홍수의 "공각기동대, 그리고 기계, 뇌, 인간"

놀라운 과학 현실감을 바탕으로 제작된 애니메이션 ‘공각기동대’의 주요 작품을 스케치하면서 거기에 깃든 뇌과학의 최근 흐름과 인간 존재에 던져지는 근본 물음을 짚어본다.

나이 들수록 왜 시간은 빠르게 흐를까?

[8] 우리 뇌 안에서, 세월의 상대성이론


3분의 시간을 감각만으로 알아맞히는 실험에서 20대는 3초 내외로 상당히 정확히 3분 시간을 맞힌 반면에 60대 참가자들은 40초나 더 지나서야 3분이 지났다고 얘기했다. 한 마디로 긴 시간을 짧게 느낀 것이다. 이런 착각은 나이에 비례해 더 심해지는 것으로 나타났다. 나이가 들면서 뇌 안에서 시간 감각과 관련해 뭔가 실체적 변화가 일어남을 암시한다. 그렇다면 무엇이 달라진 것일까?

00time_brain1.jpg » 노인과 아이가 공유하는 시간은 둘 모두에게 똑같이 느껴질까? 노인과 아이가 함께 길을 떠나면서 벌어지게 되는 작은 에피소드를 보여주는 영화 <버터플라이>의 한 장면. 출처/버터플라이, 2009

※ 이 코너에서 애니메이션 <공각기동대>를 통해 보는 뇌 과학 이야기를 써왔습니다.

앞으로 소재를 좀 더 넓혀 자유 주제의 뇌과학 이야기도 더러 쓰고자 합니다. -글쓴이



운 겨울도 거의 다 지나가고 또 다시 새로운 봄이 찾아오고 있다. 추위를 싫어하는 나로서는 다가오는 따뜻한 봄이 반갑기는 하지만 벌써 2014년도 두 달이나 지나가버렸다는 생각을 하니 조금 서글퍼 지기도 한다. 지난 연말에 한 해를 보내며 친구들과 술잔을 기울이고 있을 때 많이 들었던 불평 중 하나가 ‘정말 아무것도 안 했는데 또 순식간에 한 해가 지나갔다’는 한탄이었다.



나이가 들수록 시간은 빠르게 흘러간다

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해가 갈수록, 나이를 먹을수록, 우리는 어느덧 시간이 정말 번개처럼 지나가는 것처럼 느끼곤 한다. 어린 시절에는 해마다 방학 날이 다가오는 것이 너무 느리게 느껴져 속이 터질 지경이었는데 지금은 지난해 추석에 시골집에 내려간 기억이 정말 엊그제의 일 같은데도 벌써 설날을 맞아 떡국을 먹고 있는 나를 발견하고는 ‘지난 한 해 동안 난 무엇을 했나’ 하는 자괴감에 빠지곤 한다.


나이가 들면 시간이 이리도 빨리 흘러가는 것처럼 느껴지는 걸까? 단지 나이가 들수록 조급한 마음에서 생기는 착각인 것일까?


‘우리가 느끼는 시간’에 대해 연구하는 뇌과학자들의 연구를 살펴보면, 이런 변화가 오로지 나이든 사람들의 조급함 때문에 생기는 착각만은 아닌 듯 하다. 어느 연구에 따르면 실제로 나이든 사람은 같은 시간을 어린 사람보다 훨씬 짧게 느낀다.


심리학자 피터 멩건 박사(Peter A. Mangan)가 20대 젊은 사람들과 60대 나이든 사람들을 대상으로 수행한 연구를 보자. 이 연구에서 멩건 박사는 사람들에게 3분의 시간을 마음 속으로 세어 정확히 3분이 되었다고 생각되었을 때 자신에게 알려주도록 한 다음에, 실제로 다른 연령대의 사람들이 마음 속으로 시간을 얼마나 정확히 측정하는지 살펴보았다.[1]


이 실험에서, 20대 참가자들은 3분이라는 시간을 3초 내외로 상당히 정확하게 예측한 반면에 60대 참가자들은 3분 하고도 40초 정도가 지나서야 3분이 지났다고 이야기하였다. 3분 40초를 3분으로 느꼈으니 한마디로 긴 시간을 짧게 느낀 것이다. 게다가 이런 착각이 나이에 비례해 더욱 심해진다는 것을 통계적으로 보여줌으로써 멩건 박사는 나이가 들면서 우리 뇌 안에서 뭔가 실체적인 변화가 일어남을 암시했다. 그렇다면 무엇이 달라진 것일까.



