[1932 노벨생리의학상] 찰스 셰링턴 & 에드거 에이드리언 : 신경의 언어를 해독한 두 선구자

 

 

 

우리는 어떻게 손가락 끝의 부드러운 감촉을 느낄까요? 위험을 감지했을 때 어떻게 순간적으로 몸을 피할까요? 그리고 이 복잡한 뇌 속에서 '생각'이라는 것은 대체 어떻게 만들어질까요?

20세기 초, 이 모든 질문은 거대한 '검은 상자' 안에 갇혀 있었습니다. 과학자들은 뇌와 척수, 그리고 온몸에 퍼진 신경이 무언가 '신호'를 전달한다는 것은 알았지만, 그 방식과 원리는 여전히 미지의 영역이었습니다. 신경계는 그저 해부학자들의 현미경 아래 놓인 복잡하게 얽힌 전선 다발에 불과했습니다.

하지만 이 거대한 미지의 지도에 첫 번째 길을 내고, 그 길 위를 달리는 신호의 언어를 해독해낸 두 명의 선구자가 있었습니다.

한 명은 신경계의 '지도'를 그린 위대한 설계자, 찰스 스콧 셰링턴 [Charles Scott Sherrington] 경입니다. 그는 신경과 신경이 만나는 지점, 즉 '교차로'의 존재를 밝혀내고 그곳에 시냅스 [Synapse]라는 이름을 붙였습니다.

다른 한 명은 그 교차로를 오가는 '메시지'를 해독한 암호 해독가, 에드거 더글러스 에이드리언 [Edgar Douglas Adrian] 경입니다. 그는 미세한 신경 하나에서 흘러나오는 전기 신호를 증폭하여, 우리 감각이 '주파수'라는 언어로 소통한다는 사실을 처음으로 증명했습니다.

1932년, 노벨 위원회는 현대 뇌 과학의 두 기둥을 세운 이 두 거인에게 경의를 표했습니다. 오늘은 우리가 우리 자신을 이해하는 방식을 근본적으로 바꾼, 셰링턴과 에이드리언의 이야기입니다.

 

📜 '검은 상자'에서 '신경망'으로

 

19세기 말, 산티아고 라몬 이 카할 [1906년 노벨상 수상자]과 같은 과학자들의 노력으로 '뉴런 학설'이 정립되었습니다. 우리의 신경계가 하나의 거대한 덩어리가 아니라, 뉴런 [Neuron]이라는 수많은 개별 세포로 이루어져 있다는 사실이 밝혀진 것입니다.

하지만 이것은 거대한 퍼즐의 첫 조각에 불과했습니다.

뉴런이 독립된 세포라면, 그들은 어떻게 서로 소통할까요? 마치 수백만 개의 전화기가 있지만, 서로 연결하는 '교환기'나 '전화선'의 원리를 모르는 것과 같았습니다.

이때, 영국의 생리학자 찰스 셰링턴이 이 복잡한 네트워크의 기본 작동 원리를 파헤치기 시작합니다.

 

🧐 찰스 셰링턴: '시냅스'라는 교차로를 발견하다

 

셰링턴은 '단순한' 현상에 주목했습니다. 바로 반사 [Reflex]입니다. 그는 개의 다리를 간지럽히면 다리를 긁는 반사 행동을 수백, 수천 번 측정했습니다.

이 지루해 보이는 실험에서 그는 놀라운 사실들을 발견했습니다.

첫째, 신호 전달에는 '지연'이 있었습니다. 그가 측정한 반사 속도는, 만약 신경이 하나의 긴 전선이라면 나와야 할 속도보다 미세하게 느렸습니다. 셰링턴은 이 '지연'이 발생하는 지점, 즉 뉴런과 뉴런 사이에 신호를 전달하기 위한 '특별한 접합부'가 반드시 존재해야 한다고 추론했습니다.

그는 1897년, 이 보이지 않는 기능적 접합부에 '연결하다'라는 의미의 그리스어에서 유래한 시냅스 [Synapse]라는 이름을 붙였습니다. 그는 현미경으로 시냅스를 본 적이 없었지만, 그것이 존재해야만 함을 기능적으로 증명해낸 것입니다.

둘째, 신경계는 단순한 '전달'이 아닌 '통합'을 한다는 사실입니다. 그는 상호 신경 지배 [Reciprocal Innervation] 원리를 발견했습니다. 예를 들어, 팔을 구부릴 때 이두근이 수축하면, 반대편의 삼두근은 이완해야 합니다. 셰링턴은 신경계가 이처럼 복잡한 '조정' 작업을 수행한다는 것을 밝혔습니다. 즉, 시냅스는 단순한 연결점이 아니라, 신호를 '흥분'시킬지 '억제'할지 결정하는 '작은 뇌'와 같은 역할을 한다는 것이었습니다.

