야! 너두 외국어 잘할 수 있어… 뇌 속 ‘언어 지도’ 누구나 있다

이중 언어 사용자 두뇌 분석 결과

심상 지도 하나에 여러 개념 저장
특화된 뉴런 통해 구분해서 사용
단어 의미 밀접하면 가까이 자리
어휘 관계 그려내서 다른 말 적용

단어들 사이의 관계를 지도로 그려내고 동일한 관계를 다른 언어에도 적용할 수 있어 누구나 이중언어 사용자가 될 잠재력이 있다는 연구 결과가 나왔다. 펙셀즈 제공

새해가 되면 ‘영어 정복’ 같은 외국어 공부를 다짐한다. 그러나 작심삼일로 끝나기 일쑤다. 그럴 때마다 ‘외국어를 잘하는 사람은 따로 있나 봐’라면서 자기 위안을 하곤 한다. 그런데 실망할 필요는 없다. 뇌과학자들이 사람은 누구나 외국어를 잘할 수 있다는 결과를 제시했다.

미국 베일러의대 신경외과·신경과, 라이스대 전기 및 컴퓨터공학과 뇌공학연구단·생체공학과, 한국 성균관대 글로벌바이오메디컬공학과·지능형정밀헬스케어 융합전공·뇌과학이미징연구단 공동 연구팀은 두 가지 언어를 쓰는 사람의 뇌를 살펴본 결과, 두 언어를 아우르는 하나의 ‘심상 지도’ 위에 개념을 저장한다는 사실을 밝혀냈다. 뇌는 언어마다 특화된 뉴런(신경세포)을 이용해 이 지도를 읽어냄으로써 두 언어를 또렷이 구분된 상태로 유지하면서도 매끄럽게 오가게 한다는 설명이다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀’ 6월 25일 자에 실렸다.

연구팀은 영어와 스페인어를 쓰는 이중언어 사용자 4명을 대상으로 뉴런 하나하나의 움직임까지 들여다보면서 단일 뉴런 수준에서 뇌의 움직임을 분석했다. 연구 참가자 4명은 모두 4세 무렵부터 두 언어를 습득해 똑같이 능숙하고 편안하게 구사하는 사람들이었다.

이들은 약물난치성 뇌전증을 앓고 있었고, 치료를 위해 뇌 해마 부위에 전극을 이식한 상태였다. 이에 따라 해마 활동을 직접 기록할 수 있었다. 연구팀은 참가자들이 영어와 스페인어로 듣고 읽고 대화하는 동안 뇌 활동을 기록하고 해마의 뉴런이 1초에 얼마나 자주 전기신호를 내보내는지를 의미하는 ‘발화율’을 계산했다.

그 결과, 같은 뜻의 단어를 서로 다른 언어로 듣거나 말할 때 똑같이 반응한 해마 뉴런은 극소수에 불과했다. 이는 개별 뉴런 대부분이 특정 언어에 특화돼 있음을 보여주는 것이라고 연구팀은 설명했다. 대신 뇌는 언어를 담당하는 뉴런 집단으로 이뤄진 하나의 지도 위에 단어를 배치하되, 각 단어의 의미에 따라 자리를 정한다는 사실을 확인했다. 예를 들어 ‘개’나 ‘늑대’처럼 의미가 밀접한 단어들은 서로 가까이 놓였고 두 동물과 의미적으로 동떨어진 ‘포크’는 멀리 떨어진 곳에 자리 잡는다. 이런 지도 체계는 언어가 달라져도 일관되게 유지됐다.

연구팀은 두 언어가 같은 의미 지도를 얼마나 깊이 공유하는지 확인하고자 영어 의미 지도만으로 스페인어 단어가 지도상 어디에 놓일지를 예측해 봤다. 영어 지도에서 ‘개’라는 단어 주변에 어떤 개념이 이웃해 있는지 분석한 결과 스페인어 지도에서도 ‘개’의 위치를 정확하게 맞힐 수 있었다. 두 언어가 같은 지도를 쓰되 읽는 각도만 다르다는 뜻이다.

또 연구팀은 이번 발견을 100개가 넘는 언어를 이해하도록 훈련된 대형언어모델(LLM) ‘mBERT’와도 비교했다. 흥미롭게도 mBERT 역시 사람의 해마 구조처럼 여러 언어에 걸쳐 단어들 사이의 관계를 하나의 의미 지도 위에 펼쳐낸다는 점을 발견했다.

연구를 이끈 벤저민 헤이든 베일러의대 교수는 “이번 연구는 뇌가 단어들 사이의 관계를 지도로 그려내고 나면 바로 그 동일한 관계를 다른 언어에도 적용할 수 있음을 보여준다”며 “누구나 이중언어, 나아가 삼중언어 사용자가 될 잠재력을 갖고 있는 셈”이라고 설명했다.

유용하 과학전문기자