인간의 뇌와 우주 사이에 유사점이 있을까? 그렇다면 그것들은 무엇이며 어떻게 발생할까? 우주와 인간의 마음에서 정보 처리는 비슷한 패턴을 따를까? 우주의 광대함이 뇌의 존재를 위한 필수 조건일까? 이러한 발견이 왜 그렇게 중요한 걸까?

이러한 질문은 고대 이집트 이전부터 제기되었으며, 우리는 여전히 그 답을 찾고 있다. 기술 및 과학의 발전 덕분에 오래전부터 뇌와 우주가 규모는 다르지만 비슷한 실체라는 사실을 입증할 수 있게 되었다.

프론티어스 인 피직스(Frontiers in Physics)에 발표된 최근 연구에서는 우주의 신경망과 우주의 거미줄을 정량적으로 비교했다. 연구팀은 우주는 거대한 뇌와 같은 방식으로 성장하고 있으며, 뇌세포 사이의 전기적 발화가 팽창하는 은하의 모양을 반영하고 있다는 결론을 내렸다.

이러한 분석에서 나타난 놀라운 유사성은 두 복잡한 시스템의 자기 조직화가 아마도 유사한 네트워크 역학 원리에 의해 형성되고 있음을 시사하는 것으로 보인다.

우주와 마음. 위와 마찬가지로 아래도 마찬가지다. - 헤르메스 트리스메기스투스(고대 이집트)

정규화된 밀도 대비 맵. 소뇌(위쪽 줄), 대뇌 피질(가운데 줄) 및 우주 웹의 암흑 물질 분포(아래쪽 줄) 조각의 예다. 작성자 제공

거대한 두뇌로 본 우주

천체 물리학자인 프랑코 바자(Franco Vazza)와 신경외과 의사인 알베르토 펠레티(Alberto Feletti)는 우주와 뇌가 모두 필라멘트를 통해 노드가 상호 연결된 잘 정의된 네트워크로 구성되어 있으며, 그 일반적인 범위는 호스트 시스템의 일부에 불과하다는 사실을 발견했다. 저자에 따르면 이는 두 네트워크가 유사한 물리적 원리의 결과로 성장했기 때문일 수 있다고 한다.

우주와 뇌의 규모는 27조 배나 차이가 나지만(즉, 우주는 우리 뇌보다 10의 33승 배 더 크다), 두 가지를 분석한 결과 서로 다른 물리적 과정이 복잡성과 자기 조직화가 비슷한 구조의 출현으로 이어질 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

두 물질 모두 내부 구조에서 간접적인 역할만 하는 원소로 구성된 질량 또는 에너지의 70%가 수동적인 물질이다. 뇌의 경우 물, 관측 가능한 우주의 경우 암흑 에너지가 이에 해당한다.

뇌는 우주의 버전을 구성하고 이 버전의 우주를 우리 주변에 거품으로 투영한다. 그래서 나는 "나는 생각한다, 그러므로 나는 존재한다"라고 어느 정도 확실하게 말할 수 있다. 하지만 "너는 내 지각의 거품 안에 있기 때문에 너는 생각한다, 그러므로 너는 존재한다"라고 말할 수는 없다. - 헨리 마크람(Henry Markram, 신경과학자)

우주 네트워크와 신경망은 연결을 기반으로 한다

이 새로운 연구는 하나의 기본 자연법칙이 이러한 네트워크를 지배할 수 있음을 시사한다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 따르면 인터넷, 인간의 뇌, 우주 전체 등 다양한 유형의 네트워크에 대해 '자연적 성장 역학'(시스템이 진화하는 방식)이 동일하게 적용된다는 사실이 밝혀졌다.

연구진은 우주의 역사와 소셜 네트워크 및 뇌 회로의 성장을 비교한 결과, 모든 네트워크가 비슷한 방식으로 확장되어 이미 많은 연결을 가진 노드와 유사한 노드 간의 연결이 균형을 이룬다는 사실을 발견했다.

아마도 "은하와 뉴런을 조절하는 물리적 힘의 현저하고 명백한 차이에도 불구하고 두 네트워크 내의 연결성은 유사한 물리적 원리에 따라 진화할 것"이라고 신경외과 의사 펠레티는 설명하며 "예상치 못한 수준의 유사성"이라고 묘사했다.

분석 중 하나는 1마이크로미터에서 0.1밀리미터 규모의 소뇌 신경망 내 변동 분포가 우주 거미줄의 물질 분포와 동일한 진행 과정을 따르지만, 물론 5백만에서 5억 광년에 이르는 더 큰 규모에서도 마찬가지라는 것을 보여주었다.

상단 패널: 샘플에 포함된 세 가지 네트워크 예시(파란색 선, 밀도 대비 맵에 겹쳐짐)에 대해 재구성된 노드 간 연결의 확대된 세부 정보이다. 하단 패널: 모든 컷에 대한 클러스터링 계수 및 중심성 정도 분포(오차 막대는 조사된 각 컷 샘플 내의 분산을 나타냄). 작성자 제공

이러한 결과가 중요한 이유는 무엇일까?

양자 물리학은 은하와 뇌 시냅스 모두에서 미묘한 역할을 하는 것으로 보인다. 우주를 거대한 컴퓨터로 바라보면 우주 프로그램과 기억에 대한 중요한 질문으로 이어진다.

인간의 뇌와 우주 사이의 특이한 구조적 유사성을 찾는 데 사용된 이 방법은 우주론과 신경외과 분야에서 큰 도움이 될 수 있다.

이 방법의 발견이 중요한 이유는 뇌와 우주 모두에서 시간적 진화의 역학을 해독하고 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다는 사실에 있다.

우리는 평범한 별의 작은 행성에 사는 원숭이 종족에 불과하다. 하지만 우리는 우주를 이해할 수 있고, 그것이 우리를 매우 특별하게 만든다. - 스티븐 호킹(Stephen Hawking)

위에서 언급한 기사에서 분석된 모든 뇌 샘플과 시뮬레이션한 우주 네트워크의 관련 샘플 및 재구성된 네트워크 연결은 대중에게 공개돼 있고 사용할 수 있다.

[출처] Cerebro y universo: ¿evolucionan de la misma forma? (theconversation.com)

[번역] 하주영

덧붙이는 말

파티마 세르비안 프랑코(Fátima Servián Franco)는 일반 건강 심리학자로 발렌시아 국제대학교 RNCR 심리학 센터 소장 및 발렌시아 국제대학교 PDI로 일하고 있다. 참세상은 이 글을 공동 게재한다.