거울 뉴런: 공감을 설명할지도 모르는 세포들

1990년대 초 이탈리아 파르마의 한 실험실에서, 짧은꼬리원숭이 한 마리가 뇌가 움직임을 계획할 때 사용하는 영역인 운동앞겉질의 한 부위에 가느다란 전극을 꽂은 채 앉아 있었다. 자코모 리촐라티가 이끄는 연구진은 원숭이가 먹이를 향해 손을 뻗을 때 어떤 뉴런이 발화하는지를 지도로 그리고 있었다. 이 세포들 가운데 하나는 원숭이가 땅콩을 움켜쥘 때마다 톡톡 살아났다. 그런데 이상한 일이 벌어졌다. 자주 회자되는 이야기에 따르면, 한 연구자가 직접 땅콩을 향해 손을 뻗었고 원숭이는 그저 지켜보기만 했는데, 바로 그 똑같은 세포가 발화했다. 마치 원숭이의 뇌가 인간의 손과 함께 그 땅콩을 조용히 움켜쥐기라도 한 것처럼.

그 단 한 번의 관찰은, 정확히 어떻게 펼쳐졌든 간에, 현대 신경과학에서 가장 흥미진진하면서도 가장 논쟁적인 장 하나를 열었다. 여기, 당신이 직접 행동했는지 아니면 다른 누군가가 행동하는 것을 보기만 했는지 개의치 않는 세포가 있는 듯했다. 자기와 타인 사이의 경계를 흐리는 뉴런이었다. 십 년이 채 지나기 전에 이 "거울 뉴런"은 공감, 언어, 모방, 심지어 문명 그 자체의 생물학적 뿌리로 칭송받게 된다. 또한 진정으로 흥미로운 발견이 어떻게 증거가 뒷받침하는 수준을 훌쩍 넘어 부풀려질 수 있는지를 보여주는 경계의 사례가 되기도 한다.

우연한 발견

파르마 연구진은 공감이나 사회적 인지를 좇고 있던 것이 아니었다. 그들은 운동 체계, 즉 행동의 기계 장치를 연구하고 있었다. 그들이 기록한 뉴런들은 원숭이 운동앞겉질의 일부인 F5라는 영역에 자리 잡고 있었고, 연구자들은 이 세포들이 움켜쥐기, 찢기, 붙잡기 같은 특정 손동작 중에 발화할 것이라 예상했다.

그들을 놀라게 한 것은, 바로 이 같은 세포들 가운데 일부가 원숭이가 단지 다른 개체가 그 행동을 수행하는 것을 관찰할 때에도 발화했다는 점이었다. 그 뉴런은 행하는 것과 보는 것을 뚜렷하게 구별하지 않았다. 그 세포가 관찰된 행동을 관찰자 자신의 운동 지도 위에 "비추는" 것처럼 보였기 때문에, 리촐라티와 동료들은 1990년대에 거울 뉴런이라는 용어를 만들어냈다. 이 발견이 두드러졌던 것은 바로 그것이 예상 밖이었기 때문이다. 보는 것이 일종의 내적인 행함이라는 것을 증명하려고 나선 사람은 아무도 없었다. 원숭이들 자신의 뇌가 그것을 시사한 것이다.

이 발견의 결을 솔직하게 짚어볼 필요가 있다. 과학사의 유명한 순간들이 으레 그렇듯, 이 이야기도 너무 자주 되풀이되어 전해진 탓에 그 깔끔한 일화가 실험실의 어수선한 현실보다 더 말끔하게 정돈되어 있을지도 모른다. 잘 확립된 사실은 그 핵심 실험 결과다. 짧은꼬리원숭이 운동앞겉질의 개별 뉴런들은 동물이 목표 지향적 행동을 수행할 때와 다른 누군가가 비슷한 행동을 수행하는 것을 지켜볼 때 모두 반응한다.

원숭이에서 거대한 이론으로

관찰된 행동에 반응하는 세포는 거부할 수 없는 해석을 부른다. 어쩌면 다른 사람이 무엇을 하고 있는지 이해하는 일은 차갑고 계산적인 추론이 아니라, 더 따뜻하고 더 직접적인 무언가일지도 모른다. 당신의 뇌는 그 행동을 당신이 직접 할 때 쓰는 바로 그 회로를 사용해 조용히 시뮬레이션을 돌린다는 것이다. 이 관점에서 보면, 당신은 다른 사람이 컵을 향해 손을 뻗는 것을 "이해"하는데, 그것은 당신의 운동 체계 깊숙한 곳에서 당신 역시 손을 뻗고 있기 때문이다.