셰링턴은 신경계가 어떻게 조직되고 작동하는지에 대한 거대한 '청사진'을 완성했습니다.

 

⚡️ 에드거 에이드리언: '신경의 주파수'를 포착하다

 

셰링턴이 신경계의 '구조적 논리'를 밝혔다면, 에이드리언은 그 속을 흐르는 '신호의 본질'을 파헤쳤습니다. 셰링턴보다 한 세대 뒤의 과학자였던 그는 전자공학의 발달이라는 새로운 무기를 손에 쥐고 있었습니다.

당시 개발된 '진공관 증폭기'를 이용해, 에이드리언은 이전에는 불가능했던 일에 도전합니다. 바로 단일 신경 섬유 [Single Nerve Fiber] 하나에서 나오는 극도로 미세한 전기 신호를 포착하는 것이었습니다.

그의 실험실은 신경에서 나오는 신호를 소리로 변환하는 스피커로 가득 찼고, '철컥' '철컥' 하는 소리는 신경계의 비밀을 들려주었습니다.

그의 첫 번째 위대한 발견은 실무율 [All-or-None Principle]입니다. 뉴런은 신호를 보낼 때, '전부' 보내거나(All) '아예' 보내지 않거나(None) 둘 중 하나만 한다는 것입니다. 약한 자극이라고 해서 약한 신호를, 강한 자극이라고 강한 신호를 보내는 것이 아니었습니다.

그렇다면 우리는 어떻게 자극의 '강도'를 구별할까요? 약한 촉감과 강한 압력을 어떻게 다르게 느낄까요?

여기서 그의 두 번째, 그리고 더욱 혁신적인 발견이 나옵니다. 바로 주파수 변조 [Frequency Modulation]입니다.

에이드리언은 자극이 강해질수록 뉴런이 더 크게 발화하는 것이 아니라, 더 자주 발화한다는 것을 발견했습니다. 약한 자극에는 1초에 10번 [10Hz] 발화하던 뉴런이, 강한 자극에는 1초에 100번 [100Hz] 발화하는 식이었습니다.

신경계의 언어는 신호의 '크기'가 아니라 '빈도' [주파수]였습니다. 그는 감각과 운동의 모든 정보가 이 '주파수 코드'로 뇌에 전달되고 처리된다는 디지털 원리를 최초로 밝혀낸 것입니다.

 

🏆 수상 이유: 뉴런의 기능을 밝히다

 

1932년 노벨 위원회는 셰링턴과 에이드리언의 업적을 이렇게 요약했습니다.

그들의 뉴런 기능에 관한 발견에 대하여

이 간단한 문장 뒤에는 현대 신경과학의 탄생이 담겨 있습니다.

셰링턴은 신경계가 어떻게 '조직'되는지 보여주었습니다. 그는 반사 작용의 경로를 밝히고, '시냅스'라는 개념을 통해 뉴런이 어떻게 정보를 통합하고 처리하는지에 대한 '기본 지도'를 그렸습니다.

에이드리언은 그 지도 위에서 정보가 어떻게 '전달'되는지 보여주었습니다. 그는 '실무율'과 '주파수 변조'라는 '기본 언어'를 해독하여, 우리의 감각이 어떻게 전기 신호로 암호화되는지 증명했습니다.

셰링턴이 '설계도'를 그렸다면, 에이드리언은 그 설계도에 '전기'가 흐르는 원리를 밝힌 것입니다. 이 두 사람의 연구가 없었다면, 오늘날 우리가 아는 뇌 과학, 신경학, 심리학, 나아가 인공지능 연구까지 불가능했을 것입니다.

 

✍️ 맺음말: 뇌 과학의 문을 열다

 

찰스 셰링턴과 에드거 에이드리언의 업적은 우리 인류가 '정신'과 '마음'의 영역을 신비주의나 철학에서 '과학'의 영역으로 가져오는 결정적인 순간이었습니다.

그들 덕분에 우리는 '생각'이 유령 같은 무언가가 아니라, 수십억 개의 뉴런이 '시냅스'라는 교차로에서 '주파수'라는 언어로 소통하는 장엄한 전기화학적 교향곡임을 알게 되었습니다.

오늘날 우리가 기억의 비밀을 파헤치고, 파킨슨병이나 알츠하이머와 같은 뇌 질환에 맞서 싸울 수 있는 것도, 100여 년 전 신경계의 '지도'와 '언어'를 처음으로 밝혀낸 이 두 거인의 어깨 위에 서 있기 때문입니다. 그들은 진정으로 우리 자신을 이해하는 새로운 시대의 문을 연 위대한 선구자들이었습니다.