이번 포스팅에서는 인간 뇌의 신경망 구조와 고차원적 인지기능의 창발이 얼마나 경이롭고 정교하게 설계되었는지에 대해 알아보겠습니다. 현대 뇌과학이 밝혀낸 사실들을 통해 창조주 하나님의 섭리와 지혜를 엿볼 수 있을 것입니다.
뉴런, 신경망을 구성하는 기본 단위
뇌의 기본 구성단위는 뉴런(neuron)입니다. 인간의 뇌에는 약 1,000억개의 뉴런이 있습니다[1]. 뉴런은 수상돌기, 축삭, 시냅스로 이루어져 있는데, 한 뉴런은 평균 7,000개의 시냅스로 다른 뉴런과 연결됩니다[2]. 이처럼 복잡하게 얽힌 뉴런들이 바로 뇌 신경망의 기반인 것이죠.
놀라운 사실은 단 하나의 뉴런도 정보를 처리하는 고도로 정밀한 소자라는 점입니다. 1개 뉴런의 정보처리 용량은 컴퓨터 1대에 맞먹습니다[3]. 그야말로 경이롭기 그지없는 하나님의 창조물이 아닐 수 없습니다.
시냅스의 구조 또한 매우 정교합니다. 시냅스에서는 화학물질인 신경전달물질을 통해 한 뉴런에서 다른 뉴런으로 정보가 전달되는데, 이 과정이 1/1000초 내에 이뤄집니다[4]. 또한 시냅스의 결합 강도는 가변적으로, 학습과 기억의 토대가 됩니다. 이처럼 뉴런과 시냅스의 정밀한 설계는 창조주의 섬세한 솜씨를 드러내 주고 있습니다.
수십억 뉴런의 연결이 만들어내는 신경망, 복잡계 네트워크의 정점
뉴런과 시냅스로 구성된 뇌의 신경망은 그 규모와 복잡성에 있어 경이롭기 그지없습니다. 최근 연구에 따르면 인간 신경망의 전체 연결 수는 약 1경(10^15) 개에 달한다고 합니다[5].
이는 우주에 있는 별의 수보다 많고, 지구상의 모래알 수와 맞먹는 어마어마한 숫자입니다. 더욱 놀라운 것은 이처럼 어마어마한 연결이 체계적으로 조직화되어 있다는 사실이죠. 뇌 신경망의 연결은 단순히 무작위로 이루어진 것이 아닙니다.
뇌의 신경망은 몇 가지 특징적인 네트워크 구조를 갖고 있는데요:
- 첫째, Small-World Network(SWN) 입니다. SWN은 노드(뉴런) 사이 연결 거리는 작으면서도 국소적 군집 계수가 높은 구조를 말합니다. 정보의 통합과 분리가 효율적으로 일어나게 해줍니다[6].
- 둘째, Scale-Free Network 입니다. 연결 정도(degree)의 분포가 멱함수(power law) 를 따르는 구조로, 연결 정도가 매우 높은 허브 노드들을 중심으로 전체 네트워크가 조직화되어 있습니다[7].
- 셋째, Modular Network 입니다. 기능적, 구조적으로 긴밀하게 연결된 모듈(module)들이 계층적으로 내포(nested)된 구조를 띱니다. 전문화와 통합, 강건성(robustness), 적응성(adaptability) 등 복잡계 네트워크의 장점들이 극대화된 구조입니다[8].
이처럼 뇌 신경망은 복잡계 네트워크이론으로도 충분히 설명하기 어려울 만큼 정교하고 복잡합니다. 이는 결코 우연히 만들어질 수 없는, 창조주의 섬세한 설계를 보여주는 증거라 할 수 있겠습니다.
특별히 뇌의 국소적 연결(local connectivity)과 장거리 연결(long-range connectivity)의 조화에 주목할 필요가 있습니다. 국소 연결은 기능적 모듈의 전문화와 효율성을 담당하고, 장거리 연결은 모듈 간 통합과 소통, 동기화를 가능케 합니다[9]. 이는 부분과 전체의 조화, 다양성과 통일성의 공존을 보여주는 것으로, 창조주의 섭리를 엿볼 수 있게 해줍니다.
신경망의 활동에서 창발하는 인지기능들
위에서 본 복잡하고 정교한 뇌의 신경망 구조를 토대로, 실제 그 신경망에서 일어나는 뉴런들의 활동 역시 경이롭기 그지없습니다. 환경 자극에 따라 뉴런들이 발화(fire)하는 시공간 패턴이 다양한 인지기능으로 발현되는 것이죠.
