뇌영상 연구 결과가 인간의 자유의지에 대한 의심을 다시 제기함

뇌 연구 결과가 인간의 자유의지에 대한 의심을 다시 제기함
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1983년에 벤쟈민 리벳 교수가 아주 재치있는 손가락 움직이기 실험을 통하여
인간이 의식적으로 자유의지를 내기 이전 약 1초 전(정확히는 0.3 내지 0.5초전)에
뇌는 이미 그 의도된 행동을 할 신경적 준비를 하고 있다 라는 놀라운 실험결과를 내어 놓아서 인간의 자유의지와 의식경험에 대한 오래된 철학적 문제를 다른 관점에서 볼 수 있는 가능성을 제시하였다.

최근에, 독일의 막스플랑크연구소 인간인지및뇌 연구팀에 있는 John-Dylan Haynes 박사 팀이 다른 연구자들(싱가포르 병원 인지신경 연구팀 등)과 협동하여 연구하여 자유의지에 대한 추가적 뇌 연구 결과를 내어 놓았다.

http://www.thelocal.de/11295/

Brain study raises doubts about free will
Published: 14 Apr 08 17:24 CET
Online: http://www.thelocal.de/11295/

지난 4월 13일 과학학술지 Nature Neuroscience 지에 게재된 이들의 연구 결과 내용에 의하면, 사람들이 무슨 결정을 할 때에 그 사람 자신이 그 것을 인식하기도 전에, 즉 의식적으로 결정을 내리며 의식하기 이전 약 7초전의 뇌의 활동을 보고 그 사람의 결정을 예측할 수 있다고 한다.

80년도에 리벳 교수가 ‘자유의지의 작용 약 1초전에 뇌는 이미 움직이고 있다’라는 결과보다 그 시간을 7배나 확장된 결과를 제시한 것이다. 이 7초라는 결과가 과연 정확한 측정치인가는 차치하고라도, 자유의지적 결정 이전의 상당한 시간 전에 뇌는 이미 그와 관련한 활동을 가동하고 있음을 보여준다.
자유의지적 의식이 개입될 시점에는 이미 많은 일들이, 준비활동이 이루어진 다음이라는 것이다. 손가락을 움직이려는 자유의지를 내기 이전에 이미 뇌는 계획하는 전두엽이 가동된다음 손을 움직이는 것을 제어하는 두정엽으로 신경활동이 번져가고 그 이후에 의식이 개입된다는 것이다.

Haynes 박사는 이 연구가 사람이 과연 자유의지가 있는가에 대한 물음을 다시 제기하였으며, 뇌와 컴퓨터를 연결하여 사용자, 환자가 움직일려 하는 의도를 미리 파악할 수 있게 할 수 있다고 보았다. 영화 마이노리티 리포트에서 처럼 범죄관련하여 사용될 수 있다고 보았다.
그러나 이 연구결과가, 마지막 단계에서 자유의지가 개입하여 작용할 가능성을 완전 배제하지는 못하기에 이후에 연구는 한번 결정한 것을 의식적으로 바꾸는 것이 얼마나 가능한지를 연구하여야 하리라 보았다.

참고로 이전에 벤쟈민 리벳 교수의 실험에 대한 내용을 대니엘 데닛 교수의 글 중에서 일부 발췌하여 아래에 제시한다.

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Benjamin Libet 교수의 실험 내용
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[실험]: 아무것도 생각하지 않으려 하면서 얼마간 아주 가만히 앉아 있다가 어떤 다른 이유에서가 아니라 오직 자신이 원할 때 오른쪽 손목을 한번 까딱인다. 흔한 말로 마음이 동할 때마다 한번만. 이 자발적이고 의도적인 행위를 앞으로 까딱! 이라 부르도록 하겠다. 두피에 여러 개의 전극을 부착해서(두피면 충분하다. 두뇌에 직접 전극을 꽂을 필요는 없다) 두뇌에서 일어나는 전기적 변화를 살펴보면, 까딱!에 이르기까지 일어나는 두뇌 활동에서 명확하고 일관되게 나타나는 시간적 변화와 뚜렷한 모양의 전위를 관찰할 수 있다. 그 과정은 500 ～ 1000msec 동안 일어나고 손목이 실제 움직일 때(이는 간단한 광전지에 비춰지는 빛을 손목이 차단하게 하는 감지장치를 통해 알아낸다) 끝난다. 손목이 움직이기 50msec 전쯤에는 대뇌의 운동피질에서 팔뚝에 있는 근육에 이르는 운동신경의 활동이 일어나고, 그 운동신경의 활동이 일어나기 800msec - 거의 1초 - 전 뇌에서는 준비전위readiness potential 혹은 RP라고 알려진, 또렷하게 파악할 수 있는 전기적인 변화가 일어나게 된다(Kornhuber and Deecke, 1965).

