지능은 뇌 전체가 하나로 작동할 때 나타납니다.

지능은 특정 뇌 영역에서 나오는 것이 아니라, 뇌 전체가 하나의 조화로운 네트워크로 작동하는 방식에서 비롯될 수 있다. (사진 출처: AI/ScienceDaily.com)

현대 신경과학에서는 뇌를 전문화된 시스템들의 집합체로 설명하는 경우가 많습니다. 주의력, 지각, 기억, 언어, 추론과 같은 기능들은 각각 특정 뇌 네트워크와 연결되어 있으며, 과학자들은 일반적으로 이러한 시스템들을 개별적으로 연구해 왔습니다.

이러한 접근 방식은 획기적인 발전을 가져왔습니다. 그러나 인간 사고의 핵심적인 특징, 즉 이러한 개별 시스템들이 어떻게 결합되어 하나의 통합된 마음을 형성하는지를 완전히 설명하지는 못했습니다.

노트르담 대학교의 연구진은 이 질문에 대한 답을 찾고자 했습니다. 첨단 신경영상 기술을 이용하여 뇌의 전체적인 구조와 그 구조가 지능으로 이어지는 방식을 조사했습니다.

노트르담 대학교 심리학과 앤드류 J. 맥케나 가족 심리학 석좌교수인 아론 바베이는 "신경과학은 특정 신경망이 무엇을 하는지 설명하는 데는 매우 성공적이었지만, 그러한 신경망들의 상호작용을 통해 어떻게 하나의 일관된 마음이 나타나는지를 설명하는 데는 훨씬 덜 성공적이었다"고 말했다.

일반 지능과 연관된 인지 능력

심리학자들은 주의력, 기억력, 지각력, 언어 능력과 같은 기술들이 서로 연관되어 있다는 사실을 오랫동안 관찰해 왔습니다. 한 분야에서 뛰어난 능력을 보이는 사람들은 다른 분야에서도 뛰어난 능력을 보이는 경향이 있습니다. 이러한 패턴을 "일반 지능"이라고 합니다. 일반 지능은 개인이 학업, 직업, 사회생활, 건강 관리 등 다양한 환경에서 학습하고, 문제를 해결하고, 적응하는 데 있어 얼마나 효과적인지에 영향을 미칩니다.

100년이 넘는 세월 동안 이러한 패턴은 인간의 인지 능력이 심층적인 수준에서 통합되어 있음을 시사해 왔습니다. 하지만 과학자들은 왜 그러한 통합이 존재하는지에 대한 명확한 설명을 제시하지 못했습니다.

노트르담 인간 신경영상 센터와 의사결정 신경과학 연구소 소장을 맡고 있는 바베이는 "지능의 문제는 기능적 국소화의 문제가 아니다"라고 말했다. "현대 연구는 주로 전두엽과 두정엽 피질 내 특정 영역 네트워크에 초점을 맞춰 일반 지능이 뇌의 어디에서 비롯되는지 묻는 경우가 많다. 하지만 더 근본적인 질문은 지능이 전반적인 뇌 기능을 지배하는 원리, 즉 분산된 네트워크가 어떻게 소통하고 정보를 집단적으로 처리하는지에서 어떻게 나타나는가 하는 것이다."

이러한 보다 폭넓은 관점을 탐구하기 위해 바베이와 그의 연구팀(수석 저자이자 노터데임 대학원생인 램지 윌콕스를 포함)은 네트워크 신경과학 이론으로 알려진 프레임워크를 검증했습니다. 그들의 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈 에 발표되었습니다.

네트워크 신경과학 이론 설명

연구자들에 따르면, 일반 지능은 특정한 능력이나 정신 전략이 아닙니다. 오히려, 그것은 여러 인지 능력이 긍정적으로 연관되어 있는 패턴을 반영합니다. 그들은 이러한 패턴이 뇌의 신경망이 얼마나 효율적으로 구성되어 있고 얼마나 잘 협력하는지에서 비롯된다고 주장합니다.

이 가설을 검증하기 위해 연구팀은 휴먼 커넥톰 프로젝트에 참여한 성인 831명의 뇌 영상 및 인지 기능 데이터를 분석했습니다. 또한 정보고급연구계획국(IARA)의 SHARP 프로그램 지원을 받은 INSIGHT 연구에 참여한 성인 145명의 데이터도 분석했습니다. 뇌 구조와 기능 측정값을 결합함으로써 연구진은 대규모 뇌 조직에 대한 상세한 그림을 만들어냈습니다.

네트워크 신경과학 이론은 지능을 특정 뇌 영역이나 기능에 국한시키는 대신, 뇌 전체의 속성으로 간주합니다. 이 이론에 따르면, 지능은 다양한 문제에 대처하기 위해 네트워크가 얼마나 효과적으로 협력하고 재구성하는지에 달려 있습니다.

바베이와 윌콕스는 이를 관점의 중대한 변화라고 설명한다.