젊은 사람과 나이든 사람의 다른 생체시계

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00time_brain2.jpg » 선조체(Striatum). 선조체(붉은색 부분) 안에 위치한 일군의 돌기신경세포들이 이루는 신경회로는 우리가 의식적인 시간에 대한 지각을 할 수 있도록 작용한다. 출처/ Wikimedia Commons 뇌과학자들은 우리 뇌 안에서시간 감각에 대한 기준 역할을 하는 신경회로들이 존재한다고 생각한다. 그 중 하나의 예로서, 중뇌의 선조체(striatum)에 위치한 돌기신경세포(spiny neuron)로 이뤄진 신경회로를 들 수 있다.[2] 돌기신경세포라는 이름은 신경세포에 수많은 돌기가 나 있다고 하여 붙여진 것인데 이 세포는 수많은 돌기들을 통해 다양한 감각신경계에서 오는 입력을 받아 하나의 동일한 사건이나 느낌으로 통합하는 역할을 한다.


우리는 뭔가를 인지할 때 한 가지 감각에만 의존하는 것이 아니라 다양한 감각으로 정보를 받는다. 테니스 경기에서 상대방이 보낸 공을 치기 위해선 공을 보는 것뿐 아니라 상대방이 공을 칠 때 나는 소리와 공을 때릴 때 손의 느낌도 또한 필요하다.


지만 각각의 감각 정보가 뇌에 도달하는 속도가 서로 다르기 때문에 이런 감각 정보들을 통합해 처리하기 위해 선조체의 신경회로는 서로 다른 감각 영역의 신경세포들한테서 입력을 받은 뒤 통합해 우리가 모든 감각을 하나의 사건으로 인지할 수 있도록 하는 역할을 한다. 이를 위해서는 서로 다른 속도로 도착하는 각각의 감각정보들을 하나의 일관된 시간적 간격에 따라 통합해야 하는데 이런 역할을 선조체의 돌기신경세포로 이뤄진 신경회로가 한다는 것이다. 이 회로의 규칙적 진동이 의식적인 시간 감각에 대한 기준으로 작동하는데 과학자들은 이 회로가 젊은 사람과 나이든 사람에게서 다른 속도로 진동하기 때문에 주관적으로 느끼는 시간의 길이가 달라진다고 이야기한다.


그렇다면 이 회로는 왜 젊은 사람과 나이든 사람에서 다르게 움직일까? 선조체 신경회로의 활성을 조절하는 중요한 입력신호 중 하나는 중뇌 흑질(substantianigra)에 분포한 도파민 신경세포에서 들어오는 도파민 신호이다. 이 도파민은 새로운 것을 학습할 때나 기분 좋은 보상이 주어질 때 분비되는데 선조체 돌기신경세포들의 활성은 이 도파민의 유무에 따라 크게 달라진다. 도파민이 있을 때에는 활성이 강해져 선조체의 회로가 빠르게 진동하는 반면, 도파민이 없을 때는 활성이 낮아져서 천천히 진동하게 된다.


즉, 도파민이 많이 분비될 때에는 시간에 대한 내 안의 기준이 빠르게 돌아가니 상대적으로 바깥 세상의 모든 것이 느리게 느껴지고 반대로 도파민이 적게 분비될 때에는 상대적으로 바깥 세상의 모든 것이 빠르게 느껴지는 것이다. 우리 뇌는 나이가 들면서 도파민을 적게 생산하고 도파민에 반응하는 능력도 줄어든다.[3] 결국 시간에 대한 기준이 되는 선조체의 회로가 천천히 돌아가 같은 시간도 빨리 지나가는 것처럼 느끼게 하는 것이다. 자신이 천천히 걸어가는 만큼 세상은 빠르게 돌아가는 것처럼 느껴진다.


“나이가 들면 뇌 안의 도파민 활성이 떨어지게 되면서 자신의시계가 느려지는 만큼세월의 시계는 빠르게 돌아가게 된다.”


00time_brain3.jpg » 도파민의 작용을 억제하는 약물의 일종인 할로페리돌. 도파민 활성을 조절하는 약물은 결국 선조체의시간 감각 회로의 진동 속도를 변화시켜 시간이 빠르게 흘러가거나 느리게 흘러가는 것 같은 착각을 일으킬 수 있다. / Wikimedia Commons 렇다면 도파민 활성을 인위적으로 증가시키면 어떻게 될까? 시간이 느리게 흐르는 것처럼 느껴질까?


