[상상 현실이 되다] 꿈에서 학습?

- 세타파를 유지한 에디슨, 꿈에서 아이디어를 훔쳐라

꿈(Dream)!! 누구나 꿈이 있다. 그 꿈이 현실로 나타나면 게임은 끝이다. 멋진 꿈을 꾸고 그 꿈이 현실화되면 이 또한 게임은 끝이다. 꿈에서 학습을 할 수 있다면? 꿈에서도 현실을 연장하여 그대로 기억되고 기록될 수 있다면? 

생명의 뇌인 뇌간(Brain stem) 중 뇌교(Pons)는 아직 그 주요 기능이 정확히 밝혀지지는 않았지만 많은 과학자들은 꿈과 연관이 있을 것으로 추정한다. 영화 매트릭스가 꿈의 세계라면 이 곳 뇌교를 통하여 꿈의 세계에 들어가 학습도 하고, 시뮬레이션을 통하여 쿵후도 배우고, 그러다가 다시 현실로 오면 꿈에서 배운 내용들이 그대로 저장 기억되고… 만약 이것이 사실이라면 이러한 꿈의 메커니즘을 밝혀 각종 디바이스와 서비스에 컨버징시키면 이는 실로 엄청난 비즈니스가 아닌가? 

꿈은 세타파의 렘수면에서

꿈과 마음과 생각은 독특한 5개의 뇌파로 발현한다. 깊은 수면의 델타파(δ), 꿈을 꾸는 얕은 잠의 세타파(θ), 명상 할 때의 알파파(α), 활동 할 때의 베타파(β), 새로운 사실이나 기억을 시냅스에 저장할 때의 감마파(γ)가 그것들이다. 이중 꿈은 세타파가 뜰 때 꾸게 된다.

<표> 뇌파는 뇌의 상태에 따라 바뀐다_차원용, ‘Matrix Business(2006)’

명칭

파장

뇌의 상태

델타파(δ)

0.5~3.5Hz

깊은 수면 중 거의 의식이 없는 상태(비렘수면)

세타파(θ)

4~7Hz

꿈을 꾸는 졸고 있는 상태(얕은 잠, 렘수면)

알파파(α)

8~13Hz

안정, 편안한 상태, 명상할 때

베타파(β)

14-34Hz

긴장하고 집중하고 있는 상태, 사람이 눈을 뜨고 활동할 때

감마파(γ)

 

25~100㎐

 

과거의 기억과 현재의 인식 정보를 효율적으로 운반한다는 사실이 밝혀짐. 시냅스에 과거의 기억과 새로 인식한 사실을 전달해, 뇌가 이 두 정보를 비교ㆍ처리할 수 있게 함. 기억과 회상, 인식 작용에서 ‘운송자’ 역할을 맡는 셈임. 연구팀은 쥐의 뇌파를 분석하는 실험으로 감마리듬 중 주파수가 낮은(slow) 대역이 기억 정보를, 높은(fast) 대역이 인식 정보를 옮긴다는 점을 밝혀냄(Colgin et al., Nature, 2009).

수면을 측정하는 데는 뇌파, 안구운동, 그리고 근육활동을 이용한다. 이 세 가지는 깨어 있을 때의 의식과 두 가지의 수면을 비교하는데 이용된다. 두 가지의 수면이란 렘수면(REM, 급속안구운동, Rapid Eye Movement)과 비렘수면(NREM, 비급속안구운동)을 말한다. 비렘수면보다 렘수면에서 안구운동이 격렬하게 일어난다. 또한 깨어 있을 때보다 렘수면 상태에 있을 때 안구운동이 훨씬 빈번하고 격렬하게 일어난다. 

우리는 밤새도록 선잠(낮은 잠, 렘수면)과 깊은 잠(비렘수면) 사이를 오가는데, 한 주기에 걸리는 시간이 대략 90분으로, 이 주기는 24시간 동안 실제로 밤 낮 없이 16번을 반복한다. 이 리듬이 특히 주목할 만한 이유는 렘수면에 들어갔다가 다시 빠져 나오는 변화 때문이다. 렘수면이 꿈꾸는 현상과 관련되어 있지만, 이 관련성이 반드시 절대적인 것은 아니다. 비렘수면 동안에도 우리가 꿈꾸는 현상이라고 하는 정신활동이 존재하기 때문이다. 하지만 대부분의 경우 우리는 렘수면 동안 꿈을 집중적으로 꾸는 경향이 있다. 과학자들은 꿈은 어느 정도까지 밤새도록 계속되지만 오로지 렘수면에 집중되어 있다고 결론을 내렸다. 비렘수면기에서도 꿈을 꾸기는 하지만 이는 활동하던 낮 동안의 상황이나 정신 상태를 반영하기 쉽다. 따라서 "왜 이런 꿈을 꾸었을까?" 하고 고민하지 않아도 될 내용이 대부분이다. 이에 비해 렘수면기의 꿈은 기이한 것이 많아 그 꿈의 원인을 찾기란 어려우며 해석하기도 어려운 것이다.

