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남한산청소년연구회

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Notice

2019.03.26 10:12 분류없음


유아들은 생후 18개월부터 4세까지 모방의 극치를 보여준다. 아기들은 부모의 표정을 따라 해야 보살핌을 받는다는 사실을 본능적으로 안다. 모방은 사회성의 토대로서 조화와 결집을 위한 행위다. 지난해 이그노벨상 수상자 중 한 팀은 침팬지를 따라 하는 사람을 관찰한 바 있다. 이그노벨상은 하버드대 유머과학잡지에서 기발하거나 괴짜 연구를 한 과학자에게 주는 상이다. 인간의 행동 중 10% 정도는 동물원 우리 안에 갇힌 침팬지를 모방했다. 물론 침팬지 역시 인간을 따라 했고, 따라 하고 있다는 사실을 인식했다. 가장 구체적인 행동은 하품이었다. 적의가 아니라 호감을 표시하는 방법이 바로 모방이다.


최근 ‘사이언티픽 리포트’에 공개된 연구에 따르면 말레이곰 역시 동료의 얼굴 표정을 정확히 따라 할 줄 안다. 말레이곰이 다른 말레이곰의 얼굴 표정을 똑같이 혹은 비슷하게 따라 하는 건 처음 알려졌다. 연구진은 2015년 1월부터 2017년 12월까지 중간에 공백기를 좀 두고 총 2년간 말레이곰을 연구했다. 말레이곰은 야생에서 은둔하는 곰이라 정평이 나 있다.

상대방의 얼굴 표정을 따라 한다는 건 눈치가 빨라야 하는, 매우 미묘한 소통 과정이다. 인간과 고릴라 외에 얼굴 표정의 정확한 모방이 관찰된 건 흔치 않다. 고릴라가 정확히 상대 고릴라의 얼굴 표정을 따라 할 줄 안다는 연구 결과는 단 한 건에 불과하다. 

말레이곰에 대해 알려진 바는 거의 없다. 말레이곰은 세계에서 가장 작은 곰으로 잡식성이다. 특히 말레이곰은 각자의 생활반경이 20% 정도까지 중복됨에도 불구하고 교미 시즌 외에는 다른 어른 곰들과 교류가 거의 없다. 꿀을 좋아하고 동작이 느려 ‘꿀곰’ 혹은 ‘느림보곰’으로도 불리는 말레이곰은 120∼150cm의 키에 몸무게는 80kg까지 나간다. 말레이곰은 동남아시아 열대우림에서 서식하며, 멸종위기 취약종으로 분류돼 있다. 말레이곰 숫자는 산림 벌채와 밀렵, 농작물 보호를 위한 사살 등으로 줄고 있다. 어미곰이 죽는 경우, 새끼곰들은 중국에서 몇몇 의약품 용도를 위해 ‘담즙 곰’으로 사육된다. 말레이곰 어미들은 대개 2마리의 새끼를 돌본다. 어린 말레이곰들은 어미곰 곁에서 3개월 정도 보살핌을 받는다.

연구진은 자연스러운 사회적 놀이 세션에서 22마리(15마리는 암컷) 말레이곰의 얼굴 표정들을 코드화했다. 2∼12세의 말레이곰들은 말레이시아의 한 보호센터에서 지냈다. 이곳은 야생과 비슷할 정도로 커서 곰들이 상호작용을 할지 말지 선택할 수 있다. 말레이곰은 야생에 혼자 있는 걸 좋아함에도 불구하고, 이번 연구에서 10초 정도 진행되는 372번의 교감놀이에 참여했다. 거친 놀이보단 몸으로 밀치고, 뒤에서 물거나 잡으면서 토닥거리고 도망가는 등 온화한 놀이 세션에 2배 이상 더 많이 참여했다. 이 온순한 놀이에서 곰들은 명확히 얼굴 표정 따라 하기를 보여주었다. 교감놀이에서 연구진은 분명하게 구별되는, 1초 동안 위쪽 앞니를 드러내거나 그렇지 않은 경우를 분류했다. 관찰 결과, 말레이곰은 명백히 구별되는 두 가지 방식의 입 벌리기를 총 931회 보여주었다. 

