적 속성들하고만 일치하는 것이 아니라, 자극이 결정하는 행동적 결정들과도 일치하는 것으로 보인다. 일부 결정들은 지각에서 생기는 신호들이 실행 피질에 도달하기 전에 피질 지각-동작 회로의 지각 쪽에서 내려지거나 시작된다고 결론지을 수 있다. 하지만 지각이 결정의 유일한 출처인 것은 아니다. 추리가 또 하나의 출처이며, 인간에게서 그렇다는 점이 가장 중요하다. 결정의 다른 출처들은 광범위한 감정적, 사회적 영향에서 찾을 수 있다. 그러한 영향에 들어가는 것이 마음 이론, 즉 타인의 심적 상태와 의도를 평가하는 능력에서 유래하는 영향들이다. 이 능력은 대개 직관적인 말과 태도의 지각에 기초하는 것으로 보인다. 마지막으로 인간이 내리는 결정의 가장 중요한 출처는 지각 및 실행 표상의 가장 높고 가장 추상적인 코그니트로 볼 수 있을 수많은 사회적, 미적, 윤리적 가치다. 대개 교육과 실례에 의해 얻어지는 그 가치들은 우리 종이 독보적으로 세습하는 재산의 일부다.
일단 결정이 내려지면, 결과로서 동작은 뇌 안에서 어떻게 시작될까? 인지과학에서 가장 도전적인 질문들 가운데 하나다. 그것은 자유 의지와 같은 철학적 쟁점과 관련성이 높은 질문이기 때문에, 종종 의지의 중추와 같은 유사골상학적 개념의 존재를 옹호하는 추측을 초래한다. 의지의 중추란 결정을 내리고 실행하는 유일무이하게 공헌하는 신경 구조일 것이다. 만일 그러한 중추가 있다면 그것은 어떤 명령 아래 있는가? 그렇다면 그 중추는 어디에 있으며, 어떤 명령 아래 있는가? 어쨌든 종류를 막론하고 전두엽에 신경 지휘관이 있다는 증거는 없다. 전두엽에 능동의 중추가 있다는 추측을 경험적으로 뒷받침하는 증거들은 다음과 같다. 전두 피질이 손상되면 수의 운동이 마비되거나 말과 행동의 자발성이 상실된다. 전두 피질을 자극하면 눈, 고개 또는 팔다리가 움직인다. 수의 동작이 시작되기에 앞서 전두엽에서 표면 전위가 발생한다.
그러나 전두엽의 능동 중추라는 개념과 그것을 뒷받침하는 것으로 보이는 증거의 해석은 전두 피질의 모든 부분이 다른 구조들과의 풍부한 연결 속에 내재하면서 그로부터 오는 무수한 입력의 지배를 받는다는 증거를 무시한다. 조직된 목표 지향적 동작은 많은 출처로부터 신경 입력이 도착하여 전두 피질의 그물망을 활성화함에 따라 시작된다. 그러한 입력들의 본성은 그것의 출처로부터 추론할 수 있다. 따라서 전두 피질은 내부 환경으로부터 변연계를 통해 내장 기관들의 상태, 호르몬과 화학 물질 수준, 그리고 그 유기체의 감정 및 정서 상태에 관한 정보를 받는다. 외부 환경으로부터는 감각 기관들과 후방 피질을 통해, 끊임없이 흘러드는 주위 세계에 관한 감각 정보를 받는다. 신피질의 다른 부위들로부터도 사전 지식을 토대로 한 수많은 영향-다시 말해 지각, 기억, 추리, 언어의 인지 영역들로부터 오는 영향들-을 받는다. 문화와 가치의 영역에서 오는 영향들이 여기에 들어간다.
앞서 주의와 추리 및 문제 해결과 관련해서 언급했듯이 전두 피질은 후방 피질로부터 입력들을 받고, 주의의 배제 또는 차단에 결정적인 역할을 하는 억제성 출력을 돌려보낸다. 덧붙여 전두 피질은 변연 구조들로 억제성 출력을 보내 충동과 동기 부여에 이바지하는 구조들로 신경 자극이 흘러드는 것을 제어한다. 그 출력은 대부분 전전두 피질의 안와 내측 영역에서 기원한다. 이것이 바로 안와 내측 피질이 손상되면 그 결과로 흔히 충동을 제어하지 못해 사회 병질적 행동을 일삼고 무절제하게 위험을 감수하거나 불합리한 결정을 내리는 것이 특징인 임상적 장애들이 생기는 이유다.
그렇다면 본직적으로 동작의 개시는 그것의 뒤이은 과정과 마찬가지로 유기체의 연합된 여러 구역으로부터 전두 피질에 동시에 도착하는 여러 경향이 경쟁한 결과다. 주어진 시점에 그 영향들이 지니는 강도나 발생 확률을 이유로 그 중 소수만이 실행 주의를 차지하려는 경쟁에서 우위를 차지한다.