우리는 보통 8시간 잠을 잔다. 사람이 수면을 취하는 동안 뇌파를 기록하면 선잠인 렘수면기에는 세타파가 나타나고, 깊은 수면 상태인 비렘수면기에는 오르토 또는 델타파가 나타난다. 이와 같은 렘수면과 비렘수면기는 교대로 찾아오는데 1950년대의 연구에 따르면 꿈은 하룻밤에 4-5번 찾아오는 렘수면기에서 꾸게 된다. 비렘수면기에는 뇌의 에너지 소비량이 적어지고 활동이 저하해 대뇌가 휴식을 취하도록 하는 것이다. 수면의 단계는 졸리기 시작하는 제1수면기에서 가벼운 잠이 드는 제2단계를 거쳐 깊은 잠이 드는 제4수면기까지 나뉘는데 각 수면기는 소견상 나타나는 뇌파기록장치(EEG, electroencephalograph)의 특징에 의해 나뉜다.

꿈은 오감과 우뇌로 꾸어

정신분석학의 아버지 지그문트 프로이트(Sigmund Freud, 1856~1939)는 "꿈은 소망의 발현"이라고 했다. 그런데 오감이 자극받으면 꿈을 꾸기 쉽다고 한다. 즉 자극받는 곳과 꿈의 내용이 관련되는 경우가 많다는 것이다. 예를 들면 잠을 자고 있을 때, 어느 순간 우연히 베갯머리에 있던 자명종 시계가 목에 닿으면 단두대에 서는 꿈을 꾸게 될 수도 있다는 것이다.
 
그런데 꿈은 주로 우뇌로 꾼다. 렘수면기에는 우뇌가 활발해지므로 우뇌에 나타난 이미지가 꿈에 보이기 쉽다. 우뇌는 그림 구성, 음악, 풍부한 표현 등의 공간인식에 강하기 때문이다. 예를 들어 우뇌의 후두 연합령은 시각정보를 받아들이는 곳이므로 이곳에서 다양한 시각 이미지를 만든다. 이 시각 이미지는 단편적이고 맥락이 없는 것이 많은데, 사람이 꾸는 꿈의 대부분은 후두 연합령에서 만들어진 영상이다. 그런데 이 영상을 원하는 대로만 만들 수 있다면 원하는 꿈도 꿀 수 있다는 것이다. 그러므로 잠자기 전에 원하는 꿈의 영상을 위한 오감을 자극하는 무언가를 준비하면 가능하다는 얘기이다.
 
그러나 드물게는 좌뇌로도 꿈을 꾼다. 이때의 꿈은 말로 나타나는 경우가 많다. 신의 계시로 이야기되는 꿈은 언어를 이해하는 좌뇌에서 생긴 것이다. 사람들은 또한 추락하거나 나락으로 떨어지거나 쫓기는 꿈을 꾸기도 하는데 이것은 렘 수면기의 근육이 이완되었기 때문이다. 도망치고 싶어도 몸이 움직이지 않는 감각은 바로 근육이 이완되었기 때문에 나타나는 것이다. 그러나 렘 수면기에는 근육은 이완되었지만 심장 박동이나 혈압은 높아져 있다. 이런 때에 쫓기거나 추락하는 꿈을 꾼다.

세타파를 유지한 에디슨, 꿈속에서 아이디어를 훔쳐라

수면은 일련의 상태들로 구성되어 있다. 흔히 수면단계라는 표현을 쓰는데 실제로는 단계가 아니라 일련의 상태(state)이다. 우리는 밤새 이 상태들의 주기를 반복적으로 거친다. 이런 단계들마다 뇌파기록장치(EEG)로 측정한 뇌파의 형태가 다르게 나타나며, 몸의 움직임도 다양하게 나타난다. 이 중 세타파(θ)가 있는데, 세타파는 어른들에게서는 보기 힘들며 우리가 잠(꿈과 현실이 합쳐지는 듯 보이는 때)에 빠져들기 전에 머무는 일종의 중간 상태인 ‘겉잠 상태’라고 불리는 렘수면 상태에서 가장 빈번하게 발생한다. 이는 바로 어린아이들의 수면패턴으로, 어린아이들이 어른들보다 공상과 상상을 잘하고 지각력이 뛰어남을 말해주는 것이다. 