얼굴 표정을 모방하며 학습하고 소통한다고 해서 종의 우월성이 입증되는 건 아니다. 말레이곰 역시 미묘하지만 정확하게 대면 소통을 할 수 있다. 그 비율은 약 30%에서 100% 사이였다. 물론 반응이 없는 녀석도 있었다. 말레이곰은 야생에서 고립돼 살아가지만 놀랍도록 장난꾸러기다. 놀이를 하는 도중 적절한 교감 신호를 보내지 않으면 때론 싸움으로 변질된다. 

복잡한 사회적 시스템을 갖춘 집단의 종들만이 그만큼 복잡한 커뮤니케이션 방식을 갖는다고 간주돼 왔다. 하지만 이번 연구를 보면 고립된 생활을 하는, 즉 단순한 사회적 시스템의 동물들 역시 정교한 소통 방식을 갖는다고 가정해 볼 수 있다. 말레이곰은 상대방의 관심을 받을 경우 입을 벌리는 경향을 보였다. 입을 벌리는 행위는 호감을 나타내는 표식이다. 요컨대 복잡한 얼굴 표현을 이용한 커뮤니케이션 능력은 포유류에서 흔한 기질일 수 있다. 인간이 모를 뿐이다. 

영장류나 개들은 서로를 모방하면서 생존법을 배운다. 미묘한 모방하기는 두 마리의 말레이곰이 서로 더 격한 놀이를 하거나, 사회적 유대감을 강화하는 신호를 보내는 데 도움을 줄 수 있다. 인간 역시 타인의 얼굴 표정을 정확하게 따라 하고, 이런 모방으로 섬세한 커뮤니케이션을 한다. 그런데 종종 타인의 시선과 표정은 화살이 돼 날아오기도 한다. 경멸과 비난의 표정은 그 얼굴을 바라보는 상대에게 고통을 안겨준다. 결국 얼굴 표정의 신호는 누가 어떻게 사용하느냐에 따라 모방의 유대로, 혹은 고통의 원인으로 나타난다.


https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=110&oid=020&aid=0003206623

posted by 남한산청소년연구회
2019.03.15 16:55 분류없음



전 세계가 ‘홍역’을 앓고 있다. 홍역 때문에 하루에 약 300명이 사망하고 있다. 일본, 베트남, 필리핀 등에서 홍역 환자가 발생해 수십 명이 사망했다. 또 유럽과 미국에선 유아들이 유난히 많이 홍역에 걸렸다. 국내에서도 지난해 12월부터 최근까지 전국적으로 60명 이상의 홍역 환자가 발생했다. 그 이유는 해외 유입인 것으로 추정된다. 

홍역은 몇몇 국가에서 영영 사라진 질병이라고 간주했다. 그래서 일부 부모는 자식에게 백신을 맞히지 않는다. 집단의 면역력이 강해지면서 자연스레 백신을 멀리하는 사람들이 생기기 시작했다. 특히 1990년대 말, 홍역(Measles)과 볼거리(Mumps), 풍진(Rubella)을 뜻하는 이른바 ‘MMR’ 백신이 자폐증을 유발한다는 논문이 과학 학술지 ‘랜싯’에 실렸다. 당시 태어났던 유아들은 백신에 대한 거부감이 생긴 부모들에 의해 홍역 예방 접종을 받지 못했다. 과학에 대한 불신 혹은 배신은 쉽게 사그라지지 않는다. 세계보건기구(WHO)는 2019년 전 세계 10대 보건 위협 중 하나로 백신 기피 현상을 꼽았다. 

16일은 홍역 백신의 날이다. 홍역은 전염성이 매우 높은 바이러스성 질환이다. 홍역은 특히 면역체계가 약하거나 영양 상태가 좋지 않은 어린이들을 사망이나 장애에 이르게 한다. MMR 백신은 안전하고, 접종자의 90∼95%가 효과를 본다. 홍역 예방 접종을 받지 않으면 90%가량이 홍역에 걸릴 수 있으며 폐렴, 설사, 중이염 등 합병증이 생길 수도 있다. 필자도 어렸을 때 홍역을 앓았다. 그때 정말 좋아했던 짜장면을 먹어도 아무 맛을 느끼지 못했다. 

