“저장된 과거를 넘어 미래를 위한 상상과 창의성을 발휘하는 혁신을

동시에 이뤄내는 우리 뇌의 신비로운 능력을 소개하는 책.”

-이인아 서울대학교 대학원 뇌인지과학과 교수

“기억을 데이터가 아닌 ‘재구성의 예술’로 이해할 때,

우리는 비로소 과거를 통해 더 나은 미래를 상상할 수 있다.”

-정재승 KAIST 뇌인지과학과 교수 및 융합인재학부 학부장

35년 넘게 ‘기억’을 연구해온 해마 연구의 세계적인 권위자,

KAIST 정민환 교수가 찾아낸 인류 발전의 원동력

생물학적으로 따져봤을 때, 인간은 특출난 존재가 아니다. 그러나 지구상에서 문명을 발전시킨 생물종은 인간이 유일하다. 도대체 어떤 차이가 이런 결과를 만들어낸 걸까? 심심에서 출간한 《기억의 미래(A Brain for Innovation: The Neuroscience of Imagination and Abstract Thinking)》를 쓴 KAIST 정민환 교수는 그 이유를 인간의 ‘혁신 능력’에서 찾는다. 그리고 혁신을 가능하게 한 능력은 바로 ‘추상적 개념을 사용한 자유로운 상상’이라고 말한다. 오랜 시간 ‘기억’에 대해 연구하며 기억에 관여하는 핵심 영역인 해마 연구의 세계적인 권위자인 저자는, 이 책에서 현대 뇌 과학이 이룬 상상과 추상적 사고에 관한 주요 발견과 통찰을 되짚어본다. 또한 인공지능 시대를 살아가는 인류의 가능성으로 논의를 확장한다.

총 4부로 이루어진 이 책은 기억에서 시작해 상상과 추상적 사고로 범위를 넓히며 최신 뇌 과학 연구가 밝혀낸 혁신 능력의 기저를 찾는다. 1부에서는 현재까지의 해마 연구 결과들을 돌아보며 해마가 기억뿐만 아니라 상상에도 관여한다는 사실을 짚어낸다. 2부에서는 뇌 신경학적으로 상상이 어떻게 이뤄지는지 좀 더 구체적인 작동 과정을 살펴본다. 3부에서는 인간이 가진 고도의 추상적 사고 능력의 작동 과정을 뇌 과학과 고인류학, 인공 신경망 등 다양한 분야를 넘나들며 탐구한다. 4부에서는 상상과 추상적 사고 능력이 어떻게 혁신적인 미래를 만드는지 내다본다. 또한 점점 우리의 실생활과 밀접한 관련을 맺고 있는 인공지능 이야기와 더불어 우리가 갖춰야 할 태도에 관한 논의도 빠트리지 않는다. 마지막으로, 부록에서는 전문적인 지식을 원하는 독자들을 위해 최신 연구와 학술적 성과를 소개한다.

인류는 어떻게 문명을 발전시킬 정도의 혁신을 이뤄낸 것일까? 기억과 상상, 추상적 사고를 한데 아우르는 인간의 ‘혁신 메커니즘’을 소개하는 《기억의 미래》는 신경과학, 심리학, 인류학, 인공지능 분야의 최신 연구 결과를 종합해 인간의 잠재력을 살펴보고, 우리가 나아갈 방향을 제시하는 길잡이가 될 것이다.

정민환

KAIST 생명과학과 교수이자 뇌인지과학과 겸임교수. 35년 넘게 ‘기억’에 대해 연구해온 해마 연구의 세계적인 권위자다. 서울대학교 동물학과에서 석사 학위 취득 후 미국 캘리포니아대학교 어바인 캠퍼스에서 박사 학위를 받았다. 이후 애리조나대학교 심리학과에서 박사 후 과정을 지내며 조교수로 일한 뒤 아주대학교 의과대학 교수로 재직했다.

국내외 학자들과 활발하게 연구를 진행하고 있으며, 최근에는 고위 뇌 기능을 담당하는 전전두피질의 기능적 미세 신경 회로를 규명하는 연구와 함께 기억과 상상에 관여하는 해마 신경계의 작동 메커니즘을 연구하고 있다. 또한 기초과학연구원 시냅스뇌질환연구단 소속으로 자폐스펙트럼장애의 뇌 신경 메커니즘 연구도 수행 중이다.

《기억의 미래》는 저자의 첫 책으로, 인간의 상상력과 추상적 사고 능력의 작동 원리를 탐구해 담았다. 2023년, 미국에서 전공 지식이 있는 독자를 대상으로 먼저 출간됐다. 이번 한국어판은 저자가 직접 번역에 참여해 일반 독자들의 눈높이와 관심사에 맞춰 수정·보완했다.

해마부터 시작해 기억과 상상, 추상적 사고를 한데 아우르는 인간의 ‘혁신 메커니즘’을 소개하는 이 책은 신경과학, 심리학, 인류학, 인공지능 분야의 최신 연구 결과를 종합해 인간의 혁신 능력의 기원을 꼼꼼히 파헤친다.