그러므로 어린아이들의 창의성은 무한한 듯 보인다. 그러나 이런 능력은 사춘기를 겪으면서 변한다. 사춘기 청소년의 사고는 어른의 사고와 닮게 변해서 세타파의 비중이 상당히 줄어들게 된다. 

세타파 상태를 오랫동안 유지하려 애쓰는 사람들도 있다. 대개 창의력을 향상시키는 것이 그 목적이다. 발명가인 토머스 에디슨(Thomas Alva Edison, 1847~1931)은 이를 위해 흥미로운 방식을 썼다고 한다. 그는 의자에 앉아 양손을 팔걸이 옆쪽으로 늘어뜨린 채 선잠을 자곤 했다. 양손에는 볼베어링 하나씩을 쥐고 있었고, 양손 바로 아래쪽 바닥에는 양철로 된 파이접시가 하나씩 놓여 있었다. 에디슨이 세타파 상태에 빠져들면 양손이 이완될 것이고, 그러면 볼베어링들이 아래에 놓인 파이접시 안으로 굴러 떨어지게 되어 있었다. 그릇이 덜거덕거리는 소리에 깨어난 그는 떠오른 생각은 무엇이든지 종이에 적곤 했다는 것이다(Nesbitt 외, 2001).

■ 꿈꾸는 기계에 도전하는 사례들

여러분이 원하는 꿈을 꾸게 되면 어떻게 될까? 대부분의 꿈은 쉽게 잊어버려 지금의 꿈은 우리 24시간 생활 중 아무것도 아닌 것처럼 보인다. 그러나 만약 원하는 꿈을 꾸게 되고 그 꿈을 잊어버리지 않고 영원히 기억하게 된다면 그 때는 달라질 것임에 분명하다. 이리 되면 이제 꿈은 우리 인생 중 아주 중요한 부분으로 차지하게 될 것이기 때문이다.
 
이러한 관점에서 원하는 꿈을 마음대로 꾸게 해주는 드림 머신(Dream Machine)을 개발한다면 게임은 끝나는 것이 아닌가? 꿈속에서 학습을 하거나 스포츠 연습을 할 수 있다면 이 또한 대박이 아닌가? 

바이오피드백 수면 마스크

지난 몇 년간 많은 관심의 대상이 되었던 것 들 중 하나가 라베르지(Steven LaBerge)가 고안한 바이오피드백 수면 마스크(Bio-Feedback Dream Mask)이다. 이것은 렘수면 상태를 알아내기 위해 수면 중인 사람의 안구운동을 모니터링 하는 장치다. 

여러분이 이 마스크를 쓰고 있다고 가정해보자. 사전에 정해진 시간 동안 여러분이 렘수면 상태에 있으면 마스크의 안쪽에서 불빛이 깜빡거린다. 꿈속에서 깜빡이는 이 불빛을 보면, 여러분은 깨어 있을 때 훈련한 대로 “내가 꿈을 꾸고 있는 중인가?” 하는 질문을 하게 되는 것이다. 이 마스크를 쓰고 있는 사람에게 충분한 동기가 부여되어 있는 경우, 마스크를 이용해 자각몽을 유도해내는데 성공한 것이다. 

꿈꾸는 기계인 유메미 코보

일본의 장난감 제조업체인 타카라(Takara)는 2004년에 “달콤한 꿈을 꾸게 해주는 기계(Sweet Dreams Made by Machine)”라는 유메미 코보(Yumemi Kobo)를 개발해 판매하고 있다(Wired News, 2004). 꿈 제조기가 나온다면, 그리고 정말 원하는 꿈을 90% 이상 꾸게 된다면 이를 사지 않을 사람이 있겠는가?
 
자 이제 원하는 꿈을 꾸어보자. 영화 스타와 데이트를 원하십니까? 아니면 올림픽에서 금메달을 따기를 원하십니까? 꿈속에서라도 로또 1등에 당첨되기를 원하십니까? 악몽을 제거할 수 있는 35인치 크기의 이 드림 머신은 정말 원하는 꿈을 꾸게 해준다. 
 