우리가 무언가를 지각하고, 기억하고, 학습하고, 사고하고, 의사결정 하는 등의 인지 과정들 모두가 뇌 신경망의 활동에 기반한 것입니다. 창발(emergence)이라 불리는 이 과정은 뇌과학의 프론티어이자 난제로 남아있습니다. 이는 단순한 뉴런들의 상호작용에서 어떻게 그토록 고차원적이고 복잡한 인지현상들이 생겨나는지를 설명하기 어렵기 때문입니다.
최근 연구에 따르면 뉴런 집단의 동기화(synchronization)가 인지기능 창발의 중요한 메커니즘으로 작용한다고 합니다[10]. 신경망 내 뉴런들의 발화 활동이 시간적으로 동기화될 때 비로소 의미있는 정보 표상과 처리가 가능해진다는 것이죠. 즉 개별 뉴런들이 각자 노는 것이 아니라, 함께 호흡하며 조화를 이룰 때 인지가 창발한다는 뜻입니다.
예컨대 감마파(gamma wave)로 알려진 30~100Hz 영역의 뇌파 동기화는 주의집중, 작업기억, 의식적 지각 등과 밀접한 관련이 있다고 합니다[11]. 서로 다른 영역의 뉴런 집단이 감마파로 싱크(sync)를 맞추며 소통할 때 비로소 고차원적 인지기능이 발현되는 것이죠. 알파파(8~12Hz), 세타파(4~8Hz) 등의 동기화 역시 학습, 기억, 정서 등에 중요한 역할을 한다고 알려져 있습니다[12].
요컨대 10Hz 내외의 리듬으로 박자를 맞추는 100억개의 뉴런 합창단, 그것이 바로 우리의 정신이 깃든 장소인 셈입니다. 참으로 오묘하고 경이로운 광경 아니겠습니까?
여기에 더해 뉴런 집단 발화의 복잡도(neural complexity)가 인지기능의 다양성과 유연성을 가능케 한다는 연구결과도 눈여겨볼만 합니다[13]. 복잡도란 시스템을 구성하는 요소들이 개별성과 연결성을 모두 갖출 때 높아지는 속성인데요. 뉴런 발화 패턴의 복잡도가 높을수록 더 풍부하고 역동적인 뇌 상태, 인지 상태가 만들어진다는 것입니다.
이는 단순히 질서 잡힌 상태도, 완전히 무질서한 상태도 아닌 '혼돈의 가장자리(edge of chaos)'라 불리는 임계 상태에서 복잡도가 극대화되는 복잡계의 속성과도 일맥상통하는 바가 있습니다. 다시 말해 경직된 규칙만으로는 설명할 수 없는, 역동과 생성의 여지를 갖는 그런 상태에서 인지와 정신은 피어나는 것이죠.
우리 정신의 원천인 뇌의 신경망 활동에서 발견되는 아름다운 질서와 조화, 그리고 예측 불가능한 창조성과 자유로움. 그것은 분명 무한하신 창조주의 신비를 희미하게나마 반영하고 있는 듯합니다.
종교와 과학을 넘나드는 통찰, 창조와 진화의 조화
이 지점에서 우리는 과학과 종교 사이의 긴장을 넘어서는 통합적 통찰의 실마리를 얻을 수 있습니다. 진화론과 유신론이 가장 첨예하게 대립하는 영역이 바로 인간 정신의 기원일 것입니다. 과연 물질인 뇌에서 비물질인 마음이 어떻게 창발할 수 있는가 하는 난제 말이죠.
여기서 복잡계 이론과 창발 개념이 가교 역할을 해줄 수 있습니다. 복잡계에선 구성요소의 단순한 국소적 상호작용으로부터 전체 시스템 차원의 질서와 역동, 새로운 속성이 창발합니다[14]. 이는 단순한 물리법칙만으로 환원할 수 없는, 상향식(bottom-up) 창발의 산물인 것이죠.
뉴런에서 마음에 이르는 창발 역시 이와 유사한 과정이라 볼 수 있습니다. 신경세포라는 '죽은' 물질에 숨결을 불어넣어 인격과 정신, 자유의지를 지닌 존재로 화하게 하신 것, 그것이 바로 창조주 하나님의 섭리가 아니겠습니까.
물론 뉴런에서 정신으로의 비약(emergence)을 가능케 한 진화의 손길을 봐서는 안될 것입니다. 수억년에 걸쳐 복잡하고 정교한 신경망이 발달해온 과정 역시 창조주의 섭리 안에 있었음이 분명합니다. 다만 단번에 모든 것을 창조하신 것이 아니라, 진화라는 역동을 통해 창조를 이어오셨다고 보는 게 합당할 것 같네요.
