예측 가능한 건 대충, 놀라운 건 또렷이… 뇌의 ‘에너지 절약 전략’ 찾았다 [달콤한 사이언스]

어제 먹은 점심 메뉴는 기억이 가물가물한데 매일 다니던 출근길 어느 골목길에서 갑자기 아이가 튀어 나와 운전하다가 깜짝 놀란 기억은 몇 년이 지나도 선명한 이유는 뭘까. 우리 뇌는 익숙하고 일상적인 일은 흐릿하게, 뜻밖의 순간은 또렷하게 남긴다는 사실이 새로 밝혀졌다.

호주 시드니대 연구팀은 우리 뇌는 예측 가능한 상황보다는 예상치 못한 놀라운 사건을 맞닥뜨렸을 때 환경으로부터 더 많은 감각 정보를 받아들이도록 설계됐다고 밝혔다. 이런 이유 때문에 사람들은 예상치 못한 사건을 더 생생하고 정확하게 기억한다는 설명이다. 이번 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘신경과학 저널’ 6월 23일 자에 실렸다.


연구팀은 실험 참가자 40명에게 원 둘레를 따라 나타나는 단순한 시각적 섬광을 보여주면서 뇌전도(EEG) 장치로 뇌 활동을 측정하고 동공 반응을 추적했다. 이어 참가자의 반응 시간과 정확도를 기록하면서 섬광의 패턴을 중간에 갑자기 바꾸면서 반응을 살펴봤다.

그 결과, 실험 참가자들은 예상된 사건에 대해서는 더 빠르고 정확하게 반응했지만 정확한 위치를 떠올려 보라는 요청에 대해서는 예상치 못한 섬광을 봤을 때의 기억이 더 선명했다. 예상된 사건과 예상하지 못한 사건 모두 참가자가 섬광을 본 지 100ms(밀리초, 1ms=1000분의1 초) 내에 대뇌 피질에 표상됐지만 예상치 못한 사건이 예상된 사건보다 뇌파에 더 또렷하게 표상됐다.

이번 연구에 대해 연구팀은 뇌는 발생할 사건에 두 단계로 반응하는 것을 보여준다고 설명했다. 우선 뇌가 앞으로 무슨 일이 일어날지 먼저 예측하고 우리 몸이 빠르게 반응하도록 준비시키고 대비하는 것이다. 그 다음 단계에서는 뇌가 사건이 예상했던 대로라는 사실을 알아차리고 환경에서 들어오는 정보를 깊이 처리하지 않음으로써 에너지를 아끼는 것이다.

어떤 일이 익숙하거나 예상된 것일 때 뇌는 그 일이 실제 일어나기 전에 미리 반응하게 하지만 그 정보를 세세하게 기록하지는 않는다. 이를 통해 뇌는 속도와 정확성 사이에서 균형을 잡고 세상을 인지한다. 대표적인 사례는 프로 스포츠 선수들에게서 찾을 수 있다. 고도로 훈련된 선수들은 풍부한 경험 덕분에 더 빠르게 예측하고 반응할 수 있다. 그렇지만 예측한 상황이 벌어지지 않을 경우 선수는 선명한 공간적 정밀도로 기억하게 된다고 연구팀은 설명했다.

연구를 이끈 루벤 리도 시드니대 교수는 “우리 뇌는 환경으로부터 엄청난 양의 감각 정보를 받아들이면서 끊임없이 의사결정을 내려야 하는 압박에 놓여 있기 때문에 가능한 곳에서는 에너지를 아껴야 한다”며 “뇌는 예측 가능한 상황에 직면하면 ‘이게 뭔지 이미 알고 있으니 굳이 신경 써서 처리할 필요가 없다’고 판단한다”고 밝혔다. 리도 교수는 이어 “이번 연구는 ‘적응적 효율성’ 즉, 뇌가 환경적 요구의 압박에 부응하기 위해 신경 에너지를 어떻게 배분하는가를 둘러싼 신경과학계의 해묵은 논쟁을 일단락지었다고 생각한다”고 덧붙였다.

유용하 과학전문기자