"우리는 뇌 전체에 걸쳐 견고하고 적응력 있는 시스템적 조정이 이루어진다는 증거를 발견했습니다."라고 윌콕스는 말했습니다. "이러한 조정은 인지 활동 자체를 수행하는 것은 아니지만, 시스템이 지원할 수 있는 인지 활동의 범위를 결정합니다."

"이러한 틀 안에서 뇌는 효율성, 유연성, 통합과 같은 전반적인 속성에 의해 행동이 제약되는 네트워크로 모델링됩니다."라고 윌콕스는 말했다. "이러한 속성은 개별 작업이나 뇌 네트워크에 국한된 것이 아니라 시스템 전체의 특성이며, 그 어떤 하나로도 환원될 수 없지만 모든 인지 작용을 형성합니다."

윌콕스는 "정보가 어디에 있는지에서 시스템이 어떻게 조직되어 있는지로 질문이 바뀌면 실증적 목표도 달라진다"고 지적했습니다.

지능은 전뇌 협응으로서 작용한다.

이번 연구 결과는 네트워크 신경과학 이론의 네 가지 주요 예측을 뒷받침했습니다.

첫째, 지능은 단일 네트워크에 존재하는 것이 아닙니다. 지능은 여러 네트워크에 분산된 처리를 통해 발생합니다. 뇌는 전문화된 시스템 간에 작업을 분담하고 필요에 따라 그 결과를 결합해야 합니다.

둘째, 성공적인 조정을 위해서는 강력한 통합과 장거리 통신이 필수적입니다. 바르베이는 "멀리 떨어진 뇌 영역들을 연결하고 네트워크 전반에 걸쳐 정보를 통합하는 '지름길' 역할을 하는 크고 복잡한 연결 시스템"을 설명했습니다. 이러한 연결을 통해 멀리 떨어진 뇌 영역들이 효율적으로 정보를 교환하고 통합적인 정보 처리를 지원할 수 있습니다.

셋째, 통합은 정보 흐름을 안내하는 규제 영역에 달려 있습니다. 이러한 허브는 네트워크 전반에 걸친 활동을 조율하고 작업에 적합한 시스템을 선택하는 데 도움을 줍니다. 누군가가 미묘한 단서를 해석하든, 새로운 기술을 배우든, 신중한 분석과 빠른 직관 사이에서 결정을 내리든, 이러한 규제 영역은 프로세스를 관리하는 데 도움을 줍니다.

마지막으로, 일반 지능은 국소적 특화와 전역적 통합의 균형에 달려 있습니다. 뇌는 긴밀하게 연결된 국소 영역들이 효율적으로 작동하면서도 멀리 떨어진 영역과의 통신 경로를 짧게 유지할 때 최상의 성능을 발휘합니다. 이러한 균형은 유연하고 효과적인 문제 해결을 가능하게 합니다.

연구 대상 두 집단 모두에서 일반 지능의 차이는 이러한 대규모 조직적 특징과 일관되게 일치했습니다. 단일 뇌 영역이나 전통적인 "지능 네트워크"로는 이러한 결과를 설명할 수 없었습니다.

바베이는 "일반 지능은 인지 과정이 조율될 때, 즉 시스템 수준의 제약 조건 하에서 여러 과정이 함께 작동해야 할 때 드러난다"고 지적했다.

인공지능과 뇌 발달에 대한 시사점

이번 연구 결과는 인간 지능을 이해하는 것을 넘어 더 넓은 의미를 지닙니다. 뇌의 대규모 구조에 초점을 맞춤으로써, 마음이 애초에 왜 하나의 통합된 시스템으로 기능하는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

이러한 관점은 지능이 어린 시절에 증가하고 노화와 함께 감소하며 광범위한 뇌 손상에 특히 취약한 이유를 설명할 수 있습니다. 각 상황에서 가장 크게 변화하는 것은 개별 기능보다는 대규모 기능 조정 능력입니다.

이번 연구 결과는 인공지능에 대한 논쟁에도 기여합니다. 인간의 지능이 단일 범용 메커니즘보다는 시스템 수준의 조직에 의존한다면, 인공 일반 지능을 구축하려면 단순히 전문화된 도구를 확장하는 것 이상의 노력이 필요할 수 있습니다.

"이번 연구는 인간 두뇌의 설계 특성을 활용하여 인간 중심적이고 생물학적 영감을 받은 인공지능의 발전을 촉진하는 방법에 대해 생각하게 해 줄 것입니다."라고 바베이는 말했다.

"많은 AI 시스템은 특정 작업을 매우 잘 수행할 수 있지만, 배운 것을 다양한 상황에 적용하는 데는 여전히 어려움을 겪습니다."라고 바베이는 말했다. "인간 지능은 이러한 유연성으로 정의되며, 이는 인간 두뇌의 독특한 구조를 반영합니다."

이번 연구는 스토니브룩 대학교의 바박 헤마티안과 라브 바르슈니 교수와 공동으로 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260303050632.htm