머리말: 불완전한 인간이 만드는 더 나은 미래

1부 기억과 상상으로 미래를 만드는 뇌

1장 기억에서 상상으로

영원히 기억될 기억 상실자 | 기억 임시 저장소 | 해마의 새로운 역할 | 우리가 쉴 때 뇌는 미래를 상상한다

2장 그 기억은 가짜일 수 있다

기억의 오류 | 아버지를 살인자로 만든 기억 | 가짜 기억 심기 | 기억은 조작할 수 있다 | 그림 하나로 천 가지 가짜 기억을 만들 수 있다 | 저장된 조각으로 구성되는 기억

3장 기억과 상상의 핵심, 경로 재생

동물 연구로 밝힌 해마의 기능 | 뇌 속 내비게이션, 장소세포 | 기억의 시간적 요소를 증명하다 | 세타 수면 경로 재생 | 서파 수면 경로 재생 | 과거를 회상하고 미래를 계획하는 기능 | 가지 않은 길을 상상하는 쥐 | 공간이 아닌 경험 순서도 떠올리는 인간 | 쉴 때도 정보를 정리하는 뇌

2부 기억과 상상은 어떻게 이뤄지는가

4장 상상하는 해마

신경망에 자율성을 주는 회귀 투사 | 해마 신경망 | 해마의 창의적인 CA3 신경망

5장 상상을 평가하는 해마

여전히 베일에 싸인 CA1 신경망 | 맥락을 표현하는 신경망 | 효용가치를 표상하는 신경망 | 최적의 선택을 이끄는 모사-선택 | 더 나은 선택을 하는 뇌의 학습

6장 해마 기능의 진화적 기원

포유류와 조류의 해마 | 조류에게는 없는 모사-선택 기능 | 모사-선택의 진화 | 고래와 박쥐의 뒤바뀐 특성 | 댕기박새와 얼룩말핀치새

3부 상상을 확장한 추상적 세계

7장 인간을 혁신의 주체로 만든 힘

경험으로 얻는 추상적 사고 | 선천적으로 갖고 있는 추상적 사고 | 인간의 압도적인 추상적 사고 능력 | 뇌의 크기와 뉴런 밀도의 중요성 | 신피질의 진화에 비례하는 추상적 사고 능력

8장 판단과 조절을 담당하는 전전두피질

모든 행동을 통제하는 집행자 | 성격을 좌우하는 뇌 영역 | 끈기와 융통성 | 전전두피질과 추상적 사고

9장 인류 혁명과 쐐기앞소엽

고차원적 인지 능력의 증거 | 해부학적 현대인의 등장 | 인류 혁명의 원인 | 두개골 모양이 말해주는 뇌 신경계의 변화 | 고등 추상 개념의 핵심, 쐐기앞소엽

10장 인공 신경망의 발전

딥러닝이란 무엇일까? | 스스로 학습하는 심층 신경망 | 인간 지능의 본질에 다가가다 | 다단계 은닉층의 긴밀한 상호작용 | 지금보다 더 진화할 수 있을까?

4부 상상과 추상을 넘어서

11장 상상력과 창의성

창의성의 세 가지 요소 | 기억은 상상과 창의성의 재료다 | 다양한 경험의 중요성 | 실패와 일탈을 허용하기 | 창의성과 지속성의 관계 | 창의성을 촉진하는 3B | 창의적 아이디어를 만드는 깊은 몰입 | 계발이 아닌 활용을 고민하라

12장 인공지능과 혁신의 미래

인공지능의 현재 | 인간이 만드는 인공지능의 미래 | 인간과 인공지능의 혁신 능력 차이

맺음말: 우리의 행동이 우리의 미래를 결정한다

부록 1 회귀 투사와 연합 기억

부록 2 모사-선택 이론의 핵심 근거

부록 3 가치를 표상하는 CA1 뉴런

부록 4 치상회의 기능

후주

그림 출처

인류 혁신의 원동력은 과연 무엇일까? 아마도 우리 뇌가 다른 동물들과 다르다는 점일 것이다. 그렇다면 인간의 뇌는 무엇이 다를까? 이 질문이 바로 이 책의 핵심 주제다. 그 답을 찾기 위해 우리는 인간의 뇌에서 상상과 추상적 사고가 어떻게 일어나는지 살펴볼 것이다. 혁신을 이루기 위해서는 기존의 사고체계를 뒤어넘는 새로운 통찰이 필요한데, 여기서 중요한 요소는 상상하는 능력이다. 상상을 통해 우리는 기존 정보와 지식을 재조합하고 새로운 기술, 지식, 사상, 예술을 창조해낸다. (8~9쪽)

상상 역시 저장된 정보의 조각들을 결합해 구성된다. 그렇다면 뇌의 입장에서는 기억과 상상을 위해 별도의 기관을 운영하기보다는 하나의 기관이 두 기능을 함께 수행하는 것이 더 효율적이다. 연구에 따르면 해마가 바로 그 역할을 맡고 있다. 해마는 경험한 사건을 정확하게 회상하는 데는 다소 불리하지만 “과거의 정보를 유연하게 활용해 실제 행동 없이 다양한 미래 시나리오를 시뮬레이션할 수 있게 한다”는 면에서는 중요한 이점이 있다. (48~49쪽)