6~16세 사이에 아동의 지능은 안으로부터 걷잡을 수 없는 변화를 겪는다. 변화의 본질은 지능이 대규모로 또 점진적으로 감각으로부터 이탈하는 것이다. 어린 시절 초기 십 년 동안 우세했던 감각-운동 양식의 적응이 물러나고 인지 능력이 급격히 발달하면서 환경으로부터 독립하게 된다. 마음이 자극에 덜 구속하게 되고 스스로의 주인이 된다. 물론 언어의 발달이 그 변화를 촉진한다. 전전두 피질이 성숙하면 본질적으로 지각-동작 회로에 언어 및 행동을 통합하는 더 높은 수준이 보태진다. 그와 함께 아동의 어휘가 엄청나게 확장하면서 훨씬 더 많은 상징과 상상력이 자극을 대신하고, 자극과 반응 사이에 시간과 숙고가 훨씬 더 자주 끼어든다. 또한 전두엽의 연합 피질이 통합의 역할을 맡게 된다.
창의적 지능은 흔히 목표, 과제, 계획을 발명하는 능력이라고 말한다. 다시 말해 미래를 발명하는 능력이라 할 수도 있을 것이다. 또한 그러한 목표를 추구하고 그러한 과제와 계획을 이행하는 능력이기도 하다. 창의적 지능은 미래에 초점을 둔 자율적인 형태의 지능이다. 그러나 그것의 미래 목표는 확실하게 과거와 현재를 토대로 한다. 모든 형태의 지능이 그렇듯 창의적 지능도 다른 모든 인지 기능으로부터 발달한다. 그것은 넓은 지식의 기반으로부터 발달하며, 지식은 암묵적 지식이든 명시적 지식이든 과거에 주의와 지각에 의해 습득되어 언어에 의해 상징화된 것이다. 그러나 창의적 지능이 도래하면서, 그 건설을 도왔던 인지 기능은 하인이 된다. 기능의 역할이 완전히 뒤집혀서 지능 실행부의 일부가 되는 것이다. 전에는 지각, 기억, 주의, 언어와 관련된 지능의 기초들이 있었다면, 이제는 지적인 자가, 지적인 기억, 지적인 주의, 지적인 언어도 있게 된다. 그러한 노예 기능들이 피질에서 지적 실행부의 대행자들이 되어 그것이 새로운 형태의 지각뿐만 아니라 새로운 형태의 동작까지 설계하는 일을 돕는다.
우반구가 창의적 지능, 특히 공간적 창의성을 발휘하는 데 특별한 역할을 한다고 주장하는 신경심리학자들이 있다. 많은 연구가 우반구가 뇌에 창의력을 부여한다는 것을 기정사실로 만든다. 우반구의 통합 기능은 비록 완전히 명확하게 밝혀진 적은 없지만, 좌반구의 논리 및 언어 능력에 상당한 도움을 준다는 것이 밝혀져 왔다.
창의적 지능에서 뇌가 하는 기능에 대해서는 믿을 수 있는 직접 관련된 연구가 거의 없다.
통상적인 지능 검사에서는 저창의군이 고창의군보다 우월하다는 것이다. 이는 자주 주목되는 창의성과 논리적 사고의 분열을 가리킨다. 논리적 사고와 분석적 사고는 창의성에 방해가 되는 것으로 간주된다.
창의적 과정이란 피질에서 새로운 코그니트, 즉 새로운 그물망 표상이 형성되는 것이라고 가정한다. 이 표상들은 대부분 수렴적 사고에 반대되는 발산적 사고에서 나온다. 수렴적 사고는 귀납적 추리와 연역적 추리로 구성되고, 이는 논리적 추론과 문제 해결을 향해 수렴한다. 반면에 발산적 사고는 논리적 제약이 없고 자율적이며 어느 정도 자유로이 움직인다. 또한 상상력에 의지하고, 당면한 현실에는 최소한으로 닻을 내리고 있다. 창의적 코그니트는 주로 발산적 사고에서 출현한다.
현재의 맥락에서, 창조한다는 것은 이전의 코그니트들을 가지고 새로운 코그니트를 만든다는 것이다.


9장 의식에 관한 에필로그

의식이란 인지적 기능의 주관적 경험이다. 어떠한 인지 기능이든 그 작용으로부터 의식을 경험할 수 있으므로 현상학으로 의식을 분석하면 인지 기능에 대해 새로운 지식을 얻을 수 있다. 의식의 피질 구조란 앞에서 논의한 다섯 기능의 구조다. 신경의 관점에서 제임스가 ‘의식의 흐름(stream of consciouseness)’이라 부른 것은 그 기능들을 뒷받침하는 피질망(코그니트)들이 일정한 수준 또는 역치 위에서 연쇄적으로 활성화되는 현상으로 보인다.
우리가 어떤 지각 대상을 의식하는 이유는 기초 감각들이 전체로 통합된 결과 범주적으로 지각되기 때문이다. 시각적 지각 대상이란 본질적으로 배경에 대비해 분리된 전경이고 그 시각적 지각 대상을 만드는 연합이 결합의 기초로 여겨진다. 작업 기억은 하려는 동작을 위해 최근의 지각 대상을 향한 내면화된 주의이고, 따라서 그 지각 대상을 표상하는 인지망이 지속적으로 활성화되는 것이다.
