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뇌와 건강 제4편


우주의 기원에 입각한 인간의 진화론적 의식과 생각의 출현에 대한 고찰


Dr. 이 광엽 DC,MS,LAc




뇌의 주된 기능은 그 내부의 변화를 형성하는것이다.

-Marvin L.Minsky- MIT 인공지능 연구소 공동설립자



인간의식의 출현에 대한 근원을 알기 위해선 우주의 근원을 먼저 알어야 합니다. 우주진화의 최종적 산물인 인간의 고차원의식과 생각의 출현이야 말로 우주진화의 목적일수도 있겠지요. 우리가 몸담고 있는 이 우주는 지금으로 부터 137억년전 상상도 못할 고압응축된 한 점이 대폭발하여 10 -43초 만에 최초로 중력장입자가 튀어 나왔으며 그다음 10-35초 만에 강력인 원자력이 형성 방출됩니다. 그 다음 순차적으로 약력과 전자기장 입자가 형성됩니다. 100만분의 일초후에 쿼크입자와 렙톤입자가 탄생되어 쿼크입자와 렙톤으로 중성자와 양성자가 형성됩니다.


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이때의 우주의 초기 온도는 10조 K의 상상하기 조차 힘든 매우 높은 온도입니다. 빅뱅후 최초 3분 안에 우주의 온도는 급격히 10억 K까지 식으며 우주의 모든 중성자와 양성자의 합성이 이때 마치게 됩니다. 이 3분안에 우주의 대부분의 수소입자와 헬륨 및 리튬과 벨륨등의 가벼운 원소들의 합성이 끝납니다.


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초기의 우주는 균일도가 10만분의 1도의 온도 차이로 매우 균일 했습니다. 지구의 남극과 적도의 온도 차이를 생각해봐도 수십도 차이가 나는데 우주전역 넓은 공간의 온도가 10만분의 1도의 온도 차이라면 거의 초기 우주전역은 모든 영역에서 온도가 균일 했었음을 알수있습니다. 마치 잘데워진 걸죽한 호박죽 같이 균일 했던것이지요. 이렇게 균일하던 우주도 계속 팽창하면서 그 균일도가 서서히 무너지고 공간들이 생겨나기 시작했고 그 공간 사이로 광자의 운행이 가능해졌습니다.

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위의 사진은 2003년 WMAP 인공위성이 촬영한 초기우주의 배경복사열 사진입니다. 마이너스 200마이크로 K에서 플러스 200마이크로 K까지의 극미의 온도차이에서 우주의 온도가 균일함을 보여줍니다.


이렇게 초기 우주의 밀도가 매우 균일하였던 상태에서 그 대칭의 균일이 깨지기 시작한것이 매우 중요한 사건입니다. 바로 대칭이 깨진것이죠. 이는 다시 말하자면 동양철학에서 말하는 무극인 공상태에서 태극이 발생하는 이치와 같습니다. 무극에서 태극으로 다시 이에서 음과양이 갈라져 나오고 이 음과양의 조화의 변화로 오행이 생겨납니다. 이 모든 변화는 황극이 조절합니다. 이를 그림으로 살펴보면 다음과 같습니다.


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음과 양이 발생하는것은 무극의 절대적 공의 상태에서 태극의 대칭으로 변화하고 여기에서 대칭이 깨지면서 불균형이 생겨 음양오행의 변화가 생겨납니다. 동양철학의 상수철학에서 완전수는 10무극인데 이는 가상의 천간에서 존재할뿐 현실인 지지에선 9수까지가 최대 분열수로 하나가 부족한 불균형으로 음양의 변화와 오행의 변화 무쌍한 변주곡이 만들어집니다. 이 변주곡의 지휘자는 5황극입니다. 위의 그림을 참조하면 무극인 Chaos상태와 태극의 Cosmos상태로 우주가 끊임없이 순환하는데 이는 황극이 주제함을 알수있습니다. 황극은 암흑에너지와 암흑물질처럼 보이지 않지만 우주를 팽창시키고 수축시키는 어떤 에너지로 우주의 생,장,염,장의 4순환을 매개합니다.