거기서부터 이론화가 가속되었다. 거울 뉴런이 타인의 행동을 우리 자신의 몸에 대응시킬 수 있게 해준다면, 어쩌면 그것은 타인의 감정을 우리 자신의 마음에 대응시킬 수 있게 해줄지도 모른다. 어쩌면 이것이 공감, 즉 다른 사람의 고통이나 기쁨을 느끼는 감각의 세포 수준 기반일지도 모른다. 연구자들은 이 발상을 한층 더 확장했다. 문화적 학습의 엔진인 모방으로, 말이 뇌가 비출 수 있는 몸짓에서 자라났다는 이론에 따라 언어로, 그리고 더 넓게는 사회적 유대로. 일부 대중적인 설명은 거울 뉴런이 심리학에 대해 DNA가 생물학에 대해 한 일을, 즉 사회적 마음을 푸는 단 하나의 메커니즘을 해냈다고까지 시사했다.

이 주장들이 미친 범위는 이 이야기가 교훈적인 까닭의 일부다. 땅콩과 짧은꼬리원숭이 운동겉질에 관한 한 발견이, 몇 년 사이에 우리 본성에서 가장 두드러지게 인간적인 부분들에 대한 유력한 설명 후보가 된 것이다.

인간에게서 증거가 실제로 보여주는 것

여기서 발밑이 물러지고, 지적 정직성은 속도를 늦추기를 요구한다. 원래의 기록은 원숭이에게서, 개별 세포 안에 직접 꽂은 전극을 사용해 이루어졌다. 그런 침습적인 단일 뉴런 기록은 명백한 윤리적 이유 때문에 건강한 인간에게는 거의 시행되지 않는다. 그래서 수년 동안 "인간 거울 뉴런"에 관한 주장들은 간접적인 증거에 의존했다.

뇌 영상: 기능적 MRI를 사용한 연구들은, 사람이 어떤 행동을 수행하든 다른 누군가가 그 행동을 수행하는 것을 지켜보든 뇌의 일부 동일한 영역이 켜진다는 것을 보여주었다. 이 중첩은 실재하며 상당히 잘 재현된다. 그러나 fMRI는 수백만 개의 뉴런을 담고 있는 영역 전체의 혈류를 측정하므로, 그것은 한 영역이 두 경우 모두에서 활성화된다는 것을 보여줄 뿐, 동일한 개별 세포들이 양쪽 모두에 대해 발화한다는 것을 보여주지는 않는다. 영역 수준의 중첩은 시사적일 뿐, 결정적이지 않다.

드문 직접적 엿보기: 한 주목할 만한 연구에서, 연구자들은 의학적 이유로, 보통은 수술 전에 심한 뇌전증의 발원지를 찾기 위해 이미 뇌에 전극을 이식한 인간 환자들의 개별 뉴런에서 기록을 했다. 그들은 환자가 행동을 수행할 때와 그것을 관찰할 때 모두 반응하는 일부 세포를 발견했다고 보고했다. 이것은 직접적인 인간 증거에 가장 가까운 것이며, 진정으로 가치 있다. 그러나 이는 신경학적 질환을 가진 소수의 환자에게서, 고전적인 원숭이 부위와 동일하지 않은 영역에서 나온 것이므로, 광범위한 확증이라기보다는 신중한 단서로 읽어야 한다.

신중한 요약은 이렇다. 인간의 뇌가 행동의 지각을 행동의 산출과 연결하는 기계 장치를 담고 있다는 탄탄한 증거가 있다. 이 기계 장치를 거대한 이론들이 상상하는 그 특별한 일을 해내는 전담 "거울 뉴런" 집단으로 묘사하는 것이 최선인지는 여전히 논쟁 중이다.

반론: 비판자들이 선을 긋는 지점

주장이 커지면서 회의론도 커졌고, 가장 날카로운 비판 가운데 일부는 외부인이 아니라 존경받는 신경과학자들에게서 나왔다. 그들의 반론은 진지하게 받아들일 가치가 있는데, 세포의 존재가 아니라 데이터에서 해석으로 건너뛰는 도약을 겨냥하기 때문이다.

상관관계 문제: 당신이 어떤 행동을 지켜볼 때 발화하는 뉴런은, 그것만으로 이 발화가 이해를 유발한다는 것을 증명하지 않는다. 그 활동은 다른 경로를 통해 행동을 이해한 결과일 수도 있다. 엔진이 아니라 하류의 메아리인 것이다. 거울 반응은 이해를 산출하는 것이 아니라 이해를 반영하는 것일 수 있다.

학습 문제: 거울 속성은 타고난, 목적에 맞게 만들어진 공감 체계가 전혀 아닐 수도 있다. 한 유력한 대안은 그것이 평범한 연합 학습에서 생겨날 수 있다고 주장한다. 당신이 컵을 향해 손을 뻗을 때마다, 당신은 팔을 움직이는 동시에 팔이 움직이는 것을 보면서, 행함과 봄을 수천 번 짝지운다. 한 세포는 공감을 위한 특별한 진화적 명령 없이도, 그저 그 평생에 걸친 상관관계로부터 자신의 "거울" 성격을 획득할 수 있다.

