뇌와 학습 - 뇌가 학습하는 방식에 대하여

뇌과학자들이 밝혀낸 인간의 지능과 학습능력의 비밀인 `신경망`이라는 개념은 최근까지도 많은 사람들에게 큰 관심을 받고 있어요.

 

신경망이란 우리 몸 안에 있는 수많은 세포들을 연결시켜주는 네트워크인데요. 이 중에서도 특히 두뇌 속 해마라는 곳에서는 새로운 정보를 저장하거나 기존의 정보를 불러오는 작업을 해요. 즉, 새로 입력된 정보를 기존의 지식과 비교해서 유의미한 정보인지 아닌지를 판단해요. 이러한 과정을 거쳐 의미있는 정보라고 판단되는 경우에만 장기기억장치로 보내지고 그렇지 않은 경우에는 지워져요.

 

또한 이렇게 받아들인 정보는 다시 다른 뉴런과의 연결을 통해 더욱 정교화되고 복잡한 구조물로 변화되는데요. 이를 ‘시냅스’라고 하는데, 시냅스 간의 연결 강도나 방향 등 여러 가지 요인에 의해 특정 패턴을 만들어내요. 예를 들어 어떤 자극이 들어오면 그것으로부터 멀리 떨어진 시냅스끼리 서로 연결되기도 하고 가까이 있는 시냅스들끼리 서로 연결되기도 하는 식이죠. 그리고 이것이 반복되면서 점차 복잡하고 정교한 형태의 회로망이 만들어져요. 마치 컴퓨터의 CPU처럼 말이죠.

 

인간의 뇌는 어떻게 배울까요?

사람의 뇌는 크게 세 부분으로 나눌 수 있어요. 첫 번째는 파충류의 뇌라고 불리는 변연계(limbic system)이고, 두 번째는 포유류의 뇌라고 불리는 신피질(neocortex)이며, 마지막으로는 영장류의 뇌라고 불리는 대뇌피질(cerebral cortex)이에요. 먼저 변연계는 감정조절기능을 수행하며, 편도체나 해마 같은 구조물로부터 정보를 받아 처리해요. 또한 본능적인 행동을 조절하는데 관여하기도 하죠. 반면 신피질은 이성적인 사고능력을 발휘하게 하며, 전두엽 피질에서부터 후두엽까지의 영역으로부터 정보를 받아들여 처리해요. 그리고 대뇌피질은 고도의 추상적 사고활동을 하는 곳으로 언어정보처리뿐만 아니라 시각, 청각, 촉각 등 감각정보처리 활동까지도 관장해요.

 

우리의 뇌는 왜 배우려고 할까요?

우리는 태어나면서부터 끊임없이 무언가를 배워요. 이것은 생존하기 위해서 반드시 필요한 일이기 때문이에요. 즉, 살아남기 위해 새로운 지식을 습득해야 하고, 이미 알고 있는 지식을 활용해야만 살아남을 수 있다는 것이죠. 이러한 현상은 동물에게도 마찬가지로 나타나게 돼요. 예를 들어 고양이는 사냥감을 잡기 위해 주변 환경을 파악하고 먹이인지 아닌지 구별하는 방법을 배워야 하죠. 그래서 고양이에게 배우는 행위는 생존전략인 셈이에요.

 

기억이란 무엇인가요?

‘기억’이라는 단어 자체로는 의미를 알 수 없어요. 하지만 “내가 어제 뭘 먹었더라?”라는 문장을 통해서라면 쉽게 이해할 수 있죠. 내가 먹은 음식을 기억한다는 것은 곧 나의 경험을 기억한다는 뜻이에요. 이렇게 저장된 기억은 다시 인출되어 문제해결과정에 이용되는거에요. 이런 기억은 단기기억과 장기기억 두가지 형태로 구분해요.

 

단기기억(Short-term Memory)은 뇌에서 일시적으로 정보를 저장하고 유지하는 기억 시스템이에요. 단기기억은 주로 짧은 시간 동안 정보를 저장하고 처리하는 역할을 해요. 이 기억 시스템은 뇌의 전반적인 네트워크에서 활동하며, 주로 전두엽과 대뇌 피질의 일부 영역에서 작동해요. 단기기억은 한정된 용량을 가지고 있으며, 약 10~30초 정도의 시간 동안 정보를 유지할 수 있어요. 예를 들어, 전화번호를 잠시 기억해 두고 얼른 버튼을 누르는 것이 단기기억의 사례죠.

 

장기기억(Long-term Memory)은 오랜 기간 동안 정보를 저장하고 유지하는 기억 형태에요. 장기기억은 지난 경험, 사건, 사실, 습득한 기술 등을 기억하는 데 관여해요. 이 기억은 뇌의 다양한 영역과 연결된 네트워크에서 저장는데요. 장기기억은 용량과 지속 시간이 상대적으로 무제한이며, 정보를 상당한 기간 동안 보관할 수 있어요. 예를 들어, 어린 시절의 추억, 과거의 사건에 대한 기억, 학습한 지식 등이 장기기억에 해당해요. 장기기억은 정보를 저장하고 유지하는 과정에서 신경 연결의 강화 및 변화가 일어나는 것으로 알려져 있어요.

 

단기기억과 장기기억은 서로 긴밀하게 상호작용하며, 단기기억에서 중요한 정보나 경험은 장기기억으로 전환될 수 있어요. 이러한 전환은 반복학습, 강렬한 감정과 연관된 경험, 관심과 의도적인 집중 등에 의해 도움을 받을 수 있어요.

 

지금까지 살펴본 바와 같이 모든 생명체는 자신만의 독특한 특성을 가지고 있으며, 그것을 유지하려는 경향이 있어요. 그렇기 때문에 다른 생물과의 차이점을 인식하고 이를 극복하려고 노력함으로써 진화해왔어요. 앞으로의 계속 그럴 것이고요.