리벳교수의 실험 상황
http://skeptically.org/sitebuildercontent/sitebuilderpictures/.pond/fig5-free-will-am-scientist.jpg.w560h340.jpg
[실험결과: 의지를 내기전의 준비적 전위의 활동 RP의 EEG]
http://skeptically.org/sitebuildercontent/sitebuilderpictures/fig3-free-will-am-scientist-.jpg

그 1000msec라는 시간 어딘가에 당신이 손목을 까딱이기로 의식적으로 결정 내린 시점이 있다. Benjamin Libet은 그것이 정확히 언제인지 포착해내려 했다. 결정 시점은 주관적인 속성을 가지기 마련이기 때문에 Libet은 피험자에게 언제 그런 결정을 내렸는지 말하게 하고, 그 시점을 피험자의 두뇌에서 일어나는 객관적인 사건의 흐름에 겹쳐 보아야 한다.
그는 이 주관적인 과정과 객관적인 사건의 흐름을 함께 비교할 수 있게 해 주는 명민한 방법을 고안해 냈다. 실험참여자들에게 초침처럼 빠르게 움직이는 점이 있는 “시계”를 바라보도록 한다. 점은 2.65초에 한바퀴를 돌게 되어 있는데 이로써 시간에 따른 두뇌 활동 기록에 견줄 수 있는 거의 msec단위에 이르는 측정치를 얻을 수 있게 된다.

Libet은 실험참여자들에게 손목을 움직이기로 결정한, 또는 손목을 움직이려는 충동을 처음 자각한 찰나에 점이 시계의 어느 위치에 있었는지 눈여겨 보아두도록 했다. 실험참여자는 그 위치를 실험자에게 말해 주게 된다(그 즉시 촉박하게 하지 않고, 손목을 움직인 뒤에. 이는 보고 “발화”가 이루어지는 시간을 정확하게 측정하는 보다 표준적인 다원현상학적인 방법론의 재미있는 변형이다).

Libet은 실험참여자들의 두뇌에서 측정한 RP와 그들이 보고한 결정 시점 사이에 300 ～ 500msec 정도의 시간차 혹은 잠재기latency가 있다는 것을 발견했다.
피험자는 까딱여야겠다는 생각이 들기 얼마 전에 두뇌에서 의식되지 않으며 일어난 실질적인 결정을, 일종에 지연되어 전달되는 녹화테입을 보듯이 물끄러미 바라보고 있을 뿐이다.
Michael Gazzaniga는 이렇게 말했다: “Libet은 두뇌의 활동 전위가 움직이려는 의식적인 의도를 갖기 300 ～ 500msec 전에 일어난다는 것을 밝혀냈다. 말하자면, 팔을 움직여야겠다고 생각하는 것을 자각하기 이전에 두뇌는 이미 그 움직임을 취할 준비에 바쁘다는 것이다!”(Gazzaniga, 1998, p.73).
신경과학자인 William Calvin은 다소 조심스럽게 적는다:
동료 신경생리학자인 Ben Libet은 움직임을 일으키는 것과 연관된 두뇌 활동이(‘준비전위’라 부르는) . . . . 움직이기로 결정한 시점보다 1/4초쯤 먼저 시작된다는 놀라운 연구결과를 보여주었다. 단지 움직이려는 결정을 의식하지 못했을 뿐, 이미 실제로 일은 진행 중인 것이다 . . . (Calvin, 1990, p.80-81)

Libet은 이 현상에 대한 자신의 해석을 이렇게 요약한 적이 있다:
자발적인 행위는 자신이 움직이길 원한다는 것을 의식적으로 알게 되기 전에 두뇌에서 의식되지 않은채 시작되는 것으로 보인다!
그렇다면 자발적인 행위에 있어서 의식할 수 있는 의지의 역할은 무엇일까?(Libet, 1985 참조)
이 물음에 답을 마련하기 위해서는 의식할 수 있는 의지(W)가 근육이 움직이기 대략 150msec 전에 나타난다는 점에 주목해야할 필요가 있다.
RP보다 이후이기는 하지만 의지적인 과정의 최종결과에 영향을 미칠 수 있는 충분한 시간이다. (좀더 정확히 말하자면, 150msec이 아니라 100msec이라고 말해야 한다. 근육이 움직이기 전 마지막 50msec는 1차 운동 피질이 척수운동신경세포를 활성화시키는데 걸리는 시간인데, 이 동안에는 대뇌피질의 다른 부분에서 오는 정보로 행위가 이루어지는 것을 막을 수가 없다.) (Libet, 1999, p.49)
신경과학자 Vilayanur Ramachandran은 ‘이러한 사실은 의식하는 마음이 무언가를 할 자유의지보다는 ’하지 않을 의지free won't‘를 가지고 있음을 보여준다’(Ramachandran, 1998, p.35)고 였다.