이 드림 머신은 음성기록(a voice recorder), 일련의 빛(array of lights), 그림 프레임(picture frame), 향기 분배기(fragrance dispenser), 저장된 백그라운드 음악을 선택하기, 두 개의 스피커와 시계(a timer)가 장착되어 있다. 이들을 잘 조합 구성하여 원하는 향기, 음악, 빛을 조절하여 잠자는 동안 오감을 작동시켜 원하는 꿈을 본인이 디자인하게 하는 것이다. "잠자기 전에 그저 몇 분 동안 앉아 작업만 하면 됩니다"라고 이 회사 수석마케팅담당인 하르우드(Peter Harwood)는 말한다.
 
우선 사용자들은 사진이나 원하는 꿈의 이미지를 유메미 코보에 부착시킨다. 그 다음 원하는 꿈의 이미지에 집중하면 되는데, 즉 원하는 꿈을 머리속에 그리면서 그 환상적인 꿈을 설명하는 주요 키워드를 녹음하는 것이다. 그 다음 원하는 향기를 향기 분배기에 넣고 원하는 음악을 선택하면 그만이다.
 
"이와 같은 선택은 그간 꿈을 연구하는 연구원들의 리서치를 바탕으로 개발되었습니다. 즉 어떤 향기와 음악이 사람들을 가장 쉽게 휴식을 취하게 하고 잠을 잘 들 수가 있는지 그 연구결과에 바탕을 둔 것입니다. 따라서 이들 선택들은 그저 개발한 것이 아니라 그 뒤에는 꿈과 감각과 두뇌라는 로직이 들어있습니다"라고 하르우드는 말한다. 자 이제 드림 머신을 켜고 소프트한 빛과 음악의 세레나데로 잠만 들면 되는 것이다. 그러면 잠자는 8시간 동안 이 드림 머신은 잠자는 사람의 렘수면(REM sleep)에 따라 정기적으로 활동하는 것이다. 
 
"렘수면기는 8시간 동안 4-5번 반복합니다. 그리고 그 렘수면 시간은 1시간 또는 1시간 30분 지속됩니다. 이 드림 머신은 이 시간을 예상합니다"라고 하르우드는 말한다. 사람들이 꿈을 꾸는 렘수면기에 다다르면 이 드림 머신은 이 때 활동하는 것으로 선택된 음악을 들려주고 향기를 방출하며 녹음한 키워드와 말들을 반복해 들려주는 것이다. 이 모든 것들은 잠자는 동안의 원하는 꿈을 꾸게 도와주는 것이다.
 
이와 같은 일련의 드림 머신 활동에도 불구하고 하르우드는 말하기를 이 드림 머신은 그렇다고 잠을 깨게 한다든지 잠을 망치는 일은 없다고 강조한다. "아마도 여러분들은 이 드림 머신이 여러분들의 잠을 방해하거나 산만하게 할 것이라고 생각할 수도 있습니다. 그러나 이 기계는 반드시 여러분들이 렘수면에 다다를 때만 작동한다는 것입니다"라고 그는 말한다. 또한 그는 말하기를 "이 드림 머신은 일련의 음악과 냄새가 점점 세어지게(crescendo) 합니다. 그리고 여러분을 아주 상냥하고 부드럽게 깨워주므로 여러분이 꾼 꿈을 잊지 않도록 해줍니다"라고 말한다.

▲ Takara사의 한 직원이 유메미 코보의 도움으로 꿈을 즐기고 있다. Photo: Courtesy of Takara

꿈을 연구하는 꿈 협회(The Dreams Foundation))의 수석이사인 웹(Craig Webb)은 말하기를 현재의 기술로 꿈의 내용(content of dreams)을 가이드(안내)하는 것이 가능하다고 한다. 그러나 그는 이 유메미 코보의 단점을 지적하고 있는데, "여러분들은 여러분 몸의 자연적인 사이클에 영향을 줄 수도 있는 이 무언가의 장난감에 신뢰를 걸고 있습니다. 그러나 만약 원하는 꿈을 꾸지 않고 악몽을 꾼다면 어떻게 되겠습니까? 일어나자마자 화가 나서 소리를 지른다 던가 이 기계를 잡아 던질 수도 있습니다"라고 그는 말한다. 게다가 그는 지적하기를 이 드림 머신은 사람들로 하여금 기술상으로 너무 많은 전기 에너지를 사용하도록 만들어졌다는 것을 지적한다. 즉 전기장을 염려하는 것이다.
 