2017년 11만1000명이 홍역 때문에 사망했다. 대부분 5세 이하 어린이였다. 홍역 백신은 2000년과 2017년 전 세계 2210만 명의 아이를 죽음에서 구했다. 홍역의 첫 증상은 대개 고열이다. 홍역에 감염되면 10∼12일 새 눈이 붉어지고 발진이 생긴다. 홍역의 한자 ‘紅疫’은 좁쌀 같은 붉은 종기들이 생기는 전염병을 뜻한다. 홍역의 영어 단어는 고름, 물집을 뜻하는 중세 독일어 ‘masel’에서 파생됐다. 홍역은 주로 기침과 재채기 및 감염 부위의 직접적인 접촉으로 발생한다. 

WHO는 2018년 전 세계적으로 홍역이 증가한 이유 중 30% 정도는 백신 기피일 것이라고 분석했다. 홍역은 집단 면역의 적정선이 무너지면 금세 확산 가능한 질병이다. 우리나라는 1997년부터 MMR 백신의 두 차례 무료 접종을 실시했다. 몸의 면역체계는 홍역 바이러스를 영원히 기억한다. 

‘백신(vaccine)’이란 말은 영국의 의사인 에드워드 제너(1749∼1823)로부터 유래했다. 그는 소의 발진성 피부질환인 우두(牛痘) 농포에서 고름을 짜 소년의 팔에 직접 주입하는 실험을 하며 천연두 백신을 만들어냈다. 그 당시 천연두는 어린이들을 포함해 인류를 절멸의 벼랑으로 몰았던 무서운 질병이었다. 그런데 지금 백신에 대한 기피가 있듯 당시에도 우두접종법은 받아들여지지 못했다. 그러나 궁극적으로 제너의 방법은 입증되며 결국 많은 사람을 살렸다. 면역학의 아버지였던 제너는 소를 의미하는 라틴어 ‘바카(vacca)’에서 백신이란 말을 고안해냈다. 

최근 과학저널 ‘사이언스’는 지난해 여름 로타 바이러스 백신을 접종한 4개월 된 아이가 장이 말려들어가는 장중첩증과 장이 막히는 장폐색을 일으켰다며 백신 거부 운동의 확산에 대해 서술했다. 이 백신을 맞은 경우 10만 건당 1∼5번 정도 장폐색이 발생하기도 한다.

하지만 이 같은 반응은 로타 바이러스 자체에 의해 감염돼 나타나기도 한다. 더욱이 백신과 부작용의 관계는 입증하기 쉽지 않다. 백신 거부 운동을 펼치는 사람들은 대부분 백신 때문에 자식들이 심하게 다치거나 사망한 경우다. 그들에겐 백신의 부작용이 과학인 셈이다. 

미국 질병통제센터에 따르면 2017년 야외에서 놀던 아이가 사고로 이마가 찢어졌는데 파상풍으로 목숨을 잃을 뻔했다. 예방 접종을 받지 않았기 때문이다. 아이는 집에서 소독하고 상처를 꿰맸으나 6일 후 턱이 움츠러들고 근육이 경련을 일으켜도 통제하기 힘들었다. 아이는 파상풍 및 여타 백신을 맞은 적이 없었다. 그 결과 중환자실을 비롯해 8주간이나 병원 신세를 지며 수억 원의 병원비를 감당해야 했다. 아이의 부모는 이런 일을 겪고도 아이에게 백신 맞히는 것을 거부했다. 

여전히 많은 이들이 부정확한 정보와 감정의 호소 등에 휩싸여 백신 정책에 반감을 표하고 있다. 백신은 분명 과학이지만 백신의 유통과 보급, 기피와 거부엔 인간이 있다. 


https://search.naver.com/search.naver?sm=top_hty&fbm=1&ie=utf8&query=%EA%B7%BC%EA%B1%B0+%EC%97%86%EB%8A%94+%EB%B0%B1%EC%8B%A0+%EA%B1%B0%EB%B6%80%2C+%EC%95%84%EC%9D%B4%EA%B0%80+%EC%9C%84%ED%97%98%EC%97%90+%EC%B2%98%ED%95%A0+%EC%88%98%EB%8F%84

posted by 남한산청소년연구회
2019.02.27 13:52 분류없음


영화 ‘사바하’는 보고도 믿기 힘든 이야기를 다루고 있다. 박 목사(이정재)는 이성적이고 논리적인 반면, 정나한(박정민)은 본능적이고 감각적이다. 정말 무서웠던 건 정나한이 원혼들에게 쫓기는 장면이다. 정나한은 자신이 보고 듣고 만졌던 것들에 충실했다. 내 살에 닿은 것들이 결국 학습과 행위, 기억으로 뭉쳐진다.

