제5장

우리 뇌는 어떻게 가치를 판단하고 결정을 내릴까?

이 장에서는 우리 뇌의 해마(뇌에서 해마처럼 생긴 부분으로, 기억과 학습에 중요한 역할을 합니다)가 어떻게 '가치'를 처리하는지 알아볼 것입니다. 여기서 말하는 '가치'란 우리가 어떤 선택을 할 때 그것이 얼마나 좋은지, 유익한지를 판단하는 것을 말합니다.

먼저 간단히 미리 말씀드리면, 우리 뇌의 해마는 단순히 과거를 기억하는 것이 아니라, 미래를 위한 계획을 세우는 장치라는 것입니다. 해마의 CA3라는 영역은 경험했던 일과 경험하지 못한 일 모두에 대해 다양한 시나리오를 만들어내고, CA1이라는 영역은 그 중에서 가장 가치 있는 것들을 선택합니다. 이렇게 해서 우리가 미래에 더 나은 선택을 할 수 있도록 돕는 것이죠.

가치란 무엇인가? - 스마트폰 고르기부터 시작해보자

우리가 일상에서 내리는 결정들을 생각해봅시다. 예를 들어, 새 스마트폰을 사려고 할 때를 떠올려보세요. 비슷한 가격의 애플 아이폰과 삼성 갤럭시가 있다면, 어떤 것을 선택하시겠습니까?

이때 우리 뇌에서는 '가치 판단'이 일어납니다. 경제학에서는 이를 '효용'이라고 부르는데, 쉽게 말해 그 제품을 사용했을 때 얻을 수 있는 만족감이나 유용성을 뜻합니다. 어떤 사람에게는 아이폰이 더 큰 만족을 주고, 다른 사람에게는 갤럭시가 더 좋을 수 있죠. 우리는 자연스럽게 자신에게 더 큰 만족을 줄 것 같은 제품을 선택합니다.

신경과학에서는 이런 가치 판단을 '가치 함수'라고 부릅니다. 인공지능의 '강화학습'이라는 분야에서 빌려온 개념인데요, 강화학습이란 시행착오를 통해 점점 더 나은 선택을 하는 방법을 배우는 과정을 말합니다. 마치 아이가 뜨거운 것을 만져보고 "아, 이건 위험하구나"를 배우는 것처럼 말이죠.

보상 예측 오류 - 기대와 현실의 차이에서 배우기

이제 좀 더 구체적인 예를 들어보겠습니다. 점심을 먹으러 갈 수 있는 다섯 개의 레스토랑이 있다고 상상해보세요.

처음에는 어떤 레스토랑이 좋은지 모르니까 모든 곳에 비슷한 기대를 가질 겁니다. 하지만 여러 번 방문하면서 점차 차이를 알게 되죠:

• A 레스토랑에 갔더니 기대보다 훨씬 맛있었다 → 다음에 A를 선택할 확률이 높아집니다
• B 레스토랑은 기대보다 별로였다 → 다음에 B를 선택할 확률이 낮아집니다

이렇게 실제 경험(맛있었다/별로였다)과 기대(이 정도는 될 것 같은데)의 차이를 '보상 예측 오류'라고 합니다. 우리 뇌는 이 차이를 계산해서 다음번 선택을 더 잘하도록 학습합니다.

그런데 세상은 계속 변합니다. 어느 날 B 레스토랑이 새로운 요리사를 고용하거나 메뉴를 바꿀 수도 있죠. 그러면 우리는 다시 경험을 통해 새로운 정보를 업데이트해야 합니다. 이것이 바로 우리 뇌가 매일 하는 일입니다!

도파민 - 우리 뇌의 학습 신호

1997년, 과학자들은 놀라운 발견을 했습니다. 우리 뇌에서 '도파민'이라는 물질을 만드는 신경세포가 바로 이 '보상 예측 오류'를 신호로 보낸다는 것이죠. 도파민은 우리가 행복하거나 만족할 때 나오는 물질로 알려져 있는데, 파킨슨병이나 중독과도 관련이 있습니다.

원숭이를 대상으로 한 유명한 실험을 소개해드리겠습니다:

실험 단계 1: 원숭이에게 예고 없이 갑자기 주스를 줍니다

• 결과: 도파민 신경세포가 활발하게 반응합니다 (예상치 못한 보상!)

실험 단계 2: 소리를 들려준 다음 항상 1초 후에 주스를 줍니다 (여러 번 반복)

• 결과: 이제 도파민 신경세포는 주스가 나올 때가 아니라 소리가 날 때 반응합니다
• 주스를 받을 때는 반응하지 않습니다 (이미 예상했으니까요)

실험 단계 3: 소리는 들려주지만 주스를 주지 않습니다

• 결과: 주스가 나와야 할 시간에 도파민 신경세포 활동이 오히려 감소합니다 (기대했는데 안 왔으니 실망!)

이 실험이 보여주는 것은 도파민 신경세포가 단순히 보상(주스)에 반응하는 것이 아니라, '예상과 실제의 차이'에 반응한다는 것입니다. 이것이 바로 우리 뇌가 학습하는 방식입니다!

가치는 뇌 어디에 저장될까?

도파민이 학습 신호를 보낸다면, 그 신호를 받아서 가치 정보를 저장하는 곳은 어디일까요? 놀랍게도 과학자들은 뇌의 아주 많은 부분에서 가치 관련 신호를 발견했습니다. 쥐, 원숭이, 인간의 뇌 곳곳에서 보상의 종류, 양, 확률에 따라 반응하는 신경세포들이 발견된 것이죠.