우주도 처음에 대칭이였지만 어느 순간 대칭이 깨지면서 서로 거리가 균일하던 입자들이 서로 거리에 차이가 생기며 입자들이 서로 멀어지고 가까워져 더 큰 입자들이 생겨나게 됩니다. 대칭이 깨져서 공간이 넓어지며 입자들이 뭉치기 시작했고 결국 시간이 흘러 축척되어 뭉쳐진 입자들의 덩어리들이 쌓이고 쌓여 별들이 만들어 졌습니다. 그리고 많은 별들이 모여 은하계가 생겼습니다. 많은 은하계(갤럭시)들은 은하성단을 이루게 됩니다. 우리 지구가 속해있는 Milky way 만 해도 1000억개의 별들의 집합입니다. 우주에는 이러한 은하계가 1000억개 이상존재합니다.


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거대한 별들 예를 들면 우리 태양보다 훨씬 더 무거운 별들은 매우 강한 중력으로인해 별이 늙으면서 그 내부중력의 증가로 결국 초신성폭발이라는 별의 마지막단계인 Supernova 로 별의 생을 마감하며 내부의 강한 중력으로 블랙홀이 만들어 집니다. 이런 블랙홀은 시간과 공간의 모든것을 빨아드립니다. 아인슈타인의 일반상대성이론의 중력장이론에서 우주의 모든 에너지의 합은 우주의 시공간의 곡률의 합과 같다는 법칙에서 이 블랙홀 부위에서 강하게 우주가 휘어지는 사실을 입증했습니다.


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태양보다 20배 이상 무거운 행성이 초신성 대폭발로 인해 결국 우주의 먼지와 가스인 Interstella remnants로 남는데 이 우주가스의 수소 및 헬륨의 융합으로 나머지 대다수의 화학원소들이 만들어집니다. 화학시간에 우리가 그토록 외웠던 주기율표의 모든것이 이 초신성폭발이라는 과정으로 만들어지는 것이지요. 별이 폭발하여 흩어진 가스잔해들의 모든 원소들이 다시 뭉치게 되면서 새로운 별들이 생성되는 별들의 윤회가 반복됩니다.


우리 지구행성과 그안의 모든 화학원소들도 우리의 어머니격인 어느 별의 초신성 폭발의 잔해 먼지와 가스들의 조합으로 만들어졌습니다. 이렇게 지구는 45억년전에 태어났고 당시 뜨거운 가스들로 가득했던 대기는 점차 식어 바다가 되었습니다. 초기의 지구대기는 매우 독한 가스들과 이산화탄소로 가득찼었지요. 시간이 흘러 바닷속의 시아노박테리아(Cyanobacteria;Blue-green bacteria)라는 일종의 녹조류가 바닷속으로 투과한 미약한 태양광선과 물속에 녹아있는 이산화탄소를 동화작용으로 최초의 산소를 만들게되는데 이것이 광합성 작용이지요.


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초기에는 진정세균인 박테리아가 있었습니다. 이때가 35억년 전으로 최초의 생물이었지요. 이러한 박테리아들이 서로 뭉쳐서 세포소기관 Cellular organelles들을 만들게 됩니다. 우리 인체의 체세포를 보면 세포막안에 유전자를 가진 세포핵 Nucleus이있고 대표적인 세포 소기관인 미토콘드리아 Mitochondria가 있는데 이 미코콘드리아는 같은 세포막의 세포핵 유전자와는 다른 유전자를 가지고 있습니다. 왜일까요? 세포공생설(Endosymbiotic theory)에 의하면 원시에 세포가 박테리아를 삼켰는데 미쳐 소화가 되지않고 공생한것으로 이 삼켜진 박테리아가 미토콘드리아로서 숙수세포Host cell에 ATP인 에너지를 만들어 주고 숙수세포는 이 미토콘드리아에 기생할 장소를 제공하는 상부상조의 역활을 하게된것이지요.


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실제로 미토콘드리아는 이중막이지만 숙주인 세포는 하나의 막으로 되있는데 외부의 박테리아가 세포내부에 들어오면서 숙주세포의 막이 박테리아의 막을 한번 더 감싸면서 이중막이 된것입니다. 세포공생설의 이중막이론과 각기 다른 유전자를 가진다는 사실로 각기 다른 박테리아들이 서로 뭉쳐 세포소기관들의 원형이 된것입니다. 이러한 원시적이지만 핵막을 가지고 있고 기타 세포소기관을 가진 세포를 진정세포(Eukaryotic cell)라고 합니다. 이러한 진정세포들이 모여 동물로 진화하게 되는데 동물은 산소를 필요로합니다. 과연 산소는 어떻게 형성된것인가요?