그런데 최근 생물학 저널 ‘셀 리포트’에 실린 논문에 따르면 감각을 담당하는 뇌의 신경세포들 역시 학습이 가능했다. 뇌의 촉각 담당 영역이 신경세포의 학습과 기억에도 관여했다. 저차원의 촉각이 고차원적인 기질과 활동의 학습으로 확장된 셈이다.

우리는 단순 업무를 오랫동안 하다가 생활의 달인이 된 사람들을 자주 만난다. 기본적인 자극들이 반복되다 보면 고도의 학습과 기지를 발휘할 수 있다. 대학의 청소부가 어려운 수학 문제를 증명하거나, 비디오 가게 점원이 유명한 영화감독이 되는 게 정말 가능하다는 뜻이다. 일차적인 감각 영역이 초기에 작업의 일부를 감당한다면 정보들의 연결과 연합은 더 빠르고 더 잘 학습될 수 있다. 예를 들어 ‘STOP’ 표지가 빨간색이고 육각형 모양을 갖고 있다는 걸 배우면 실제로 사고 직전에 멈출 수 있다. ‘STOP’이란 단어를 읽어내기 훨씬 전에 말이다. 생존을 위해 이점이 되는 능력이란 걸 뇌가 본능적으로 알고 있는 셈이다.

쥐의 체성(體性) 감각 피질 실험 결과 뇌의 촉각을 관할하는 영역이 학습의 보상 차원에서 중요한 역할을 했다. 체성 감각이란 일명 체감이라고도 한다. 내 피부가 느끼는 뜨거움이나 차가움, 따가움이나 부드러움, 관절의 움직임 혹은 공간적 위치 등을 알아채는 것이다. 체성 감각 피질은 대뇌의 중간 부분을 띠로 이루고 있다. 보상 학습은 뇌가 어떤 한 행동을 즐거운 성과로 결부시키도록 해주는 복잡한 형태의 강화 학습이다. 회사에서 온몸으로 고생한 대가로 월급을 받거나 밤샘 공부를 하며 시험에서 100점을 맞는 게 일종의 보상 학습이다. 

쥐는 어두운 방에서 수염으로 작은 막대기를 감지하도록 훈련받았다. 쥐가 막대기를 발견하면 보상으로 레버를 당겨 물을 먹게 했다. 연구진은 쥐의 수염이 막대기를 건드리면 체성감각 피질이 활성화한다는 걸 예상했고 실제로 그러했다. 그런데 쥐가 보상으로 물을 먹었을 때도 이 부분이 활성화했다. 예상치 못한 반응이었다. 더욱 흥미로운 건 막대기를 치우고 쥐에게 물을 줘도 체성감각 수상돌기가 활성화했다는 점이다. 그렇다면 감각 피질과 보상 학습의 정보 연계는 획득된 것이다. 그러나 수염으로 막대기를 감지하는 훈련을 받지 않은 쥐는 물이라는 보상을 줘도 신경 활동에 아무런 반응이 없었다. 

신경세포는 세포체, 수상돌기, 축삭돌기로 이루어져 있다. 특히 신경세포는 나뭇가지처럼 뻗어나가는 수상돌기를 갖고 있다. 신경세포 하나의 수상돌기는 수천 개에 이르기까지 뻗어나갈 수 있다. 이웃하는 뉴런들과 정보들을 연결하고 송수신 전극을 보내면서 말이다.

보상 학습은 일련의 행동들을 좋은 기분의 감각으로 연결시키는 과정이다. 보상 학습에 대한 이전 연구들은 뇌의 다양한 영역, 즉 복측(배 쪽)피개 영역이나 소뇌 등과 연관돼 있다는 걸 밝혀왔지만 감각 피질은 크게 주목하지 않았다. 감각 정보들은 축삭돌기를 통해 연합피질로 보내진다. 그 속도는 약 시속 160km이다. 연합피질에선 정보를 모으고 체계화한다. 뇌의 가장 정교한 전두엽에서 다음 단계의 과정을 진행하기 위해서다. 예를 들면 레버를 당겨 물을 보상받으려 하려는 것이다. 뇌는 신속하게 정보들의 복잡한 연결을 시도한다.