이렇게 많은 곳에서 가치 신호가 발견되는 이유는 무엇일까요? 그것은 가치 판단이 생존에 너무나 중요하기 때문입니다. 마치 우리 몸의 거의 모든 세포가 생체시계를 가지고 있는 것처럼(하나만 있어도 될 텐데 말이죠), 진화는 정말 중요한 기능일수록 여러 곳에 중복해서 만들어 놓습니다. 만약 한 곳이 고장 나도 다른 곳에서 그 기능을 대신할 수 있도록 말이죠.

해마와 가치 - 예상치 못한 발견

전통적으로 해마는 공간 정보나 사실을 기억하는 곳으로 알려져 있었습니다. "어제 어디서 무엇을 했는지" 같은 것들 말이죠. 그래서 많은 과학자들은 해마가 가치 판단과는 관계없을 거라고 생각했습니다.

하지만 저희 연구팀은 놀라운 발견을 했습니다. 목마른 쥐에게 두 개의 버튼을 주고, 각 버튼을 누르면 물이 나올 확률을 다르게 설정한 실험을 했습니다. 그리고 이 확률을 예측할 수 없게 계속 바꿨죠. 쥐는 어떤 버튼이 더 나은지 계속 학습해야 했습니다.

이때 해마의 CA1이라는 영역을 관찰했더니, 놀랍게도 많은 신경세포들이 각 버튼의 '가치'(물을 얻을 확률)에 반응하고 있었습니다! 그런데 더 놀라운 것은, CA1의 입력을 담당하는 CA3와 출력을 담당하는 해마이행부에서는 이런 가치 신호가 훨씬 약했다는 것입니다.

CA1 - 가치 판단의 전문가

이것은 마치 회사 조직을 생각해보면 이해하기 쉽습니다:

• CA3 = 정보 수집팀 (여러 가능성을 탐색)
• CA1 = 의사결정팀 (가치 있는 것을 선별)
• 해마이행부 = 실행팀 (결정된 사항을 전달)

흥미롭게도 의사결정팀(CA1)에서 가장 강한 가치 신호가 발견된 것입니다!

정말 CA1이 가치 판단에 중요할까? - 확인 실험

과학에서는 상관관계(A와 B가 함께 나타남)와 인과관계(A가 B를 일으킴)를 구별하는 것이 중요합니다. CA1에서 가치 신호가 발견되었다고 해서, CA1이 정말 가치 판단에 필요한지는 별개의 문제죠.

그래서 저희는 화학유전학이라는 기술을 사용해 생쥐의 뇌에서 특정 영역만 일시적으로 '끄는' 실험을 했습니다. 마치 집의 특정 전등 스위치만 끄는 것처럼 말이죠.

실험 결과:

• CA1을 끄니 → 생쥐가 물을 얻는 데 실패하는 경우가 많아졌습니다
• CA2, CA3, 치상회를 끄니 → 별 영향이 없었습니다

이것은 CA1이 정말로 가치를 학습하는 데 필수적이라는 것을 보여줍니다!

왜 이것이 중요한가? - 큰 그림 보기

이 발견이 왜 중요할까요? 전통적으로 해마는 두 가지 중요한 기능을 한다고 알려져 있었습니다:

1. 공간 정보 처리 - "나는 지금 어디에 있는가?"
2. 사실 기억 - "어제 무슨 일이 있었는가?"

그런데 CA3와 CA1이 모두 비슷한 공간 정보를 처리한다면, 왜 두 개가 필요할까요? 하나면 충분하지 않을까요?

우리의 발견은 이 오랜 수수께끼에 대한 답을 제시합니다:

• CA3: 다양한 가능성을 탐색하고 시뮬레이션 (공간 정보 + 상상)
• CA1: 그 중에서 가치 있는 것을 선택 (가치 판단 + 결정)

즉, 해마는 단순히 과거를 기억하는 곳이 아니라, 미래를 위한 최선의 선택을 준비하는 곳입니다. CA3가 "이렇게도 할 수 있고, 저렇게도 할 수 있어"라고 여러 시나리오를 제시하면, CA1이 "이 중에서 이게 가장 좋겠네"라고 선택하는 것이죠.

정리하며 - 우리 뇌의 놀라운 학습 시스템

지금까지 살펴본 것처럼, 우리 뇌는 매우 정교한 가치 판단 시스템을 가지고 있습니다:

1. 도파민 시스템: 예상과 실제의 차이를 계산해 학습 신호를 보냅니다
2. 광범위한 가치 처리: 뇌의 많은 영역이 가치 정보를 처리합니다 (중요하니까요!)
3. 해마의 CA1: 특별히 가치 판단에 특화된 영역으로, 미래를 위한 최선의 선택을 돕습니다

이 시스템 덕분에 우리는:

• 레스토랑을 선택하고
• 스마트폰을 고르고
• 인생의 중요한 결정들을 내릴 수 있습니다

다음 장에서는 이러한 발견들을 종합해서, 해마가 어떻게 기억과 상상을 통해 우리의 미래를 준비하는지 더 자세히 알아보겠습니다. 해마가 단순한 '기억 저장소'가 아니라 '미래 시뮬레이터'라는 놀라운 이야기가 계속됩니다!