시아노박테리아가 오랜 세월동안 산소를 배출시켜 이미 바닷속에는 충분한 산소로 포화되었고 산소가 대기로 올라가 높은 산소농도를 만들었습니다. 현제 우리 대기의 산소농도는 20%정도인데 그때는 이보다 훨씬 높아서 고압의 산소로 항상 대기는 번개와 이로인한 화염으로 가득찼습니다. 훨씬 나중에 지금으로 부터 5억년전 지구상에 엄청난 화산들의 연쇄적 폭발로 이산화탄소와 메탄가스농도가 올라가 현제의 20% 산소농도로 줄어들게 됩니다. 산소농도가 줄어들면서 기존의 모든 생물들 특히 공룡들이 멸망하게 되고 다양한 생물군들이 출연하게되는데 포유류도 이들중 하나이지요. 공룡은 몸이 커서 그만큼 많은 산소를 요구했고 피부가 매우 두꺼워 산소가 부족한 상황에서 그만큼 폐가 팽창하지 못하여 멸망하였고 포유류는 피부가 얇어 폐가 팽창하기 쉬워 산소가 부족한 상황에서 쉽게 적응할수 있었습니다.


생물은 진정세균(Bacteria)에서 고세균(Archaea),원핵세포(Prokaryotes),진핵세포(Eukaryotes)로 발전되며 바닷물속의 초기 진핵세포들이 더욱 복잡하게 진화하여 어류-양서류-파충류-조류-포유류순으로 진화하게 되었습니다. 이러한 진화의 흔적은 생물의 뇌발전단계에서 자세히 보여줍니다.



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우리의 뇌를 보면 가장 밑부분인 뇌간부위 Brain stem 과 그 바로 위인 간뇌 Diencephalon 가 나타나는데 이를 파충류뇌 (Reptilian brain) 라고도 하여 생각이나 감정은 만들지 못하며 신체활동의 기초적인 생리대사인 호흡, 심장박동, 수면, 체온, 투쟁과 도피의 기본감정을 관장합니다. 즉 초기진화동물의 뇌와 같은 부위입니다. 파충류가 진화하여 포유류까지 오면 대뇌변연계 (Limbic system) 가 나타납니다. 변연계에서 감정이 발생합니다. 두려움, 좋음, 슬픔, 스트레스의 고통, 화냄등의 기본적 감정이 발생되는데 이 감정이 중요한 이유는 종의 유지와 종속에 무척 중요하지요. 감정으로 인해 종은 무리를 이루고 관계를 맺어 집단을 형성하기 때문입니다. 감정이 없는 양서류나 파충류는 무리를 이루지 않습니다. 감성은 개체를 묶어주는 끈과 같은 역활을 합니다.




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위의 그림에서 보면 뇌간에서 대뇌변연계로 발전하다가 마지막에 가장 바깥쪽의 대뇌피질이 위치해 있음을 알수있습니다. 대뇌피질에서 의식과 사고가 출현하지요. 대뇌변연계의 특히 편도체 (Amygdala) 는 일종의 알람시스템으로 위급한 상황일때의 두려움이나 자기를 방어하기위한 싸움의 자세로 화를 내는 감정을 만듭니다.



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즉 화를 냄으로써 자신을 지키고 가족을 지키고 무리와 집단을 지키는 것이지요. 이 화를 내는 편도체 덕분에 포유류들은 자신을 외부로 부터 지켜냈고 영장류를 거쳐 현제의 호모 사피엔스까지 참 부지런히 진화하여 왔습니다. 이런 변연계는 끊임없이 감정을 만들어 자신이라는 하나의 상을 만드는데 이것이 바로 자아의식인 에고 Ego입니다.


“ 바로 의식의 출현이지요.”