뇌는 이질적으로 보이는 정보들을 연결하는 데에는 훌륭하지만 연결의 총합이 어디에 남아 있는지는 그동안 알 수 없었다. 체성감각 피질의 수상돌기 층들은 마치 케이크처럼 6개로 구별되는 층을 이룬다. 체성감각 피질의 뉴런들은 5∼6층의 안쪽 깊이 있지만, 이 뉴런들의 수상돌기는 가장 바깥, 높은 쪽까지 뻗어나갔다. 수상돌기들의 복잡한 네트워크는 밀림의 덮개처럼 체성감각 피질의 가장 높은 층을 채우고 있다. 이 수상돌기들을 모니터링하면서 연구진은 쥐를 훈련시켜 간단한 감각 관련 작업을 수행케 했다. 하지만 뇌의 보상 학습의 주동력인 화학물질 도파민이 체성감각 피질에선 발견되지 않았다. 연구진은 도파민과 비슷한 어떤 신경조절물질이 관여하고 있는지 알아가고자 한다.

주위에 단순하고 감각적인 작업에 몰두하는 사람이 있다면 무시하지 말지어다. 그들의 뇌 속에선 감각의 신경세포들이 언젠가 창의적인 싹을 틔우기 위해 부지런히 학습하고 있을지 모른다.


posted by 남한산청소년연구회
2018.12.25 13:36 분류없음


빛, 아메바, 인간의 공통점은 무엇일까? 그건 바로 언제나 최단 경로를 택해 이동한다는 점이다. 혹은 그런 경향을 지닌다는 점이다. 차이점이라면 인간은 실수로 혹은 그저 최단 경로를 택하지 못하거나 안 할 수 있다. 내가 휴일에 도서관, 중국집, 영화관, 커피숍을 들르기로 했다면 동선을 고려해 갈 순서를 정해야 한다. 이를 계산과학에선 일명 ‘여행하는 외판원 문제(TSP·Traveling Sales Problem)’로 간주해 푼다. 즉, 동선을 최적화하는 방법을 찾는 것이다.

그동안 과학자들은 ‘황색망사점균(Physarum polycephalum)’을 이용해 최단 거리 문제를 풀어 보고자 했다. 황색망사점균은 단일 세포로서 아메바처럼 자유자재로 모양을 변화시킬 수 있다. 이 점균류는 빛을 피해 먹이를 찾아간다. 그래서 황색망사점균은 지하철이나 도로의 연결, 심지어 미로를 푸는 데도 적용됐다. 그런데 최근 ‘영국 왕립 오픈 사이언스’엔 좀 더 진전된 실험 결과가 공개됐다. 젤리 형태의 황색망사점균이 최단 거리 찾는 문제가 복잡해져도 해결하는 데 필요한 시간은 그만큼 복잡해지지 않고 정중동(靜中動)의 미를 지킨 것이다.

내가 들러야 하는 곳이 도서관, 식당, 영화관, 커피숍뿐만 아니라 헬스장, 이발소, 마트, 호프집으로 늘어난다면 머리가 복잡해진다. 4군데만 들러야 하면 한 출발점에서 갈 수 있는 방법은 3가지(2분의 3!)뿐이다. ‘!’는 계승(팩토리얼)이다. 8군데로 늘어나면 2520가지(2분의 7!)나 된다. 가야 할 곳이 늘어남에 따라 고려해야 하는 건 훨씬 더 늘어났다. 하지만 황색망사점균은 딱 2배의 시간만 더 들여 해법을 찾아냈다.

문제가 기하급수적으로 복잡해진 반면, 처리 시간은 단지 선형적으로만 증가했다. 모든 시스템은 언제나 최선의 방법을 찾기 위해 모든 방법을 고려해야 한다. 황색망사점균은 분명 컴퓨터보다 느리다. 하지만 단순한 형태의 생명체인 황색망사점균은 보통 컴퓨터의 처리 방법보다 더 나은 대안적 처리 방법을 제공했다. 물론 점균류가 직접 도시를 찾아다니는 건 불가능하기 때문에 각 도시들은 64개의 채널, 즉 8개 도시가 8개 채널을 갖고 있는 실험으로 대체했다. 세균 배양액 위 둥근 접시 위에서 실험을 진행했다. 황색망사점균은 세균 배양액에 접근해 영양분을 효과적으로 빨아들이기 위해 각 채널들로 들어갔다. 여행하는 외판원 문제는 황색망사점균이 몸의 형태를 끊임없이 변화시키는 것으로 바뀌었다.

