나이 들면 머리 굳는다? 아니, 뇌는 변화한다 -가소성

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2016년 8월의 기사다. 그새 뇌과학은 또다른 새로운 것들을 많이 밝혀냈겠지만… 희망적인 몇몇 포인트를 정리해 둔다. (‘Use it or Lose it’이 희망의 메시지인가, 절망의 메시지인가 잠시 생각해 보았는데… 일단 희망의 메시지로 받아들이기로 했다. 희망 or 절망은 해석, 다짐의 영역이기도 하다.

가소성은 양날의 칼이다. 학습한 결과(가소성의 성과)를 기억하고 사용하려면 뇌 회로가 안정적으로 유지되어야 하는데 가소성은 필연적으로 안정성을 해치기 때문이다. 그래서 무엇이든 빨리 학습하는 극도로 유연한 뇌는 아무것도 오래 기억하지 못하는 쓸모없는 뇌가 된다. 인공신경망에서 학습률(learning rate)를 높게 설정해두면 이런 일이 실제로 일어난다. 학습률이 높은 인공신경망은 최근에 입력된 자료의 영향을 너무 크게 받은 나머지, 이전에 학습한 것들은 죄다 잊어버린다. 세심하게 안배된 뇌의 발달 단계를 보노라면, 다 살라고 만들어져 있다는 생각이 든다.

결정적 시기(critical period) 동안에 이미 만들어진 회로가 바뀌기도 한다. 결정적 시기란, 발달 단계에서 특정한 능력을 습득하기에 대단히 중요한 시기를 뜻한다. 예컨대 언어의 결정적 시기 동안, 뇌는 언어에 민감하게 반응하며, 언어에 관련된 뇌 회로의 가소성이 증가해서 언어 습득에 유리한 상태가 된다. 그러나 이 시기를 지나면 언어에 관련된 뇌 회로들이 안정화되면서 언어 습득이 어려워진다. 과거에는 결정적 시기가 끝나면 뇌 회로를 더이상 바꿀 수 없다고 여겼다. 해당 뇌 부위의 가소성은 결정적 시기가 끝남과 함께 끝난다고 본 것이다. 하지만 결정적 시기가 지난 뒤에도 경험에 따라 뇌 회로가 바뀌는 사례들이 보고되면서 이런 생각이 변하고 있다. 이미 닫힌 결정적 시기를 재개하는 방법을 찾는 연구도 늘어나고 있다. 이에 따라 요즘에는 결정적 시기라는 강한 표현 대신에 민감한 시기(sensitive period)라는 표현을 사용한다.

뇌에서 구조와 동작은 분리하기 어렵다. 뇌의 활동은 구조적인 변화를 동반하며, 구조의 변화는 동작의 변화를 일으킨다. 그러니 환경의 변화에 적응하거나 경험과 연습을 통해 뇌의 작동 방식이 변하면 구조도 함께 변한다.

‘뇌 가소성’의 원리들은 변화의 방향을 주도하는 방법에 대한 힌트를 준다. 사용하지 않는 시냅스들을 없애는 과정인 시냅스 가치치기에서 알 수 있듯, 뇌에서 자주 사용하지 않는 부분은 약해진다(“Use it or Lose it”). 반면에 연습은 뇌의 구조를 바꾸어 점점 더 능숙해지도록 만든다. 우리는 앞에서 2시간의 자동차 게임 전후의 뇌와, 런던 택시 운전기사의 뇌를 통해 연습이 실제로 뇌의 구조를 바꾼다는 것을 확인했다.

Author: Official PEAK15

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