기억은 갖가지 형태와 상태로 의식에 들어갈 수 있다. 모든 기억의 회상은 회상의 정의에 따라 우리에게 의식된다. 상상 역시 본질적으로 장기 기억과 확립된 코그니트들을 의식적으로 인출하여 다양한 방식으로 조립하고 재배치한 것이라는 점에서 의식된다. 기억과 상상의 의식적인 상호 작용이 창의적 지능에 기여한다. 십중팔구 그 상호작용은 후방 피질과 전두 피질 사이의 연쇄적으로 재입력되는 기능적 연결 고리들에 의존할 것이다. 그러한 연쇄는 어떤 것이든, 정서 상태나 내부 환경의 상태를 표상하는 구조들에서 출발할 것이다.
우리가 일상생활에서 주위 세계를 다루는 동안 재인은 대체로 회상보다 더 우세한 기억 인출의 형태다. 재인이 우세한 역할을 하는 이유는 기억과 지각의 상호 작용에 있다. 모든 지각의 요체는 재인이다. 지각이란 감각 자극의 범주를 재인하는 것이다. 그 재인을 의식하건 하지 않건 마찬가지다. 지각이 주의의 초점에 들어가면 그것은 의식된다. 따라서 현상적 수준에서 의식은 지각, 기억, 주의라는 세 가지 인지 기능 사이의 복잡한 상호 작용에서 출현한다. 그러나 의식에 가장 많이 기여하는 것은 마지막 기능-주의-이다.
우리는 우리가 주의를 기울이는 것을 의식적으로 자각한다. 주의가 흔히 의식과 동의어로 취급되는 이유가 거기에 있다. 주의를 기울인 모든 현상은 의식의 본질적인 속성, 즉 통합된 단일성을 띤다. 주의의 모든 내용은 공간적 단일성과 시간적 단일성이라는 현상적 속성을 소유한다. 가장 기초적인 감각조차도 어쩌다 주의의 초점에 들어가면 통합의 행위를 구성한다. 그것이 유사한 감각들을 동반한 이전 경험에서 유래하는 연관된 감각질들을 단일화하기 때문이다. 우리가 주의를 기울이고 있는 모든 지각 대상은 같은 부류의 구성원이 갖는 연관된 속성들을 통합한다. 동시에 그 지각 대상은 그것의 맥락과 연합되고 배경과는 분리-즉 음의 방향으로 연합-된다. 그러므로 주의를 받는 지각 대상의 통합은 그것을 표상하는 코그니트의 연관된 속성들, 다시 말해 그것의 피질 구조의 연관된 속성들로부터 유래한다. 그 그물망의 연관된 요소들이 부수적으로 활성화되면서 주의 행위의 의식적 경험에 단일성을 부여한다. 그 단일성은 지각 주의의 경험뿐만 아니라 운동 주의의 경험에도 적용된다. 목표 지향적인 과제의 수행은, 특히 그 과제가 새롭고 의도적인 것을 때 수행하는 주체에게 단일한 의식 경험을 부여한다. 주의를 받는 지각 대상이 지각의 주체에게 단일한 의식 경험을 부여하는 것과 마찬가지다. 따라서 언어와 지적 수행의 모든 지각 및 운동 측면이 주의를 통해 의식에 접근할 수 있다.
코그니트는 어느 정도의 활성화에 도달해야 의식으로 들어갈까? 작업 기억과 그에 따라 의식에서 인지망의 활성화가 유지되는 바탕에는 어떤 기제가 깔려 있을까?
의식으로 들어가려면 지각 대상이 최소 200미리초 동안은 초점에 있어야 한다는 제안이 있었다. 따라서 의식의 흐름은 코그니트와 그물망들의 그러한 일시적 활성화가 끊임없이 연속되는 것으로 이루어 질 것이다.
전전두 피질은 주의와 작업 기억을 위한 기타 구조들을 하향 통제하는 입증된 역할 때문에 신경에 있는 의식의 자리로 추정되어 왔다.
의식의 자리가 여러 세대의 신경과학자들을 교묘히 피해 온 것은 의식이 왔다 갔다 하는 신경 기질에서 일어나는 활동의 부수 현상이기 때문이다. 이전에는 그 ‘자리’가 뇌간의 일정한 망상계 및 신경전달물질계와 동일시되었다. 그것이 잠에서 깨어난고 주의 깊게 경계하는 데 있어서 결정적으로 중요하기 때문이다. 지금 그 뇌간 체계들이 의식과 경계에서 하는 역할로서 일반적으로 받아들여지는 것은 그것들이 대뇌 피질을 전역적으로 흥분시켜 의식과 경계에 영향을 미친다는 것이다. 잠잘 때는 그 영향들이 사라지거나 줄어든다.