하나의 몸이 하나의 채널로 들어갈 때, 다른 몸은 두 번째 채널로 들어가게 된다. 이 변형은 계속 이어진다. 황색망사점균이 최적의 방법으로 도시들에 들어갔는지 확인하기 위해 연구진은 빛을 사용했다. 황색망사점균는 빛을 싫어한다. 너무 멀리 떨어져 있는 채널들이거나 이미 방문했던 채널들 혹은 몇몇 채널들을 동시에 들어가는 걸 막기 위해서다. 놀랍게도 가능한 배열의 숫자가 늘어났음에도 불구하고, 황색망사점균은 최적화된 방법을 알아내는 데 기하급수적인 시간이 더 걸리지 않았다. 늘어난 경우의 수만큼 복잡해지지 않은 것이다.

특히 최단 거리를 찾아내는 방법의 품질은 떨어지지 않았다. 검색 공간이 폭발적으로 늘어났음에도 불구하고 말이다. 황색망사점균은 끊임없이 일정한 속도로 자신의 새로운 형태를 테스트했고, 동시에 시각적 피드백을 처리했다. 이 점을 컴퓨터가 배울 수 있다. 이번 실험에선 플레이트가 충분히 크지 않아서 8개의 채널만으로 실험했다. 하지만 연구진은 황색망사점균이 자연스레 안정적인 평균 상태를 추구하려는 성질을 볼 때, 수백 개의 도시들에서 최적의 방법을 계산해내는 것도 가능할 것이라고 전망했다. 심지어 아메바 TSP라 불리는 컴퓨터 시뮬레이션을 개발해 황색망사점균의 처리 패턴을 모방하고 있다.

황색망사점균이 거의 정확한, 짧은 거리를 찾아내는 메커니즘은 여전히 미스터리다. 아메바와 비슷한 황색망사점균에 영감을 받은 전기 회로는 변수가 많아지고 제약 조건이 늘어날 때 최적의 방법을 찾아야 하는 수리적 계산에 실마리를 제공한다. 또한 다족보행 로봇의 알고리즘에도 도움이 될 수 있다고 연구진은 기대했다.

한편 최근 인간이 전혀 상상하지 못했던 미생물 수백만 종이 땅속 깊은 곳에서 발견됐다. 심층탄소관찰의 10년에 걸친 추적 끝에 지구의 바다 부피 거의 2배에 해당하는 곳에 알 수 없는 생명체가 있는 것으로 밝혀진 것이다. 작은 유기체, 잘 보이지 않는 생물들이 때론 어려운 문제들에 해답을 제공한다. 하찮아 보이는 것들이라도 관심을 기울여야 하는 이유다. 

posted by 남한산청소년연구회
2018.12.21 20:55 분류없음


1956년 미국 프린스턴대 조지 밀러 교수는 ‘마법의 숫자 7, ±2’라는 논문을 발표했다. 정보를 처리하는 인간의 능력은 5개에서 9개 정도밖에 되지 않는다는 내용이었다. 송금할 때 상대방의 계좌번호를 단번에 외우지 못하는 건 인간의 작업 기억 능력에 한계가 있기 때문이다. 밀러 교수의 주장은 어떤 내용을 어느 시점에 외우는지와 일반화라는 측면에서 비판이 가능하다. 다만, 좀 더 복잡하고 창의적인 작업을 수행하기 위해 의미 있는 기본 단위를 ‘덩어리(chunking)’로 기억하고 배열할 필요가 있다는 건 분명하다.

그동안 창의적 활동의 기본 요소들을 덩어리로 구조화하는 능력이 정말 있는지 의문이었다. 차라리 그냥 기본 정보들을 연결하는 게 훨씬 쉬운 설명이었다. 정보들을 위계화하고 배열하는 능력이 어떤 활동인지와 무관하게 별도로 존재하는가? 그런데 최근 생명과학 온라인 저널 ‘e-라이프’에 공개된 논문에 따르면, 뇌파(뇌전도·EEG)를 이용해 그런 제어 능력이 있다는 걸 알아냈다. 특히 탁월한 작업 기억 능력은 관념적인 정보들을 활용하는 데 중요한 것으로 나타났다. 예를 들어, 피아노를 잘 치는 이들은 박자나 기호들의 규칙, 음표의 조합 등 기본 요소를 하위 단위로 잘 묶어서 끄집어냈다. 노래하거나 춤을 추고 혹은 프로그래밍 등을 하려면 우선 기교의 기본 요소들을 불러내 창의적인 방법으로 정렬하고 재조합해야 한다. 기본 요소들은 응축된 개념으로서 재현 혹은 표상 단계를 거쳐 숙련된 작업으로 나아간다. 

