이 기사에서
- 동물이 겉보기보다 더 빨리 배우는 이유
- 감각 피질이 숨겨진 인지 능력을 드러내는 방식
- 아는 것과 실천하는 것의 차이
- 왜 전통 신경과학은 목표를 달성하지 못했는가
- 이것이 교육과 행동에 대한 우리의 이해를 어떻게 재구성할 수 있을까요?
우리가 생각보다 빨리 배우는 방법
Alex Jordan, InnerSelf.com 제공수십 년 동안 신경과학은 학습을 점진적인 과정으로 묘사해 왔습니다. 예를 들어, 쥐는 기본적인 과제조차 파악하는 데 수백 번의 시도가 필요한 것처럼 보입니다. 인간 또한 무언가를 진정으로 배우려면 반복, 강화, 그리고 시간이 필요하다고 여겨집니다. 그러나 2016년에 발표된 획기적인 연구는 자연 존스홉킨스 대학의 연구자들은 이런 생각을 뒤집어 놓았습니다.
연구팀은 고해상도 뇌 영상을 이용하여 생쥐가 소리와 행동을 연관시키는 법을 배우는 동안 청각 피질 뉴런의 활동을 추적했습니다. 구체적으로는 보상을 위해 핥아야 할 때와 핥지 말아야 할 때를 구분했습니다. 전통적으로 이러한 과제는 수백 번, 심지어 수천 번의 시도가 필요하다고 여겨졌습니다. 하지만 연구진은 놀라운 사실을 발견했습니다. 생쥐의 뇌는 20~40번의 시도만으로도 이미 해당 과제를 학습한 것으로 나타났습니다. 그렇다면 왜 생쥐들은 여전히 실수를 저지르는 것일까요?
학습은 성과가 아니다
답은 간단하면서도 혁신적입니다. 수행 능력과 학습은 다릅니다. 쥐들은 지식을 빠르게 습득했지만, 그것을 시험해 보기로 했습니다. 즉, 무엇을 해야 할지 알고 있었지만, 가끔 잘못된 신호를 핥았습니다. 무지해서가 아니라 호기심 때문인 것 같습니다. 마치 "이 규칙이 여전히 적용되는가?"라고 묻는 것 같습니다.
인간의 관점에서 생각해 보세요. 뜨거운 난로를 만지는 것이 위험하다는 것을 알게 된 아이가 확실히 알기 위해 손을 가까이 가져가는 경우를 생각해 보세요. 또는 수학 공식을 이해하지만 무슨 일이 일어나는지 보기 위해 다른 방법을 시도하는 학생을 생각해 보세요. 이러한 행동은 혼란의 징후가 아니라 탐구의 징후입니다. 그리고 이제, 우리는 이러한 구별이 신경 수준에서 어떻게 작용하는지에 대한 증거를 처음으로 확보했습니다.
감각 피질의 역할 재작성
전통적으로 감각 피질은 소리, 시각, 촉각과 같은 입력 정보 처리만 담당하는 수동적인 역할을 하는 것으로 여겨져 왔습니다. 추론, 학습, 의사 결정과 같은 고차원적인 인지 기능은 다른 곳에 있다고 여겨졌습니다. 그러나 존스홉킨스 연구팀은 감각 피질이 학습 과정에서 활동할 뿐만 아니라 학습을 주도한다는 것을 발견했습니다.
두 가지 뚜렷한 신경 신호가 나타났습니다. 하나는 학습 초기에 발생했다가 쥐가 능숙해지면서 사라지는 "보상 예측" 신호였습니다. 이 신호는 쥐가 실수를 했을 때에도 나타났는데, 이는 뇌가 결과를 예측하고 실시간으로 조정하고 있음을 시사합니다. 광유전학을 사용하여 이 신호를 차단하자 학습 속도가 급격히 느려졌습니다.
두 번째 신호는 수행 능력과 관련이 있었습니다. 다른 뉴런 집단이 핥기 행동 억제를 제어했는데, 이는 작업 수행을 개선하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 이 두 신경계, 즉 하나는 지식을 습득하고 다른 하나는 지식을 적용하는 신경계는 기능적으로는 별개였지만 뇌의 같은 작은 영역 내에 공존했습니다. 마치 동네 도서관이 첨단 지휘 센터로도 활용된다는 사실을 알게 된 것과 같습니다.
