과학자들이 뇌가 진정한 멀티태스킹을 위해 어떻게 재구성되는지 발견했습니다.

뇌는 연습을 통해 스스로 재구성되는 것처럼 보이며, 어려운 기술을 다른 작업과 병행하여 수행할 수 있는 자동화된 기술로 바꿔줍니다. (사진 제공: Shutterstock)

조지타운 대학교 연구진은 사람들이 특정 기술을 숙달함에 따라 뇌가 물리적으로 재구성되어 숙련된 작업이 자동적으로 수행될 수 있다는 새로운 증거를 발견했습니다. 이번 연구 결과는 인간이 진정한 의미의 멀티태스킹을 할 수 없다는 기존의 통념에 도전하며, 충분한 경험을 통해 뇌가 단순히 작업을 빠르게 전환하는 것이 아니라 특정 활동을 동시에 수행할 수 있음을 시사합니다.

이번 발견은 일상생활을 넘어 더 넓은 범위에 영향을 미칠 수 있습니다. 과학자들이 습관이 어떻게 형성되는지, 왜 어떤 행동은 바꾸기 어려운지, 그리고 미래의 인공지능 시스템이 이전 학습을 바탕으로 새로운 기술을 어떻게 더 잘 습득할 수 있는지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

조지타운 대학교 의과대학 신경과학 교수이자 신경공학센터 공동 소장인 막시밀리안 리젠후버 박사는 "뇌가 학습하는 방식을 이해하는 데 또 하나의 중요한 진전을 이뤘습니다."라고 말하며, "고무적인 점은 실제로 멀티태스킹을 학습할 수 있다는 것입니다. 뇌 구조를 재구성하고 뇌의 다른 부분을 활용하는 방법이 실제로 존재합니다."라고 덧붙였습니다.

뇌는 어떻게 학습된 기술을 자동화하는가

이번 연구는 뇌가 새로운 능력을 습득하는 방식을 탐구해 온 수십 년간의 연구를 확장하는 것입니다. 과학자들은 학습의 초기 단계에 대해서는 많은 것을 알게 되었지만, 어떤 기술이 광범위하게 연습되어 거의 노력 없이도 사용할 수 있게 된 후에 어떤 일이 일어나는지에 대해서는 알려진 바가 훨씬 적었습니다.

리젠후버는 운전을 예로 들었다. 처음 운전을 배울 때는 끊임없는 주의가 필요하지만, 수년간의 경험을 통해 많은 사람들이 운전 중에도 대화를 나누거나 음악을 듣거나 문제를 고민하면서 안전하게 운전할 수 있게 됩니다.

"문제는 바로 이것입니다. 당신의 뇌는 어떻게 그것을 해내는가?"라고 리젠후버가 말했습니다.

뇌 스캔을 통해 신경 회로의 변화가 밝혀졌다.

이를 조사하기 위해 연구팀은 자원 참가자들에게 변형된 자동차 이미지를 미묘한 시각적 차이를 식별하여 두 가지 범주로 분류하도록 요청했습니다. 참가자들은 게임 형식으로 설계된 스마트폰 앱을 사용하여 5~10주에 걸쳐 3만 건 이상의 분류 작업을 완료했습니다.

연구진은 훈련 시작 전과 훈련 기간이 끝난 후 참가자들의 뇌를 fMRI와 EEG 스캔으로 검사했습니다.

학습 초기 단계에서 분류 과제는 주로 계획, 추론, 의식적인 의사 결정과 같은 실행 기능을 담당하는 전두엽 피질을 활성화시킵니다. 뇌의 이 부분은 일반적으로 한 번에 하나의 까다로운 작업만 처리하기 때문에 오랫동안 멀티태스킹의 주요 제약 요소로 여겨져 왔습니다.

하지만 몇 주간의 연습 끝에 뇌 활동이 바뀌었다. 이제 동일한 분류 작업은 주로 기억과 복잡한 사물 인식에 관여하는 측두엽 피질에서 처리되었습니다.

"이전 연구들은 숙련된 관찰자, 예를 들어 새, 자동차, 심지어 포켓몬과 같은 특정 사물 범주에 의해 측두엽 피질의 일부가 활성화될 수 있음을 보여주었지만, 이러한 연구들의 한계는 사람들이 전문가 수준에 도달한 후에만 관찰했다는 점입니다. 이번 연구의 강점은 종단 연구라는 점입니다. 훈련 전후를 측정함으로써, 광범위한 훈련을 통해 이전에는 존재하지 않았던 범주 선택적 영역이 측두엽에 형성되었음을 확인할 수 있었습니다."라고 제1 저자인 패트릭 콕스 박사는 말했습니다. 그는 리젠후버 연구실에서 대학원생 시절 이 연구를 시작했으며, 현재는 리하이 대학교 심리학과 조교수입니다.

