전두엽 피질 중심 ‘GWT’ vs. 뇌 네트워크 상호 연결성 ‘IIT’

뇌 과학자들은 뉴런 발화를 통해 감각, 의사 결정, 언어 등 두뇌 지도를 만들어 왔다. 그럼에도 여전히 설명할 수 없는 것은 의식의 기원으로 많은 이론 간 해석도 엇갈린다.

10월 19~23일(현시시각) 미국 일리노이주 시카고에서 열리는 2019 신경과학학회(Society for Neuroscience)에서는 2000만 달러 프로젝트의 첫 단계로 뇌 스캔 등 실험을 통해 대표적인 두 가지 의식 이론을 비교하게 된다. 각 이론의 지지자들은 결과가 그들에게 불리하면 그것이 결점이 있다는 것을 인정하기로 했다.

사이언스 저널에 따르면 과학과 종교를 잇는 연구를 후원해온 비영리 단체 템플턴 세계 자선 재단(TWCF)이 의식 이론을 직접적으로 비교하는 관련 실험을 후원한다. 독일 프랑크푸르트에 있는 막스플랑크 경험적 미학 연구소(Max Planck Institute for Empirical Aesthetics) 신경과학자 루시아 멜로니 박사는 “정말 특이한 프로젝트”라고 말했다.

자폐 환자와 의사소통을 하고, 인공지능 시스템이 의식을 가질 수 있는지, 인간의 방식으로 동물이 의식을 체험할 수 있는지를 탐구하려는 연구자들에게 의식의 이해는 점점 더 중요해지고 있다.

TWCF는 6개월에 걸친 선도 의식 이론을 확인, 결국 이를 모두 검증하기 위한 연구에 자금을 지원할 계획이다. “우리가 바라는 것은 부정확한 이론의 수를 줄이는 과정”이라고 바하마 나소에 기반을 둔 앤드류 세라진 재단 회장은 말한다. 그는 “우리는 일에 용기 있는 사람들에게 보상을 하고 싶다”고 말했다.”

첫 두 경쟁이론은 파리 칼리지 드 프랑스(Collège de France) 스타니슬라스 데하엔(Stanislas Dehaene)이 제창한 글로벌 워크스페이스 이론(GWT)과 매디슨 위스콘신 대학의 줄리오 토노니(Giulio Tononi)가 제안한 통합정보론(IIT)이다.

GWT는 의사 결정과 같이 고차원의 인지 과정을 통제하는 뇌의 전두엽 피질이 감각 입력으로부터 정보를 수집하고 우선 순위를 매기는 중앙 컴퓨터 역할을 한다고 말한다. 그런 다음 이 정보를 작업을 수행하는 뇌의 다른 부분에 전파한다. 데하엔은 이 선택과정이 우리가 의식으로 인식하는 것이라고 생각한다.

이와는 달리, IIT는 뇌 네트워크의 상호연결성에서 의식이 발생한다고 제안한다. 신경세포가 서로 상호작용을 할수록 감각적 입력 없이도 의식적으로 느끼게 된다. IIT 지지자들은 이 과정이 뇌의 뒤쪽에서 일어나는 것으로 의심하고 있는데, 뇌는 신경세포가 격자 모양으로 연결돼 있다.

이 시험을 위해, 6개의 실험실이 총 500명 이상의 참가자를 대상으로 실험을 수행, 비용은 500만 달러에 달할 전망이다. 미국, 독일, 영국, 중국의 연구소는 자원자들이 의식과 관련된 업무를 수행함에 따라 뇌 활동을 기록하는 세 가지 기법을 사용하게 된다. 기능 자기공명영상, 뇌파전위기록(electroencephalography), 뇌파측정법(electrocorticography,뇌에 전극을 직접 붙이는 EEG의 일종)이다.

실험에서 연구원들은 참가자가 이미지를 인식할 때 뇌의 반응을 측정할 것이다. GWT는 뇌의 앞부분이 갑자기 활성화될 것이라고 예측하는 반면, IIT는 뇌의 뒷부분이 지속적으로 활동할 것이라고 예측한다.

토노니와 데하엔은 실험의 매개변수에 동의하고 예측을 등록했다. 이해 상충을 피하기 위해 이들은 자료를 수집하거나 해석하지 않을 예정이다. 만약 그 결과가 하나의 이론을 반증하는 것처럼 보인다면, 적어도 어느 정도는 틀렸다는 것을 인정하기로 동의했다.

이 프로젝트는 IIT이론의 실험적 규명이 화두다. 영국 브라이튼의 서섹스대(University of Sussex in Brighton) 신경과학자인 어닐 세스(Anil Seth)는 뇌가 어떻게 자극이 의식적으로 주의를 기울일 가치가 있는지를 결정하는가 보다 의식이 존재하는 이유를 설명하기 위해 이 이론이 너무 철학적이라고 지적한다.

IIT를 지지하는 워싱턴 시애틀의 알렌 뇌과학 연구소(Allen Institute for Brain Science) 크리스토프 코흐(Christof Koch) 회장은 세스의 평가에 동의하지 않는다. 그는 연구자들이 혼수상태나 마취상태와 같은 최소한의 의식 상태에서 사람들의 뇌를 자극하는 임상실험을 지적, IIT가 예측하는 방식으로 뉴런 상호작용을 암시하는 뇌 활동 패턴을 촉발시킬수 있음을 시험할 수 있다고 주장한다.

세스는 관련 프로젝트로 과학적 경쟁자들 사이의 토론과 협력을 촉발하는 자체는 박수 받을 일이라고 말했다.