실험을 시작한 뒤 6810msec에 준비전위(RP)가 최고점에 이르고, 7005msec에 시계의 점이 맨 아래에 있었다는 것을 알아냈다고 생각해 보자.
피험자가 점의 위치를 의식한 시점을 구하기 위해 Libet은 이 숫자에 몇 msec을 더해야 할까?
빛은 시계에서 안구까지 바로 도달하겠지만, 망막에서 외측슬상핵lateral geniculate nucleus을 거쳐 선조피질striate cortex에 이르기까지는 5～10msec 정도가 걸린다. 300msec에 비하자면 하찮은 시간이랄 수도 있다. 하지만, 그러한 시각정보가 당신에게 이르는 데는 또 얼만큼의 시간이 걸리게 될까? (당신이 선조피질에 있는 걸까?) 구체적으로 그 곳이 어디가 되든 간에, 당신이 동시성에 대해 의식적인 결정을 내리기 위해 시각정보가 도달해야만 하는 어딘가에 이르기 전에, 시각정보는 이미 처리되어 있어야 한다. 줄여 말하자면, Libet의 연구방법은 다음과 같은 두 처리과정이 만나는 지점을 지목해 낼 수 있다는


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Libet 교수의 실험의 요점이 아래 사이트 자료에 요약되어 있다.

http://scienceweek.com/2004/sa040813-1.htm
ScienceWeek
COGNITIVE SCIENCE: FREE WILL AND THE BRAIN

[출처] 뇌영상 연구 결과가 인간의 자유의지에 대한 의심을 다시 제기함|작성자 metapsy

 

 

 

 

 

벤자민 리벳(Libet)의 실험

인간행위의 결정론자들에게 획기적으로 유리한 증거가 벤자민 리벳의 실험에 의해 제공되었다. 이 실험의 개요는 인간의 근육운동 전후의 뇌파의 움직임을 포착(EEG, eletric encephalo gram)하는 것이다. 인간의 행동이 개시된 시간, 즉 근육이 움직이기 시작한 시간을 t라고 할 때, 인간의 의식, 즉 근육에 특정한 운동을 하도록 명령을 내리기로 결심(의식)한 시간은 평균적으로 0.2(t-200ms, mili-second)초 전에 이뤄졌다. 여기까지 보면 별달리 이상할 것이 없어 보인다. 문제는 이보다 약 0.3초 앞선 시간(t-555ms)에 그 이전과는 구별되는 뇌활동이 있었다는 점이다. 이를 두고 리벳은 다음과 같이 해석했다.

“두뇌는 이러한 행동이 일어나야 한다는 주관적 의식이 생기기 전에 행동을 주도하기로 결정한다,”

 

인간행위의 비결정론자들은 인간의 자발적인 행동이 ‘내부에서부터의 선택에 의해’ 일어난다고 주장해 왔는데, 리벳의 해석에 따르자면 의식적인 선택을 하기 이전에 이미 행동의 착수가 이뤄졌으므로 적어도 인간행위의 비결정론이 주장하는 자발성은 그 전제부터 흔들리고 만다. EEG의 특정패턴(t-555ms)은 다른 선행조건(뉴런, 세포, 신경, 혈액, 성격 등의 내부조건과 기온, 분위기, 의무, 성장환경 등의 외부조건)을 고려하지 않고도, 인간의 행동이 비자발적으로 결정됨을 보여준 것이다.

그런데 이 해석을 부정하는 의견도 있다.

t-555ms의 패턴도 실은 ‘의식적인 결정과정’의 한 단계일 수 있으며, 단지 그 결정을 정리하고 저장한 다음 전파하는 일이 t-200ms에 이뤄졌고, 이때 우리의 기억만이 ‘t-200ms에 결정이 이루어졌다’고 착각하고 있다는 해석 말이다. 그러나 리벳은 t-555ms의 EEG패턴을 볼 때 의식과는 상관이 있어 보이지 않는다고 주장했다.

또 다른 반박은, t-555ms에서의 뇌활동은 의식을 담당하는 뇌부위에 선택/결정을 하라고 명령을 내리는 것일 뿐이지 그 자체가 선택/결정을 하는 것이 아니라는 주장이다. t-555ms의 뇌활동은 "판단없이" 직관적 행동을 하게 할 것인가, 선택과정을 거쳐서 행동을 하게 할 것인가를 결정하는 것에 불과하다는 것이다. 이 주장에 따라 시간을 구성하면, t-555ms에 내려진 명령에 따라 의식을 담당하는 뇌부위는 355ms동안 판단을 한 다음 t-200ms에 근육에 명령을 내리는 셈이다. t-555ms에서 t-200ms에 이르는 평탄한 패턴은 무엇이냐는 물음에 대해 그 시간동안은 뇌가 아무런 활동을 하지 않은 것이 아니라 판단과 선택활동이 대전력이 필요치 않아서 뇌파의 특정패턴이 나타나지 않았을 뿐이며 실제로 평탄한 것도 아니라고 한다.

(리벳의 해석에 반대하는 사람들은 우리가 깜짝 놀라 뒤로 자빠지거나 눈에 뭔가가 날아들면 눈을 감는 것 같은 행동이 필요할 때는 판단을 하는 뇌를 거치지 않고 직접 근육에 미리 프로그래밍된 행동명령이 내려진다(t-555ms의 패턴이 나타나지 않는다)고 설명한다. 정말 이 경우 뇌의 다른 부위가 약 20~100ms에 활성화 되고 전두엽은 가만 있다. 이를 두고 양측 모두 "비자발적"이라고 인정한다.)

 

 

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