실제로 그렇다. 코카인이나 필로폰, 마리화나 같은 약물은 도파민 신경세포를 직접 활성화해 약을 먹은 사람한테는 시간이 천천히 흐르는 것처럼 느껴지게 한다. 그리고 도파민의 작용을 억제하는 할로페리돌 같은 약물은 거꾸로 시간이 빨리 흘러가는 것과 같은 착각을 불러일으킨다.[4] 도파민 활성에 직접 관여하는 이런 약물이 사람의 시간 감각에 영향을 끼친다는 사실은 도파민 활성의 변화가 우리의 시간 감각을 변화시킨다는 가설에 대한 증거가 되기도 한다.


이처럼 과학자들은 우리가 왜 나이가 들면서 시간이 빠르게 흐르는 것처럼 느끼는가에 대한 훌륭한 답을 내놓고 있다. 하지만 도파민의 변화만이 모든 것을 설명해주는 이론인 것은 아니다.



새로운 기억은 시간을 길게 늘어뜨린다

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세월의 상대성에 대한 또 다른 이론은 우리의 기억 속에서 출발한다. 어린 시절의 여름방학을 회상해 보면 참 길었던 것 같다. 고작 한 달이 조금 넘는 기간이었지만 뭔가 많은 일이 있었고 상당히 긴 여정이었던 느낌이 든다. 나이가 든 지금에야 한 달이라면 눈 깜짝할 사이에 지나는 것 같지만 어린 시절의 한 달은 평생 동안 남는 많은 기억을 만들어내는 긴 시간이었다.


리 뇌는 모든 기억을 평등하게 대우하지 않는다. 새로운 기억, 강한 느낌을 일으킨 기억, 충격적인 기억은 오랫동안 생생하게 남는 반면에 일상적인 일들, 여러 번 일어났던 반복적인 일들은 기억에 잘 남지 않는다. 어린 시절을 생각해보면 참 많은 새로운 일들이 기억에 남는다. 산타클로스를 기다리던 두근거리는 밤, 친구들과 즐겁게 보낸 학교 생활, 여자친구와 한 첫 번째 키스…, 모든 일상이 새롭고 강렬한 인상을 남기는 시간이다. 이런 일들은 오랫동안 지속되는 기억의 조각으로 우리 뇌 안에 차곡차곡 쌓이는 반면 어른이 되어 겪는 지루하고 일상적인 하루하루는 그다지 기억에 남지 않는다.


00time_brain4.jpg » 데이비드 이글먼 박사의 실험에 사용된 장치. 50m 높이에서 매달려 있는 사람을 바닥까지 낙하시키는 이 놀이기구는 2초 조금 넘게 떨어지는 사람에게 짜릿함을 선사한다. 이글먼 박사는 사람들이 이 놀이기구에서 자신이 떨어지는 동안 걸린 시간을 실제 시간보다 훨씬 길게 느낀다는 것을 측정했고 이 현상이 강렬한 자극이 있는 동안에 경험한 일은 더 강하게 기억되기 때문이라고 설명하였다. / Zero Gravity Thrill Amusement Park 홈페이지, http://www.gojump.com/  미국 베일러 의과대학의 신경과학자 데이비드 이글먼(David Eagleman) 박사는 사람들이 강렬한 경험 속에서 느끼는 시간의 변화를 알아보기 위해 흥미로운 실험을 수행했다.[5] 이글먼 박사는 안전장치가 갖춰진 놀이공원 기구를 이용해 사람들을 50미터 높이에서 뛰어내리게 한 다음, 자신이 땅에 도달하기까지 걸린 시간을 추측해 보도록 했다. 사람들은 실제로 떨어지는 데 걸린 시간보다 훨씬 더 긴 시간을 답했으며, 또 떨어지는 데 굉장히 오래 걸리는 것 같았다고 대답했다 (실제 낙하 시간은 2.17초였지만 사람들은 평균 3초 가까이 걸린 것으로 답했다).