"이는 방사선 전문의가 수년간의 훈련 덕분에 별다른 숙고 없이도 엑스레이 사진 속 종양을 양성 또는 악성으로 상당히 자동적으로 분류할 수 있는 것과 같은 중요한 실제 상황에 중요한 영향을 미칩니다."라고 콕스는 말했습니다.

뇌 재배선이 멀티태스킹을 가능하게 하는 방법

연구진은 측두엽 피질에 새롭게 발달한 자동차 선택 영역에서 얻은 정보가 전두엽 피질을 우회하여 반응을 생성하는 뇌 영역으로 직접 전달될 수 있다는 사실을 발견했습니다.

"경험은 뇌를 재구성하여 전두엽의 병목 현상을 우회하게 합니다. 그러면 전전두엽 피질은 원하는 다른 활동을 할 수 있도록 자유롭게 유지되어 능력이 향상됩니다."라고 리젠후버는 설명했습니다.

연구팀은 또한 자동차 분류 작업이 전두엽 피질에서 더 많이 "분리"될수록 참가자들이 동시에 두 번째 작업을 더 잘 수행한다는 사실을 발견했습니다.

이 결과는 사람들이 진정한 멀티태스킹을 할 수 없다는 오랫동안 받아들여져 온 믿음에 도전합니다. 많은 과학자들은 뇌가 단순히 여러 작업 사이에서 주의력을 매우 빠르게 전환하여 마치 두 가지 일을 동시에 하는 것처럼 착각하게 만드는 것이라고 주장해 왔습니다.

"우리가 보여준 것은 뇌의 회로가 실제로 변화하여 뇌가 동시에 두 가지 일을 할 수 있게 된다는 것입니다."라고 리젠후버는 말했다. "이것이야말로 진정한 멀티태스킹입니다."

이번 연구 결과가 습관과 인공지능에 미치는 영향은 무엇일까요?

이번 연구 결과는 강박적인 행동에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수도 있습니다. 잘 학습된 행동은 의식적인 통제에 덜 의존적인 뇌 회로에 자리 잡기 때문에, 단순히 다른 생각을 하려고 노력하는 것만으로는 원치 않는 습관을 끊기에 충분하지 않을 수 있습니다.

"무언가를 잊어버리는 첫 번째 단계는 뇌의 어느 부분에서 실제로 그런 일이 일어나는지 이해하는 것입니다."라고 리젠후버는 말했다. "이것이 바로 누군가에게 다른 것을 생각하라고 말하는 것과 같은 전략이 실제로 도움이 되지 않는 이유를 보여준다. 왜냐하면 그들은 그 행동을 의식적으로 통제할 수 없기 때문이다."

연구진은 또한 이번 연구 결과가 인간은 평생 동안 새로운 능력을 계속해서 키워나가는 반면, 현재의 인공지능 시스템은 이전에 습득한 지식을 손상시키지 않고 지속적으로 학습하는 데 어려움을 겪는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 믿는다.

리젠후버에 따르면, 잘 습득한 기술을 측두엽 피질로 옮기면 전두엽 피질이 새로운 과제에 집중할 수 있게 되어 기존 지식이 미래 학습의 토대가 될 수 있다고 합니다. 오늘날의 AI 시스템은 일반적으로 이러한 유연한 구조를 갖추고 있지 않습니다.

연구팀은 이제 어떤 신호가 학습을 한 뇌 영역에서 다른 뇌 영역으로 전달하는지 정확히 조사하고, 어떤 종류의 작업이 궁극적으로 병렬적으로 수행될 수 있는지 알아낼 계획입니다.

"또 다른 정말 흥미로운 질문은 어떤 종류의 작업을 병렬적으로 수행할 수 있을 만큼 충분히 학습할 수 있느냐는 것입니다."라고 콕스는 말했습니다. "우리는 걸으면서 껌을 씹을 수 있지만, 운전 중에 휴대전화를 보며 문자를 보내는 것은 절대 안전하지 않습니다. 왜냐하면 시선을 도로에서 떼게 되기 때문입니다. 결국 두 가지 작업을 위한 완전히 분리된 신경 회로를 훈련시켜 호환 가능하게 만드는 것이 관건입니다."

"풍부한 경험은 전두엽 병목 현상을 극복하고 범주화의 자동성을 높이기 위해 신경 작업 회로를 재구성한다"라는 제목의 이 연구는 6월 4일 인지 신경과학 저널(Journal of Cognitive Neuroscience) 에 게재되었습니다 .

리젠후버와 콕스 외에도 조지타운 대학교의 클라라 A. 숄, 마리사 L. 로스, 넬슨 E. 하이메스, 슝 장이 연구팀에 참여했습니다. 본 연구는 미국 국립과학재단(BCS-1232530), ARCS 재단, 그리고 미 육군 연구소(W911NF-24-1-0097)의 지원을 받았습니다. 저자들은 본 연구와 관련된 개인적인 재정적 이해관계가 없음을 밝혔습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/07/260712011912.htm