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하지만 변연계라는 영화관의 프로젝터 Projector 는 보다 입체적으로 완벽하게 나라는 느낌을 만들지 못합니다. 보다 입체적인 나라는 느낌의 존재의 에고를 만들기 위해 뇌는 더욱 진화하여 드디어 나라는 보다 입체적 홀로그램 Hologram 을 만드는데 이것이 바로 대뇌피질이라는 하나 더 추가된 프로젝터입니다. 대뇌피질의 특히 전전두엽 (Prefrontal cortex;PFC)과 전대상회(Anterior cingulate cortex;ACC)라는 두개의 완벽한 영화관 프로젝터까지 합해서 총 3개의 프로젝터의 빔 (변연계,전전두엽,전대상회) 의 입체감으로 완벽한 자신이라는 홀로그램(Hologram)의 자아의식 “...나..." 의 느낌을 만들게됩니다.


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미래에는 영화관 스크린에 비취는 2차원적 영화가 아니라 공간에 투영되는 3차원적 홀로그램을 이용한 영화가 곧 도입되는 날이 오겠지요. 영화가 이쯤되면 무척 실감 날것입니다. 내가 나라는 느낌은 바로 오감의 감각 느낌이 전제 됩니다. 시각, 청각, 후각, 촉각, 미각등의 감각기관에서 끊임 없이 올라오는 정보는 대뇌변연계로 올라가 과거경험과 비교하여 좋은 정보인지 나쁜 정보인지로 분류되며 좋은 느낌의 정보는 해마로 이동하여 단기 및 장기 기억으로 전환됩니다. 나쁜 느낌역시 해마로 기억되며 위험한 느낌은 대뇌피질까지 올라가지 않고 바로 대뇌기저핵(Basal ganglia)을 통해 행동으로 취해집니다.



돌맹이가 날라오는 위험한 상황에선 생각(대뇌피질;PFC)하지않고 본능적으로 돌을 피하는데 대뇌피질까지 올라가면 시간이 걸려 존재에게 위험 할수 있기 때문에 모든 과정을 통과 생략 bypass 하게 됩니다. 포유류의 변연계가 더욱 진화하여 대뇌피질이 형성되어 생각을 출연하게 되는데 의식의 출현, 창조, 판단, 집중, 미래결정등의 고급의식이 출현합니다.


창조성 Creativities이 나타나는 두정엽 Parietal lobe에서 도구를 만들어 싸움에서 우위에 설수 있었고 특히 전전두엽PFC의 미래를 예측하고 계획 생각하는 능력은 인간만이 유일하게 다른 생물종에는 없는 부위로 위험을 예방하고 미래의 새로운 방어와 공격을 계획하는 능력을 가지게 됩니다. 현제 21세기를 사는 우리는 위험한 일이 생길때 극단적으로 누구와 싸우거나 도망치는 투쟁-도피(Fight or flight)하는 일은 없습니다. 여러분은 일생동안 누구와 신체적으로 다투워 본적이 있으실 겁니다. 뭐 한번 두번 물론 어렸을적 이겠지요. 어른이 되면 그냥 경찰에 신호하고 경찰이 올때까지 기다리면 되지 실제로 다투는 경우는 매우 드물지요. 편도체의 과항진은 교감신경계를 항진시켜 전체적으로 우리몸을 전투직전의 상항으로 몰고 갑니다.


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심장의 박동이 항진하고 상대를 잘보기 위해 동공은 확대되며 상대방에게 위협적으로 보이기 위해 얼굴은 뻘게지고 근육으로 피가 집중해서 없던 힘이 생기지만 소화기계나 비뇨기계는 모두 정지됩니다.

내분비계에선 부신의 코티솔 Cortisol의 증가로 2차적으로 심장으로 가는 혈류를 증가시키는 에피네프린Epinephrine과 근육의 혈류를 증가시키는 노르에피네프린Norepinephrine의 증가를 초래합니다. 면역계를 억제시켜 염증을 줄이구요. 이러한 HPA(Hypothalamus-Pituitary-Adrenal gland;시상하부-뇌하수체-부신의 일련의 축)의 자동적 반응은 대뇌피질의 관여없이 즉각적으로 우리를 방어태세로 만들지만 만성화되면 우리를 항상 긴장하게 하고 결국 지치게 만듭니다.

면역이 항상 억제되니 감기에도 자주걸리며 만성적으로 감염성질환과 알러지에 시달리게 되지요.