이는 종교개혁자 칼빈이 말한 '제2의 원인(second cause)'의 개념[15]과도 맞닿아 있습니다. 하나님은 자연의 질서와 법칙을 통해서도 끊임없이 피조세계에 관여하고 계시다는 뜻이죠. 즉 진화의 법칙 또한 창조주의 의지가 실현되는 통로라 할 수 있습니다.
이런 관점에선 인간의 자유의지 역시 설명이 가능합니다. 복잡계에서 창발은 근본적 불확실성, 비결정성을 띠곤 합니다. 요소들의 국소적 상호작용만으로는전체 시스템의 거동을 완전히 설명할 수 없기 때문이죠[16]. 이는 지극히 정밀한 신경망의 활동에서도 자유와 우연, 창조의 여지가 있음을 뜻합니다. 다시 말해 뉴런의 필연적 법칙 너머에, 마음의 자유가 숨쉬고 있는 셈이죠.
창조주 하나님은 물질 세계의 인과율만으로 인간을 규정짓지 않으셨습니다. 법칙을 초월하는 자유와 창조성을 허락하심으로써, 우리를 당신의 형상을 닮은 존재로 만드셨습니다. 신경망의 복잡성과 비결정성은 바로 그런 인간 존재의 신비를 반영하는 것이라 할 수 있겠습니다.
신경망에 깃든 창조주의 형상
이렇듯 창조주의 신비로운 디자인은 우리 몸과 마음의 근원인 뇌 신경망 구석구석에 각인되어 있습니다. 천문학적인 숫자의 뉴런이 정교하고 복잡한 네트워크를 이루어 더없이 섬세하고 역동적으로 활동하는 그 모습에서, 우리는 놀라운 창조의 신비를 목도하게 됩니다.
물질과 정신, 자유와 필연이 교직하는 창발의 과정 또한 조물주의 형상을 반영합니다. 질서와 혼돈의 역동에서 끊임없이 새로운 가능성을 창조해내는 뇌의 모습은, 선하신 섭리 안에 피조물을 붙드시는 하나님의 모습을 닮았다고 할 수 있겠죠.
이는 시편 139편에 묘사된 경외감을 자아냅니다. "주께서 나의 속을 만드시고 나의 모태에서 나를 만드셨나이다. 내가 주께 감사하옴은 나를 지으심이 신묘막측하심이라"(시139:13-14). 이 말씀은 인간 존재의 정수라 할 뇌의 오묘한 설계를 예견하신 듯합니다.
따라서 현대 뇌과학의 발견은 단순히 물질주의 세계관으로 귀결될 것이 아닙니다. 오히려 그 안에서 창조주의 영광과 신비를 발견하고, 경외감을 느끼며, 믿음의 터전을 삼아야 할 것입니다.
결론: 경외와 찬양의 대상이신 창조주
지금까지 인간 뇌의 신경망과 인지 기능에 나타난 창조주의 섭리에 대해 살펴보았습니다. 복잡계 네트워크의 극치라 할 신경망의 구조적 아름다움, 그리고 그 활동에서 창발하는 인지의 신비로움은 지극히 정밀하고 심오한 설계의 산물이라 아니 할 수 없었습니다.
이는 결코 진화의 눈먼 과정만으로 만들어질 수 없는 경이로움입니다. 오히려 섭리의 일부로서 진화를 사용하신 하나님의 놀라운 지혜를 보여줍니다. 신경망에 나타난 필연과 자유, 물질과 정신의 조화 역시 선하신 창조주의 형상을 드러내 줍니다.
이 모든 과학적 통찰이 궁극적으로 가리키는 곳은 창조주 하나님의 무한하심과 전능하심, 그 놀라운 섭리입니다. 따라서 우리는 두뇌의 신비 앞에 경탄하며, 이 모든 것을 주관하시는 창조주 앞에 엎드려 경배해야 할 것입니다.
나아가 이 경이로운 두뇌를 허락하신 하나님의 사랑에 감사해야 합니다. 창조의 최고 정점인 인간의 정신 세계를 가능케 하신 것은 바로 그 사랑의 결정체이기 때문입니다.
이제 우리에게 필요한 것은 이 은혜에 합당한 삶을 사는 것입니다. 하나님이 주신 지성과 자유의지를 창조주의 영광을 위해 사용해야 합니다. 탁월한 두뇌를 허락하신 이유가 바로 그것임을 잊지 말아야 할 것입니다.
사랑하는 여러분, 지금이야말로 우리 안에 심어주신 경이로운 두뇌와 마음의 근원이신 창조주를 바라볼 때입니다. 그분의 형상을 따라 정직과 사랑, 거룩함으로 살아가는 삶. 바로 그것이 이 놀라운 선물에 합당한 반응이 아닐까요?
