새벽 한 시, 오키나와과학기술대학원대학교(OIST)의 한 연구실이다. 수조 속에서 문어 한 마리가 잠들어 있다. 그런데 갑자기 이상한 일이 일어난다. 몇 초 전까지만 해도 칙칙한 회색이던 피부가 깜박이기 시작한다. 옆구리로 검은 반점이 퍼지고, 팔을 따라 금빛이 스치며, 위장 무늬가 나타났다가 몇 초 만에 사라진다. 그러고는 다시 모든 것이 고요해진다. 문어는 여전히 잠들어 있다.

이 동물이 잠들어 있을 때 머릿속, 아니 정확히는 팔 속에서 무슨 일이 일어나는 걸까? 꿈을 꾸는 걸까? 몇십 년 전만 해도 이 질문은 터무니없게 들렸을 것이다. 이제는 현대 신경학에서 가장 매혹적인 질문 중 하나가 되었다.

수면을 바라보는 관점을 바꾸는 연구

2023년 6월, OIST와 워싱턴대학교 연구팀은 학술지 Nature 에 Octopus laqueus종의 수면을 연구한 결과를 발표했다. 그들이 발견한 사실은 기존의 확신을 흔들 만했다. 문어는 우리를 포함한 포유류가 매일 밤 경험하는 것처럼 서로 뚜렷이 구분되는 두 단계의 수면을 거친다.

첫 번째 단계는 조용하다. 문어는 움직이지 않고, 피부는 균일한 색을 띠며, 신경 활동은 느려진다. 인간의 비REM 수면, 이른바 ‘느린’ 단계에서도 관찰되는 모습이다.

그런 다음 대략 한 시간에 한 번씩 모든 것이 뒤바뀐다. 1~2분 동안 문어의 팔이 가볍게 움찔하고, 반쯤 감긴 눈꺼풀 아래에서 눈이 움직이며, 호흡이 빨라지고, 피부에는 순간적인 색채 무늬가 나타나기 시작한다. 동시에 뇌의 전기생리학적 기록은 깨어 있을 때와 매우 가까운 신경 활동을 보여 준다. 특히 학습과 기억에 관련된 상부 전두엽과 수직엽에서 두드러진다.

이 단계는 포유류에서 우리가 REM 수면이라고 부르는 것과 모든 특징이 일치한다. REM은 Rapid Eye Movement, 즉 역설수면을 뜻한다. 인간이 꿈을 꾸는 단계가 바로 이때다.

5억 년의 거리, 그럼에도

이 발견을 철학적으로 현기증 나게 만드는 것은 문어와 인간 사이의 진화적 거리다. 우리의 마지막 공통 조상은 약 5억~5억 5천만 년 전에 살았다. 아마도 진정한 뇌도, 복잡한 기억도, 우리가 내면의 삶이라고 부르는 것과 조금이라도 닮은 것도 없는 작은 해양 벌레였을 것이다.

그 갈림 이후 두 계통은 완전히 독립적으로 진화했다. 척추동물은 대뇌피질을 갖춘 중앙집중적이고 위계적인 뇌를 만들었다. 두족류는 근본적으로 다른 길을 택했다. 문어는 약 5억 개의 뉴런을 지니지만, 그중 3분의 2는 중앙 뇌에 있지 않다. 대신 팔 전체에 분산되어 있다. 각 팔은 일종의 반자율적 존재로, 중앙 지휘부에 묻지 않고도 일부 운동 결정을 내릴 수 있다.

그런데도 두 계통은 같은 결과에 도달했다. 깨어 있음과 비슷한 강렬한 활동기가 포함된 두 단계 수면이다. 아주 먼 두 종이 같은 문제에 대한 같은 해법을 독립적으로 발달시키는 수렴진화 현상은, 이런 수면이 우연이 아님을 시사한다. 기억을 공고히 하거나 하루의 경험을 처리하는 데 필수적인 역할을 할 가능성이 있다.

정말 꿈을 꾸는 걸까?

질문은 여전히 열려 있고 과학자들은 신중하다. 문어가 ‘꿈을 꾼다’고 말하려면, 문어에게 어떤 형태의 주관적 경험, 즉 내면의 삶이 있다고 가정해야 한다. 바로 이 지점에서 현재의 신경과학은 한계에 도달한다.

확실히 말할 수 있는 것은, 문어가 활동적 수면 단계에서 포유류의 꿈과 연관된 모든 행동적·신경적 상관 지표 를 보인다는 사실이다. 깨어 있을 때와 비슷한 뇌 활동, 불수의적 근육 움직임, 피부 무늬의 빠른 변화가 그것이다. 특히 피부의 색 변화는 매우 흥미롭다. 위장이나 경고색의 전체 순서를 재현하는 듯하며, 마치 사냥, 도주, 다른 개체와의 상호작용을 머릿속에서 다시 재생하는 것처럼 보인다.

브라질 연구자 실비아 리마 지 소자 메데이루스는 2019년 이러한 야간의 색채 변화를 겪는 문어를 촬영한 뒤 “낮에 겪은 경험을 다시 체험하고 있었을지도 모른다고 생각합니다”라고 말했다. 2023년 OIST의 데이터는 이 직관에 신경학적 근거를 제공했다.

문어가 우리 자신에 대해 가르쳐 주는 것

역설수면이 포유류만의 특징이 아니라는 사실을 발견하는 데는 좋은 의미로 깊이 불편한 무언가가 있다. 새와 파충류도 이런 수면의 단순한 형태를 보인다는 사실은 이미 알려져 있었다. 그러나 신경 구조가 매우 다른 문어는 강력한 근거를 더한다. 활동적 수면은 척추동물 진화의 우연이 아니다. 어쩌면 모든 복잡한 인지에 필요한 조건일 수 있다.

다시 말해 배우고, 기억하고, 적응하려면 어쩌면 꿈을 꾸어야 한다. 그리고 문어도 꿈을 꾼다면, 꿈은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 오래되었고 훨씬 보편적이다.

이것은 한 동물을 바라보는 방식만 바꾸는 발견이 아니다. 뇌와 기억, 그리고 어쩌면 내적 경험을 가진다는 것이 무엇인지에 대한 우리의 시각까지 바꾼다. 오키나와의 어느 밤, 수조 속에서 아홉 개의 뇌를 가진 문어가 조용히 색을 깜박인다. 팔과 전두엽에서 무슨 일이 일어나는지는 여전히 수수께끼다. 하지만 그것이 우리가 매일 밤 겪는 것과 아주 멀리서나마 닮은 무언가를 경험한다는 가설은 더 이상 완전한 공상과학이 아니다.