다시 정리하면 부정적 감각경험은 편도체의 과항진시키고 일단 편도체의 위험하다는 알람이 울리면 자율신경계의 교감신경과 내분비계의 시상하부-뇌하수체-부신축 (HPA)가 활성화한다는것이 요체입니다.


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만성적인 편도체의 알람이 울리면 우리몸은 견뎌내지 못하고 항상 만성적 신경과민상태(Anxiety)로 신경의 과도한 흥분과 전도로 근육이 항상수축, 지속적 심장박출력Cardiac output,박동증가Tachycardia로 고혈압Hypertension, 만성적 혈당증가Hyperglycemia로 당뇨병Diabetes mellitus, 지속적 면역 억제로 감염성 질환증가와 자가면역질환Autoimmune disease, 지속적 소화기계의 억제로 소화불량Indigestion과 변비 및 위, 소장 및 대장염, 비뇨기계의 억제로 소변불리Urinary Incontinence와 발기부전Impotence등의 자율신경 실조증 (교감신경 과항진 ; Sympathetic over activation) 증상이 옵니다.


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“ 이러한 편도체의 과항진을 막을수 있을까요?”


전대상회 (Anterior Cingulate Cortex) 는 바로 이러한 독단적 편도체의 과항진을 제어하는 기관입니다. 자동차로 비유하자면 편도체는 악셀레이터, 전대상회는 브레이크 역활을 합니다. 전대상회는 전전두엽에서 결정된 행동을 시행전에 미리 예측 시믈레이션하는 부위입니다. “ 내가 이런 행동을 했을때 이런 결과가 올수있겠구나…” 하고 미리 알수 있는 것이지요. 또한 편도체란 녀석이 하는 모든 난폭한 짓을 기록하며 감시자와 같은 역활을 합니다. 권투시합에서 싸우는 권투선수가 편도체라면 심판은 전대상회로 규칙을 준수하며 시합을 객관적으로 진행합니다. 판칙하면 경고를 주고 과하다 싶으면 경기를 중단시킬수 있습니다. 전대상회는 시시각각으로 편도체를 객관적으로 가만히 지켜보며 과하다 싶으면 이를 저지하는 브레이크와 같습니다.


우리가 감정에 못이겨 분노하여 미칠것 같을때 전대상회는 이상황을 객관적으로 관찰하며 저지시킵니다.


“ 아..내가 화가 많이 났구나. 하지만 진정하자.”


이렇게 말이죠. 감정에 못이겨 폭발할때 전대상회가 제대로 작동하지 않았던 것입니다. 즉 전대상회의 뇌회로의 연결이 편도체에 비해서 상대적으로 강하지 못한것 입니다. 요즘같은 시대에 특히 우리는 편도체 과항진으로 스트레스가 폭발 일보직전의 상황으로 감정의 제어가 잘되지 않고 이는 곧바로 질병과 대뇌 퇴행성Degenerative central nervous disease질환인 치매Dementia 와 알츠하이머 질환Alzheimer's, 파킨슨병Parkinson’s disease, 다발성 신경경화증Multiple sclerosis과 만성적일때 암Carcinoma 과 같은 무서운병으로 발전될수있습니다.


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“ 어떻게 편도체를 멈출수있을까요? 결국 전대상회를 강화시켜야 합니다.!!! ”




권투경기에 심판이 없다면 그야말로 상대방이 죽을수도 있습니다. 편도체의 과항진이 교감신경을 항진시켜 온몸을 망가 뜨립니다. 누군가 말려야 겠죠. 전대상회의 회로를 강화시키는 방법으로 편도체를 억제할수 있습니다.


“ 전대상회를 강화하는 방법은 그저 조용히 내면을 관조하는 명상법 입니다. ”




나쁜 생각이나 내가 흥분될때 이에 대하여 “제발 이 생각이 다시는 않생기게 해주셔요, 이 생각하면 안되지 생각하지말자! ,그저 꾹 참자!” 이런식으로 감정을 억누르는것이 아니라 상대하지 않는것입니다.


본인 이름이 철수라면


“ 철수의 마음에서 화라는 감정이 일고 있구나 ….”