글먼 박사는 이런 현상이 나타나는 것은 강렬한 자극에 의한 경험이 일상적인 경험보다 훨씬 촘촘하게 기억되기 때문이라고 설명한다. 영화에서 슬로우 모션에 쓰는 기법처럼 같은 시간에 대해 더 많은 프레임이 기억되기 때문에 오랫동안 지속된 경험처럼 느껴진다는 것이다. 이글먼 박사는 같은 원리에서 나이 들어 생기는 기억의 양에 비해 어린 시절에 쌓이는 기억의 양이 월등하기 때문에 사람들은 어렸을 때 시간이 훨씬 천천히 흘러가는 것처럼 느낀다고 설명한다.[6] 어려서든 나이가 들어서든 같은 시간을 살아갈지라도 어렸을 때 겪는 세상의 모든 것들은 다 새롭고 신기하기 때문에 많은 부분이 기억에 남지만 나이가 들어 겪는 익숙한 일상의 모습은 기억에 잘 남지 않기 때문에 회상할 때 많은 기억이 남는 어린 시절은 굉장히 길게 느껴진다는 것이다.


이런 설명은 우리가 뭔가 새로운 일을 시작할 때 쉽게 관찰할 수 있다. 내가 직장에 처음 출근할 때에는 회사까지 가는 길이 상당히 오래 걸리는 것처럼 느껴졌다. 전철도 두 번이나 갈아타야 해서 상당히 길게 느껴지는 시간이었다. 하지만 매일 같은 길을 같은 시간에 출퇴근하다 보니 나중에는 그 길게 느껴졌던 시간이 아무렇지도 않게 되고 금세 지나가는 것처럼 느껴지는 것을 느낄 수 있었다. 아마도 누구나 비슷한 경험을 했으리라 믿는다. 첫 번째 출근은 흥분되는 일이기도 하고 회사까지 가는 길의 모든 것이 새롭기 때문에 많은 기억이 남지만 일상적으로 다니다 보면 더 이상 기억해야 할 것도, 인상적일 것도 없기 때문에 나중에 생각해 봤을 때 아무것도 남아있지 않는 것이다. 이렇듯 흥분되는 많은 기억은 아이러니하게도 그 시간이 길었던 것처럼 느끼게 한다.



인생을 길게 사는 법

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그렇다면 세월의 흐름을 어쩔 수 없는 일로 받아들이고 자꾸만 빨라지는 자신의 시계를 지켜만 보고 있어야 할까? 자신의 시계가 자꾸만 빨라지는 것처럼 느껴진다면 우울해하지만 말고 스스로 시간을 느리게 흘러가도록 해보자.


간의 흐름을 느끼게 하는우리 뇌 안의 회로 속도를 조절하는 도파민은 우리가 무언가 새로운 자극을 받거나 기대하지 못했던 즐거움을 경험할 때 많이 분비된다. 즉, 새롭고 자극적인 경험을 자주 하는 것은 도파민 수치를 증가시켜 선조체의 시간 감각 회로를 빠르게 진동시키고 우리가 느끼는 시간을 길게 늘어뜨릴 것이다. 이뿐만 아니라 우리 뇌 안에 많은 기억의 조각을 남겨 나중에 우리가 오랜 인생을 산 것 같은 기분 좋은 느낌을 갖게 해줄 것이다. 이런 점에서, 흔히 얘기하는 ‘젊게 살자’라는 말은 단순 유행어가 아니라 과학적으로도 우리에게 더 많은 인생을 안겨주는 중요한 도움말이라고 생각된다.


[참고 문헌]



[1] Mangan PA, Bolinskey PK, and Rutherford AL (1997). Underestimation of time during aging:  The result of age-related dopaminergic changes? Paper presented at the Annual Meeting of the Society for Neuroscience, October, 1997.


[2] Matell MS and Meck WH (2000). Neuropsychological mechanisms of interval timing behaviour. BioEssays, 22, 94-103.


[3] Dreher JC, Meyer-Lindenberg A, Kohn P, Berman KF (2008). Age-related changes in midbrain dopaminergic regulation of the human reward system. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105(39): 15106-11.


[4] Meck WH (1996). Neuropharmacology of timing and time perception, Cognitive Brain Research 3, 227-242.


[5] Stetson C, Fiesta MP andEagleman DM (2007). Does time really slow down during a frightening event? PLoS One. 2(12):e1295


[6] Bilger B, THE POSSIBILIAN, The New Yorker, 2011.4.25


홍수 카이스트 바이오및뇌공학과 박사과정

@한겨레 과학웹진 사이언스온




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홍수 한국과학기술원 대학원생/ 바이오및뇌공학과 박사과정
인간을 이해하기 위해 뇌를 들여다보고 있다. 뇌에서 일어나는 계산과정을 신경생리학을 통해 연구하고 있다.
이메일 : hongsu02@gmail.com       트위터 : @hongsu02      
블로그 : http://brainwhisper.blog.me/

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