실수의 똑똑한 면
이 연구에서 가장 도발적인 결론 중 하나는 오류가 반드시 실패의 징후는 아니라는 것입니다. 오히려 의도적인 인지 전략의 결과일 수 있습니다. 쥐들은 학습이 느린 것이 아니라, 오히려 똑똑하게 시험하는 사람들이었습니다. 이러한 구분은 특히 교육적 또는 치료적 환경에서 동물과 인간의 행동을 해석하는 데 매우 중요합니다.
아이들이 실제로는 개념을 더 깊이 이해하기 위해 그 경계를 탐구하고 있는데, "충분히 노력하지 않는다"는 이유로 벌을 받는 경우가 얼마나 됩니까? 지식과 표현이 일시적으로 일치하지 않을 수 있다는 점을 고려하지 않고 관찰된 성과만을 바탕으로 학습 장애를 진단하는 경우가 얼마나 됩니까?
인간에 대한 의미
학습과 수행 사이의 이러한 분리가 쥐에게서 나타난다면, 인간에게도 존재한다고 믿을 만한 충분한 이유가 있습니다. 이 연구의 수석 신경과학자 키쇼르 쿠치보틀라는 감각 피질이 단순한 수동적인 기반 시설이 아니라 의사 결정에 적극적으로 참여하는 존재라고 강조합니다. 이는 학습, 기억, 심지어 지능에 대한 우리의 생각을 변화시킵니다.
전 세계 교육 시스템은 여전히 시험에 의존하여 지식을 측정하고 있습니다. 하지만 이 연구는 뇌에 저장된 정보가 행동으로 드러나기까지는 훨씬 더 오랜 시간이 걸릴 수 있음을 보여줍니다. 아는 것과 보여주는 것 사이의 이러한 간극은 우리가 가르치는 방식, 시험 보는 방식, 그리고 아이들의 발달 단계를 이해하는 방식을 재고하게 합니다.
이 연구 결과는 수십 년간의 신경과학을 뒤집습니다. 뇌 가소성에 대해 우리가 믿어왔던 것, 즉 뇌 가소성은 느리고, 분산적이며, 위에서 아래로 작용한다는 믿음의 상당 부분이 이제 불완전한 것으로 보입니다. 오히려 뇌는 주요 감각 영역에서도 모듈식 시스템을 갖추고 있어 빠른 학습과 특정 행동에 따른 조절이 가능한 것으로 보입니다.
이는 오랫동안 유지되어 온 인지 처리 모델에 의문을 제기합니다. 뇌는 단순히 속도뿐 아니라 전략에도 최적화되어 있으며, 빠르게 학습해야 하는 필요성과 그 지식을 신중하게 적용해야 하는 신중함 사이의 균형을 이루고 있음을 시사합니다. 또한 우유부단이나 실수로 보이는 것도 지능적이고 위험을 감수하는 학습 접근법의 일부일 수 있음을 시사합니다.
이것이 모든 것을 바꾸는 이유
이 연구는 단순히 쥐의 학습 방식에 대한 우리의 이해를 심화하는 데 그치지 않습니다. 학습 자체를 둘러싼 논쟁 전체를 재구성합니다. 습득과 표현을 구분함으로써, 유아 교육부터 AI 개발, 심리 치료 전략에 이르기까지 모든 것을 바라볼 수 있는 새로운 시각을 제공합니다. 간단히 말해, 뇌가 학습하는 과정에서 실시간으로 내리는 선택을 해독하는 데 도움을 줍니다.
또한 실수는 나쁘다는 단순한 관념에 맞서 싸웁니다. 때때로 오류는 학습이 이루어지고 있다는 증거, 즉 시스템이 지식을 시험하고, 탐구하고, 검증하고 있다는 증거입니다. 이러한 통찰력만으로도 가정, 학교, 그리고 정책에서 학습에 접근하는 방식을 재정립하는 데 도움이 될 수 있습니다.
그러니 다음에 누군가 잘못 생각하는 것을 보면 이렇게 생각해 보세요. 어쩌면 그들은 이미 문제를 파악했을지도 몰라요. 그저 세상이 생각을 바꿨는지 보고 싶을 뿐이에요.
저자에 관하여
Alex Jordan은 InnerSelf.com의 직원 작가입니다.
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기사 요약
빠른 학습은 오랫동안 입력만 처리하는 것으로 여겨졌던 뇌의 감각 피질에서 일어납니다. 새로운 연구에 따르면 동물, 그리고 아마도 인간도 겉으로 보이는 것보다 더 많은 것을 알고 있으며, 이는 학습 행위와 외적인 수행을 구분한다는 것을 보여줍니다. 이는 교육, 심리학, 그리고 지능 자체에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킬 수 있습니다.
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