심리학자이자 꿈에 관한한 전문가인 산타크르주 소재 캘리포니아 대학의 토나이(Veronica Tonay) 교수는 이에 대해 중간적인 견해를 지니고 있다. "이 드림 머신은 사람들의 상상력이나 창의력을 키우는데 일조를 하고 있습니다. 그러나 여러분들은 이러한 소도구(props) 없이도 스스로 원하는 꿈을 꿀 수도 있습니다"라고 말한다.

■ 영화/소설 등에서 볼 수 있는 꿈의 상상들

현대 사회에서 생활하는 사람들은 앞 장에서 다루어진 대가들의 상상과 그 상상이 현실이 되는 과정을 그저 대수롭지 않은 역사 교과서의 한 부분처럼 인식할 수도 있을 것이다. 사실, 새처럼 하늘을 날고 싶고, 물고기처럼 바다 속을 누비고 싶은 상상이 현실이 되는 과정은 근대사의 오랜 시간을 필요로 한 것은 사실이고, 그 모든 기록을 알 수 있는 시대가 아니었기에, 세상 사람들은 “갑자기 나타난 근사한 발명품”처럼 상상을 현실로 이루어 낸 작품들을 대하였을지 모른다. 

하지만, 현대 사회의 상상이 현실로 나타나기까지의 시간은 매우 짧게 변하고 있다. 대부분의 상상이 필요로 하는 요소 기술의 발전이 빠른 속도로 이루어지고 있기 때문이다. 예를 들면, 그래핀 기술 등이 발전하면서, 휘는 디스플레이에 대한 기대감이 커지고 있는데, 이미 일부 영역에서는 사용되고 있는 기술이고, 기술적, 사회적, 경제적인 준비도 진행되는 모습이어서, 시계처럼 손목이나 팔에 감는 디스플레이, 아주 작은 부피로 돌돌 말아서 휴대하는 디스플레이, 식당의 메뉴판으로 접을 수도 있고, 아주 얇은 종이처럼 만들 수도 있는 디스플레이를 볼 날이 멀지 않았음을 알 수 있다.     

영화 아바타에서 컴퓨터그래픽으로 표현된 입체 스크린의 경우 역시 수년 전까지만 하더라도, 과연 그러한 스크린을 만들 수 있을까 라는 의문을 가지게 만들었지만, 지금은 어느 누구도 각 가정, 기업마다 입체 스크린을 사용하는 시대가 도래할 것임을 의심치 않는다. 관련된 요소 기술이 빠른 속도로 발전하고 있고, 속속 시제품 역할을 하는 기능들이 선을 보이고 있기 때문이다. 

영화 마이너리티 리포트의 주인공은 허공에 펼쳐진 입체 화면을 통해 자신이 원하는 분석과, 실행 명령을 자유자재로 수행한다. 물론, 앉아서도, 서서도 누워서도 사용할 수 있는 사용자 인터페이스의 전형이다. 이 글을 10년 후에 읽는 독자라면, 너무나 옛날 얘기 같은 표현일 수 있지만, 마우스로 드래그 하고, 손가락으로 키보드 자판을 치고, 때론 화면 속의 미세한 부분이 보이지 않아 Ctrl 키와 위 아래 화살표를 사정없이 눌러야 하는 지금의 컴퓨터 작업 모습이 멀지 않은 미래에 그 자취를 감출지도 모른다. 

▲ 현실로 나타나고 있는 영화 속 미래 모습들 

위에서 언급한, “현실이 될 가능성이 크지만, 아직까진 관련된 분야의 모든 사람들이 상상만 하고 현실이 될 것이라는 것을 인지하지 못하는” 사례들을 주목할 필요가 있다. 마우스를 생산하는 공장과 키보드를 디자인하는 기술자와 기존 평면 모니터를 판매하는 기업은 어떤 준비를 해야 할까. 지금의 기술 발전을 속속들이 알지는 못하더라도, 상상이 현실로 변한 많은 사례들과, 그 상상을 현실로 만들기 위한 노력의 결실들을 간접적으로라도 경험할 필요는 있지 않을까. 그것이 바로 본 서(書)가 편찬된 취지이자, 창의의 시대에 부합하는 “상상의 실현”과 관련된 정보의 전달 필요성이었다.

 

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아스팩미래기술경영연구소(주) 대표, (전)국가과학기술심의회 ICT융합전문위원회 전문위원, 국토교통부 자율주행차 융복합미래포럼 비즈니스분과 위원, 전자정부 민관협력포럼 위원, 국제미래학회 과학기술위원장