“ 철수가 오늘은 이러한 일로 슬픔이라는 감정이 일어나고 있구나... ”



“ 철수의 마음에서 두려움이란 감정이 지금 피어나고 있구나... ”


하고 객관적으로 그저 관조할뿐 그 생각과 감정에 일일이 대응하지 않는것 입니다.


이렇게 우리는 어떤 감정적인 상황에서 전대상회와 편도체와의 줄다리기를 하는것 이지요. 전대상회는 진화론적으로 편도체보다 나중에 생긴 부위입니다. 고차원적인 뇌의 부위로 감정을 조절하고 억제합니다. 전대상회를 강화하는 방법은 이렇게 감정을 객관화하는 방법외에 호흡명상으로 부교감신경Parasympathetic system을 활성화 하여 교감신경Sympathetic system을 억제하는 방법이 있습니다.


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코를 통해 천천히 복식호흡 하며 그때 마다 “하나…둘...셋 ” 이런식으로 10까지 호흡을 세고 다시 꺼꾸로 10,9,8,7,6,5,4,3,2,1로 호흡을 역으로 세어봅니다.

이렇게 호흡을 조식(호흡을 세는)하는 방법은 위빠싸나 Vipassana 라는 남방불교의 명상방법으로 일찌기 부처가 했던 조식수행 방식입니다.




“스트레스가 생길때 이를 상대 하는것이 아닌 그저 반응하지 않거나 조용히 관조하는 것 이지요. “



뇌는 Top down 방식과 Down up 방식이 있습니다.


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다운업Down up은 뇌간Brain stem에서 시작하여 변연계와 편도체Amygdala를 거쳐 대뇌피질Cerebral cortex로 가는 회로로 매우 빠르고 자동적입니다. 위급상황에서 주로 이 다운업 방식이 이루어 집니다. 문제는 이방식으로 대뇌 피질이 생각하는 본연의 역활을 제대로 못하고 뇌간과 편도체에 이끌려 다닌다는거지요. 본말전도의 주객이 전도된 상황입니다. 말과 마부의 비유에서 주인인 대뇌피질이 말인 변연계와 뇌간을 통제 못하고 끌여가는 형국이네요. 말인 감성이 이성인 대뇌피질을 억제하고 감성이 마부인 나를 주제합니다.



이에 비해 탑다운 Top down방식인 대뇌피질에서 시작으로 신경전도가 편도체와 뇌간으로 흘러가는 상황은 다운업보단 느리지만 이성적, 계획적이며 확실히 이성이 감성을 지배하는 형태입니다.


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이런분들은 이성이 뇌를 지배하기때문에 쉽게 감성에 휘말려 화를 내거나 무서워하거나 슬퍼하는 등의 감정이 없는데 솔찍이 인간미는 없어보입니다.

탑다운이든 다운업이든 뇌의 4단계인 밑으로 부터의 뇌간-간뇌-변연계-대뇌피질까지의 진화론적 발생과정에서 우리는 감성보단 이성이라는 한단계 위의 뇌구조에까지 도달했습니다.


우주의 빅뱅이후 인간의 전전두엽의 미래를 생각을 가능케하는 뇌의 역량까지 우주가 진화한 것입니다. 우주진화의 결정체인 생명을 대표하는 인류의 뇌진화는 계속되고 있습니다. 현제 우주는 계속 팽창하고 있습니다. 우주는 단지 가스에 가득한 우주공간이나 생명이 살수없는 혹성만 만들어가는 것은 아닙니다.


“ 우주의 목적은 이렇게 생명이 살수있는 행성을 어렵게 낳고 생명을 통해 없었던 의식을 출현시키는 무에서 유 로의 창조행위가 우주의 의지 일지도 모릅니다. ”


우주가 앞으로 어떻게 더욱 팽창을 할것이며 우주의 표상인 현 인류 의식의 출현이 더욱 발전한다면 현 3차원의 우리 의식을 넘어서 4차원 및 그 이상의 고차원 세계를 이해하고 창조하는 뇌의 의식의 출현도 우주의 성숙과 비례하여 출현 할수 있을것 입니다.





오늘은 우주의 기원에 입각한 생물의 고차원적 의식과 생각의 진화적인 출현에 대해서 고찰해 보았습니다.


저의 칼럼을 끝까지 읽어주셔서 감사드립니다. 선생님의 건강과 평안을 위해 기도 드립니다.