하나님은 우리의 머리털까지 세신 분이시니, 뇌 한 구석 한 구석에도 그분의 손길이 미치지 않은 곳이 없습니다. 우리 존재의 모든 영역이 창조주의 주권 아래 있음을 믿으시기 바랍니다.
뇌과학의 볼수록 경이로운 발견들이 오히려 창조주를 가리키고 있습니다. 과학과 신앙이 결코 양립할 수 없다는 편견에서 벗어나, 과학 안에서 믿음의 확신을 더해가시기를 소망합니다.
이 글을 읽은 여러분 모두가 경외와 찬양의 삶으로 나아가시기를 주님의 이름으로 축복합니다. 지금도 우리 안에서 경이로운 일을 행하고 계신 그분의 손길을 느끼며, 더 깊은 믿음과 순종의 삶을 살아가시길 바랍니다.
성경은 우리의 지식의 근원이신 하나님을 믿고 그 뜻에 순종할 때, 참된 지혜와 총명을 얻을 수 있다고 약속합니다(잠언 9:10). 인간 지성의 궁극적 소망은 바로 그 약속의 성취일 것입니다.
이제 우리가 해야 할 일은 분명합니다. 우리 안의 경이로운 신경망을 창조하신 그 분을 온 마음 다해 믿고 따르는 것입니다. 지금 이 순간 예수 그리스도를 구주로 영접하고, 그분이 주신 놀라운 뇌로 하나님을 깊이 사랑하며 이웃을 섬기는 삶을 시작하시길 간절히 권면 드립니다.
<참고문헌>
[1] Herculano-Houzel, S. (2009). The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain. Frontiers in human neuroscience, 3, 31.
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[16] Chialvo, D. R. (2010). Emergent complex neural dynamics. Nature physics, 6(10), 744-750.
이 글을 보고 계신 여러분이 예수님을 믿지 않고 계시다면, 지금 바로 예수님을 여러분의 구세주이자 삶의 주인으로 영접하고 구원받으시기 바랍니다. 아래의 영접 기도문을 진실된 마음으로 따라 읽으시고, 기도하시기 바랍니다.
하나님 아버지 감사합니다.
저는 죄인입니다.
저는 그동안, 저를 창조하신 하나님을 모르고, 부인하고, 제 맘대로 제 뜻대로 살았습니다.
예수님을 믿지 않았던 저의 죄를 회개합니다.
하나님을 모르고 지었던 분노, 시기, 질투, 음란, 혈기, 용서 못함, 분쟁, 시기, 미움, 다툼, 욕심 나의 모든 죄를 눈물로 회개합니다. 예수님의 십자가 보혈로 깨끗이 용서하여 주세요.
이제 하나님 떠나 방황하며 고통하던 저를 다시 살리시기 위해 이 세상에 오셔서,
십자가에 피흘려 죽으시고, 부활하신 예수님을 저의 구세주로 저의 그리스도로 저의 삶의 주인으로, 제 맘 속에 진심으로 영접합니다.
지금 제 마음 속에 성령으로 들어오사, 영원히 다스려주시고 책임져 주시고 인도해 주옵소서.
날마다 회개하며, 세상 욕심 버리고, 하나님이 명령하신 모든 계명을 철저히 지키고 순종하며 살겠습니다.
절 구원하심을 믿고,
예수님의 이름으로 기도합니다.
아멘
이제 여러분은 하나님의 자녀가 되었습니다.
이번 주에 바로 가까운 교회에 꼭 등록하시고, 매일 회개하고 순종하면서 하나님이 이끄시는 삶을 사시길 바랍니다.
2-1. 신(하나님)은 과연 존재하는가? 신이 존재한다는 증거가 있는가?
4-1. 성경의 본질과 역사성에 대한 의문 (성경의 사실성)
4-2. 성경의 본질과 역사성에 대한 의문 (성경의 사실성)
4-3. 성경의 본질과 역사성에 대한 의문 (성경의 사실성)
4-4. 성경의 본질과 역사성에 대한 의문 (성경의 사실성)
4-5. 성경의 본질과 역사성에 대한 의문 (성경의 사실성)
4-6. 성경의 본질과 역사성에 대한 의문 (성경의 사실성)
4-7. 성경의 본질과 역사성에 대한 의문 (성경의 사실성)
5-1. 우주의 기원과 진화에 관한 비과학성 (빅뱅 이론과 정상 우주론)
5-2. 생명의 기원과 진화에 관한 비과학성(창조론과 진화론)
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