뇌에서 '수읽기' 일어나는 과정 밝혔다

'수읽기'는 바둑에서 다음 수를 어디에 둘 지 고민하며 각 선택지가 초래할 결과를 머릿속으로 상상하고 최선의 수를 찾는 과정이다. 게티이미지뱅크 제공

우리는 어떤 결정을 내리기 전에 각 선택지가 초래할 결과를 머릿속으로 상상할 수 있다. 국제 연구팀이 잠재적인 미래를 시뮬레이션하는 뇌의 신경 메커니즘을 밝혀냈다.

마르셀로 마타르 미국 뉴욕대 심리학 및 신경과학과 교수가 이끈 국제공동연구팀이 인간의 뇌에서 '미래 시뮬레이션'이 일어나는 신경 메커니즘을 밝혀내고 연구결과를 7일(현지시간) '네이처 신경과학'에 공개했다.

인간의 뇌에서 전전두엽 피질은 의사 결정에 관여하고, 해마는 기억을 담당한다는 사실은 잘 알려져 있다. 무언가 결정하기 전에 다양한 선택지를 고민하는 과정에서 뇌의 두 부분이 어떻게 상호작용하는지는 명확하지 않았다.

마타르 교수팀은 크리스토퍼 젠슨 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 신경과학과 연구원, 기욤 헤네퀸 영국 케임브리지대 계산신경과학과 교수와 함께 인간이 미래를 시뮬레이션하는 과정에서 뇌 활동을 예측하는 계산 모델을 개발했다. 인공신경망을 활용한 연구팀의 계산 모델은 의사 결정을 하기 전에 기존 지식(해마)을 활용해서 각 선택에 따른 잠재적인 영향을 평가(전전두엽 피질)하도록 설계됐다.

연구팀은 행동 데이터와 신경 데이터를 모두 활용해 계산 모델을 검증했다. 먼저 인간이 컴퓨터로 미로찾기를 수행하는 과정에서 각 행동을 결정하기 전에 얼마나 오래 생각하는지 측정했다. 쥐 실험에서는 인간 실험에서 쓰인 미로를 실제 모형으로 만들고 미로를 탐색하는 과정에서 쥐의 신경 데이터를 기록했다.

그 결과 인간의 행동 데이터와 쥐의 신경 데이터에서 유사한 패턴이 발견됐고 미로를 통과하는 쥐의 뇌에서 일어난 신경 반응은 앞서 만든 계산 모델의 예측과 비슷하게 나타났다.

마타르 교수는 "전전두엽 피질은 해마에 저장된 정보를 활용해 '가능한 행동'을 머릿속으로 테스트하는 시뮬레이터 역할을 한다"며 "이러한 뇌 메커니즘을 더 깊이 이해하면 궁극적으로 의사 결정 능력에 영향을 미치는 장애의 치료를 개선할 수도 있다"고 밝혔다.

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]