해마의 경로 재생은 디폴트 네트워크의 활성화와 함께 작동하면서 과거를 회상하거나 미래를 상상하는 내적 사고 과정과 밀접하게 연결되어 있음을 보여준다. 앞으로 동물과 인간 연구가 긴밀하게 연계되어 발전한다면 우리가 어떻게 과거를 회상하고 미래를 상상하는지, 그리고 이 과정 속에서 기억이 어떻게 변화하고 응고화되는지를 더욱 깊이 이해할 수 있을 것이다. (65쪽)

이런 점에서 보면 마치 조물주가 CA3 신경망이 무작위성을 내포하도록 설계한 것처럼 보인다. 과거의 사건을 정확히 재생하기에는 무작위성이 높은 CA3 신경망이 불리할 수 있지만, 새로운 사건을 상상하거나 창출하는 데는 오히려 무작위성이 유리하게 작용한다. 우리 연구팀은 이러한 특성을 강조하기 위해 CA3 신경망을 다양한 사건의 신경 활동 패턴을 생성해내는 일종의 시뮬레이터로 간주하자고 제안했다. CA3는 단순한 기억 저장 장치가 아니라 과거 경험을 기반으로 새로운 가능성을 탐색하고 미래를 상상하는 창의적인 신경망이다. (86쪽)

이러한 맥락에서 인간의 혁신 능력은 상상력만으로는 설명되지 않는다. 이보다는 고차원적이고 추상적인 사고 능력이 다른 동물들에 비해 월등히 뛰어나 특별히 혁신적일 가능성이 높다. 다시 말해, 인간의 혁신 능력은 상상력이라는 기본 능력에 더해 이를 확장하고 심화하는 추상적 사고 능력에서 비롯된다. (124쪽)

요약하자면, 인간은 모든 포유류에게 공통적으로 존재하는 상상 능력에 더해 신피질의 확장으로 고도의 추상적 사고 능력을 획득하고 혁신하는 동물로 진화했다. 상상의 핵심 기관인 해마는 신피질과 독립적으로 작동하지 않는다. 해마는 감각 및 운동기관과 멀리 떨어진 고차원 연합피질로, 주로 신피질을 통해 외부 세계와 소통한다. 즉, 해마가 다루는 기억과 상상의 내용은 신피질이 제공하는 정보에 따라 결정될 수밖에 없다. 결과적으로 신피질의 발달과 인지 범위의 확장에 따라 해마가 상상하는 내용 역시 단순한 공간 경로를 넘어서 추상적 개념을 포함하는 좀 더 일반적인 영역으로 확장됐을 가능성이 크다. (143~144쪽)

심층 신경망은 아무 학습 없이도 수량 선택성과 얼굴 선택성 같은 고차원적 특성을 스스로 발현시켰으며, 이 특성은 충분한 은닉층을 갖춘 심층 신경망에서만 나타난다. 다시 말해 고등 동물의 뇌처럼 다단계 구조를 가진 심층 신경망은 학습 과정 없이도 ‘수’와 같은 추상적 개념을 선험적으로 인식할 수 있는 토대를 갖추고 있다는 것이다. 이런 점에서 백교수의 연구는 지능의 신경학적 기원, 특히 선천성과 후천성의 경계를 이해하는 데 결정적인 통찰을 제공한다. 심층 신경망의 구조만으로도 고차원적 인지 기능이 발현될 수 있다는 사실은, 지능의 본질에 대한 우리의 이해를 크게 확장시켜준다. (190쪽)

어쩌면 우리가 소설과 드라마가 허구임을 알면서도 몰입하는 이유도 현실에서 있을 법한 일을 상상하는 행위가 인간의 본성에 깊이 뿌리 내리고 있기 때문인지도 모른다. (204쪽)

디폴트 네트워크가 활성화되는 동안 우리의 기억은 다양한 방식으로 재조합되고 이를 통해 기존 지식과 새로운 정보가 연결되면서 창의적 사고가 촉진된다. 숙고 과정과 디폴트 네트워크의 활성을 통해 반추하고 상상하며 체득한 정보는 수동적으로 받아들인 정보와는 본질적으로 다를 수밖에 없다. 정보가 그냥 입력되는 것이 아니라 우리의 사고와 경험 속에서 재구성되고 확장될 때 비로소 깊이 있는 이해와 창의적 사고로 이어지기 때문이다. (213쪽)

챗지피티와 같은 생성형 인공지능이 일상에 깊이 스며들면서 이를 효과적으로 활용하기 위해 인간에게 요구되는 역량 또한 변화하고 있다. 이제는 단순한 정보 습득 및 전달 능력보다는 인공지능과의 상호작용을 최적화하고 그 한계를 이해하며 창의적 활용 방안을 모색하는 능력이 더욱 중요해지고 있다. 그러려면 비판적 사고가 필수다. (238쪽)

어쩌면 우리는 지금 인공지능의 잠재적 위협을 예방하고 인류의 안전을 보장하기 위한 사회적 합의와 실질적인 조치가 절실한 시점에 서 있는지도 모른다. (249쪽)