4차 산업혁명 시대에 수학·과학을 인공지능이 대체할 것이라는 전망이 나온다. 복잡하고 어려운 문제는 기계가 대신할 테니 골치 아픈 교육이 필요하겠느냐는 강한 주장이다. 하지만 언제나 기본이 중요하다. 오히려 거꾸로 수학·과학의 중요성이 더욱 부각되는 시대가 올 것이다. 왜냐하면 창의적이고, 비판적인 문제 해결 능력은 추상적 개념을 이해하는 데서 출발하기 때문이다. 특히 그 개념들을 구조화하고 재배치하는 데서 창의성이 발현된다. 

연구팀은 뇌전도의 전기적 활성과 진동 패턴들을 측정했다. 이로써 기능성 자기공명영상(fMRI)과 달리 시간적 제약과 다른 요인들이 섞이는 가능성을 배제하며, 뇌에서 실시간으로 일어나는 구체적인 모습들을 포착했다. 실험 참가자 88명은 두피에 전극을 달고 복잡하고 순차적인 행동 양식을 수행했다. 이들에게 45도, 90도, 135도 방향의 선분 총 9개가 주어졌다. 3개의 선분이 순차적으로 하나의 덩어리로 묶였고, 3개의 덩어리가 정렬되었다. 각 덩어리에서 선분이 배열될 수 있는 방법은 3 곱하기 2로 6가지인데 중복이 허용되므로 6 곱하기 6 곱하기 6, 다시 각 덩어리가 배열되는 방법도 3 곱하기 2로 6가지이므로 경우의 수는 1296가지이다. 다만, 각 덩어리 내 선분들은 언제나 45도, 90도, 135도 방향이므로 실제로 나타나는 건 216가지뿐이다.

이제 피실험자들에게 각 덩어리와 선분의 배열을 기억하게 하고 테스트했다. 이때마다 뇌전도는 진동 패턴들을 나타냈다. 뇌전도에서 알파 영역대(8∼12Hz)는 기본 요소들을 기호화해 불러낼 때, 세타 영역대(4∼7Hz)는 그 기본 요소들이 정렬될 때 나타났다. 이로써 어떤 기본 요소들이, 어느 지점에서 덩어리로 묶여, 어떤 작업들을 수행하는지 파악할 수 있었다. 피아노를 친다면 전체 악보에서 어느 마디, 어떤 음표를 연주하고 있는지 뇌는 파악하고 있어야 한다. 즉, 순간순간 기본 요소들의 덩어리를 지정(addressing)해주는 시스템이 필요한 것이다. 

어떤 이들은 좀 더 추상적인 수준의 강한 뇌전도 패턴들을 보여주지 못했다. 즉, 복잡하고 연속적인 작업들을 수행해내는 걸 힘들어했다. 결국 작업 기억 능력이 탁월해야 뇌의 현재 특정 영역이 활성화했다. 한마디로, 어느 작업이든 우선 추상적인 수준에서 이해하고, 분석하며, 종합하는 게 필요했던 셈이다. 뇌가 기본 요소들을 덩어리로 기억하려면 추상적 재현 능력이 중요하다. 이 능력은 당연하겠지만 하루아침에 길러지는 게 아니라 훈련이 필요하다. 수학·과학이야말로 고도의 추상적 논리와 현상에 대한 분석 및 종합적 사고 능력을 배양해주는 학문이다. 연구진은 이제 자기공명영상(MRI)으로 뇌의 순차적 지정 시스템이 어디에 위치해 있는지 기록하기 위해 노력하고 있다. 


역설적이지만 창의성은 전혀 창의적이지 않은 것처럼 보이는 것에서 출발한다. 그건 바로 그 영역에서 기본이 얼마만큼 충실한가와 어떤 태도를 지니고 있느냐의 문제이다. 간절함과 진정성이 있으면 작업 기억 능력은 분명 배가될 것이다.

posted by 남한산청소년연구회
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