많은 기능을 공유하는 뇌와 우주
뇌와 우주는 크기가 극도로 다른 두 개의 실체지만 비슷한 점이 많다. 실제로 뇌와 우주는 서로를 은유하는 표현으로도 자주 쓰인다. 믿기 어렵지만 뉴런과 은하를 등치시키면 뇌와 우주를 구성하는 정량적 요소가 서로 비슷하다. 이번 글에서는 뇌와 우주 공통점에 관해 이야기해보겠다.
뇌와 우주 사이의 유사점을 찾는 것은 우스울 수도 있다. 그러나 신경 과학과 양자 물리학은 둘을 더 가깝게 만드는 매개 변수를 탐구하는 데 수년을 보냈다. 이와 관련하여 미네소타대 덜루스 캠퍼스 물리학 교수인 비탈리 반추린은 2020년에 흥미로운 논문을 발표했다.
반추린은 ‘우주가 하나의 큰 신경망이라면 어떨까?’라는 질문을 던졌다. 이 전제는 과학계가 인간과 우주를 더 깊이 탐구하도록 자극하는 방법에 불과했다. 이어서 볼로냐 대학에서도 모든 공통점을 자세히 다루었다.
그 연구 결과는 매우 흥미로웠는데 다음에서 살펴보자.
뇌와 우주: 어떤 점이 비슷할까?
만물은 미시 우주와 거시 우주로 구성되어 있다. 인류가 만들어지고 그 일부를 형성하는 크고 작은 네트워크를 말한다.
많은 문명이 매일 별을 바라보며 고대 신의 환상적인 우주론과 우리의 기원을 이해하려는 이야기를 만들어냈다. 이제는 그 광활함을 관찰하고 별자리를 찾는 것을 좋아한다. 소원을 빌기 위해 유성을 기다리기도 한다. 그러나 극도로 작은 행성에서 내다보면 우주의 밀도를 알 수 없다. 별자리 자체가 뇌의 신경망과 유사한 필라멘트를 형성한다는 사실을 알지 못한다.
볼로냐 대학의 천체 물리학자인 프랑코 바짜와 베로나 대학의 신경외과의 알베르토 펠레티가 바로 이 주제를 연구했다. <Frontiers in Physics>저널에 발표된 연구에서 바짜와 펠레티는 다음과 같은 뇌와 우주 사이의 몇 가지 독특한 유사성을 밝혔다.
“뇌는 인류에게 알려진 우주에서 가장 복잡한 물체다.”
– 미치오 카쿠-
‘네트워크’로 구성된 은하와 뉴런
바짜와 펠레티에 따르면 크기의 차이를 제외하고 뇌와 우주 사이에는 명백한 공통점이 있다. 뇌와 우주는 동일한 수준의 복잡성과 자기 조직성을 가지며 네트워크, 노드 클러스터 및 접속부로 구성된다. 사실, 은하계의 우주 네트워크는 모든 뇌 신경 세포 네트워크와 유사해 보인다.
또한 뇌에는 약 690억 개의 뉴런이 있고 우주에는 약 1,000억 개의 은하가 있다고 추정된다. 숫자는 ‘거의’ 비슷하며 두 영역 모두 조밀하고 매혹적인 네트워크를 구성하는 필라멘트로 상호 연결하는 구조를 보인다.
물과 암흑물질
뇌는 그 질량의 30%만이 신경 세포체로 구성되어 있고 나머지는 물로 구성한다. 우주도 비슷하다. 우주의 70%는 암흑 에너지로 채워져 있다. 암흑 에너지는 전자기장과 상호 작용하지 않는 보이지 않는 질량 유형이며 모든 우주 구조의 형성에 핵심이라고 할 수 있다.
따라서 뇌와 우주는 모두 30%만이 지각할 수 있는 구조다. 나머지는 겉보기에 수동적인 재료로 구성되어 있지만 미시와 거시 세계에 포함된 만물의 생존과 창조에 핵심적인 역할을 한다.
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성장하고 팽창하는 뇌와 우주
뇌 연구는 섹션을 사용해 분석한다. 우주 연구도 거의 비슷한데 은하 네트워크를 분리하여 관측과 조사를 수행한다. 첫 발견은 앞서 언급한 것처럼 뇌와 우주 모두 특정 핵 주위 노드와 접합부를 기반으로 한 복잡한 조직 체계라는 것이다.
또 다른 놀라운 점은 뇌와 우주가 같은 방식으로 성장하고 확장한다는 점이다. 천체 물리학자인 프랑코 바짜는 뇌가 발달할 때 우주와 같은 방식으로 성장한다고 추정한다.
뇌세포 간의 ‘전류’는 연결이 만들어지고 성장이 진행될 때마다 발생한다. 은하가 팽창할 때도 유사한 현상이 나타나는데 우주가 수십억 년 동안 팽창해 왔다는 것을 발견한 사람은 에드윈 허블이었다.
이제 우주가 뇌와 매우 유사한 방식으로 팽창한다는 사실을 모두 알고 있다. 신경망과 우주망은 너무 유사하여 반추린 교수의 질문이 그렇게 허황됐다고 느껴지지 않는다. 우주가 실제로 신경망과 같다면 어떨까? 상상만으로 여전히 매혹적인 생각이다.