공감의 간극: 어쩌면 가장 무거운 일격은 개념적인 것이다. 움켜쥐기, 씹기, 들어 올리기 같은 운동 행위를 비추는 것은 감정을 공유하는 것과는 한참 멀다. 동정, 연민, 도덕적 관심은 운동 공명 회로가 분명하게 공급하지 못하는 감정, 기억, 맥락, 판단을 수반한다. 흔히 사회적 상호작용에서 차이를 경험하는 자폐인은 한때 "고장 난 거울" 체계를 지닌 것으로 제안되었으나, 그 특정 주장을 뒷받침하는 증거는 잘 버텨주지 못했고 연구자들은 대체로 그것에서 멀어졌다. 그 가설의 붕괴는 우아한 이야기가 얼마나 쉽게 데이터를 앞질러 갈 수 있는지를 일깨우는 유용한 본보기다.

과장이 날아오른 이유

수많은 다른 신경과학 발견들은 학술지에 머물러 있었는데 왜 거울 뉴런만은 언론 현상이 되었는지 물어볼 가치가 있다. 그 답의 일부는 서사다. 땅콩 일화는 생생하고 다시 들려주기 쉽다. 일부는 야심이다. 공감, 언어, 문화를 설명하는 단 하나의 메커니즘은 운동앞겉질에 관한 미묘한 결과보다 훨씬 더 나은 표제다.

그리고 일부는 뇌 과학에서 되풀이되는 유혹, 즉 어떤 거대한 인간 능력의 깔끔한 자리를 찾으려는 욕구다. 우리는 전에도 다른 영역들과 다른 세포들을 두고 그렇게 한 적이 있다. 그 매력은 이해할 만하다. 위험한 것은, 대중이, 그리고 때로는 과학자들이, 아직 건설 중인 토대 위에 대중 심리학과 자기계발, 심지어 정책 발상까지 쌓아 올리면서 하나의 작업 가설을 정립된 사실처럼 다루기 시작한다는 점이다. 거울 뉴런이 이 패턴을 발명한 것은 아니지만, 그것은 이 패턴의 가장 유명한 현대적 사례 가운데 하나가 되었다.

거울 뉴런이 아마도 무엇인지

부풀려진 것을 걷어내도, 남는 것은 여전히 진정으로 중요하다. 견고한 핵심 발견은 행동을 지각하는 것과 행동을 산출하는 것이 완전히 분리된 체계에 들어 있지 않다는 점이다. 뇌는 이 둘을 연결한다. 실재하는 중첩이 있으며, 원숭이에게서는 단일 세포 수준에서 분명하게, 인간에게서는 적어도 영역 수준에서, 그리고 제한된 경우에는 개별 뉴런 수준에서 그러하다. 이 행동-지각 결합은 거의 틀림없이 우리가 다른 사람들의 움직임과 의도를 읽어내는 방식에서, 그리고 어쩌면 우리가 지켜봄으로써 배우는 방식에서 일정한 역할을 한다.

확립되지 않은 것은, 특별한 한 부류의 세포가 단독으로 공감을 만들어낸다거나 거울 뉴런이 사회적 뇌로 통하는 만능열쇠라는 주장이다. 공감은 풍부하고 여러 층으로 이루어진 현상이며, 이제 대부분의 연구자는 그것이 영웅적인 한 가지 세포 유형이 아니라 함께 작동하는 여러 뇌 체계에 의존한다고 본다. 정직한 입장은, 거울 뉴런이 뇌가 봄과 행함을 연결하는 방식의 실재하고 흥미로운 특징이며, 그 정확한 기능은 과학자들이 아직 풀어가고 있는 중이라는 것이다.

핵심 정리

거울 뉴런은 과도한 전설에 둘러싸인 진짜 발견이다. 1990년대 초 짧은꼬리원숭이 운동앞겉질에서 우연히 발견된 그것들은, 원숭이가 목표 지향적 행동을 수행할 때와 다른 누군가가 비슷한 행동을 수행하는 것을 지켜볼 때 모두 발화하는 개별 세포로서, 뇌가 행동의 지각을 행동의 산출과 연결한다는 것을 드러낸다. 그 핵심 결과는 탄탄하다. 그 위에 쌓아 올린 거대한 주장들, 즉 이 세포들이 공감, 언어, 모방, 문명의 세포 수준 기반이라는 주장은 증거를 한참 앞질러 가는데, 특히 직접적인 단일 뉴런 데이터가 드물고 대부분의 뒷받침이 더 넓은 범위의 뇌 영상에서 나오는 인간의 경우에 그렇다. 사려 깊은 비판자들은 거울 반응이 이해를 유발하기보다 반영하는 것일 수 있고, 타고난 공감 모듈이 아니라 평범한 학습에서 생겨날 수 있으며, 어느 쪽이든 움직임을 따라 하는 것과 감정을 공유하는 것 사이의 간극 가운데 작은 일부만을 메울 뿐이라고 주장해왔다. 오래 남는 교훈은 두 가지다. 뇌는 정말로 연구할 가치가 있는 방식으로 봄과 행함을 융합하며, 생생한 발견은 충분히 자주 되풀이되면 그것을 정당화한 사실들을 넘어서 자라날 수 있다는 것이다. 과장이 아니라 절제된 호기심이야말로 이처럼 열려 있는 질문을 다루는 올바른 방법이다.