4개 이하만 구분하는 우리의 뇌

5개 이상의 다른 메커니즘

과학자들은 한 세기 이상 동안 사람들이 일반적으로 4개 이하의 항목을 빠르게 판단하는 데 뛰어나지만, 더 큰 숫자에 대한 크기 판단 능력이 현저히 떨어진다는 사실을 알고 있었습니다. 이제 과학자들은 그 이유를 발견했습니다. 인간 뇌는 4개 이하의 항목을 평가하기 위한 한 메커니즘을 사용하고, 5개 이상의 항목에 대해서는 다른 메커니즘을 사용합니다. 이 결과는 17명의 인간 참가자의 뉴런 활동을 기록하여 얻어졌으며, 오랜 기간 동안 논쟁이 된 인간이 몇 개의 물체를 보고 있는지 추정하는 뇌의 작동 방식에 대한 문제를 해결했습니다. 이 연구 결과는 2021년 10월 2일 Nature Human Behaviour1 에 발표되었습니다.

이 연구 결과는 사고의 본질을 이해하는 데 관련이 있으며, 메릴랜드주 볼티모어의 존스 홉킨스 대학교 어린이 발달 연구소 공동 소장인 심리학자 리사 페이겐슨은 "근본적으로 질문은 인간 사고를 일으키는 기본 구성 요소가 무엇인가?" 라고 말합니다.

인간이 큰 양을 추정하는 능력의 한계는 많은 세대의 과학자들을 괴롭혔습니다. 1871년에 고전적인 경제학자이자 논리학자인 윌리엄 스탠리 제빈스는 자신의 계산 능력에 대한 조사를 기술한 논문에서 "숫자 5는 적어도 어떤 사람들에게는 완벽한 구별의 한계를 넘어선다"고 결론 내렸습니다. 일부 연구자들은 뇌가 하나의 추정 시스템을 사용하며, 이는 단순히 더 높은 숫자에 대해서는 덜 정확하다는 것이라고 주장했습니다. 다른 연구자들은 이 성능 차이가 물체를 양적으로 측정하기 위해 두 개의 별도의 뉴런 시스템에서 비롯된다고 가설을 세웠지만, 실험에서 어떤 모델이 옳은지 결정하는 데 실패했습니다.

그러다 연구팀은 깨어있는 상태에서 사람들의 뇌 내 개별 뉴런 활동을 기록할 기회를 가졌습니다. 모두 독일 본 대학병원에서 발작 치료를 받고 있었으며 수술 준비로 뇌 내에 미세전극을 삽입했습니다. 연구자들은 17명의 참가자에게 화면에 0에서 9까지의 점을 0.5초 동안 보여주고 홀수 또는 짝수 항목을 본 것인지 물어보았습니다. 예상대로 참가자들의 답변은 4개 이하의 점을 볼 때 더 정확했습니다. 연구자들은 이미 이전 연구에서 특정 숫자의 항목과 관련된 특수 뉴런이 있다는 것을 알고 있었습니다. 어떤 물체가 하나일 때 주로 활성화되는 뉴런들, 두 개의 물체가 나타날 때 주로 활성화되는 뉴런들, 그리고 이와 같이 계속됩니다.

참가자들의 뉴런 활동을 분석한 결과, 4개 이하의 항목에 특화된 뉴런은 매우 구체적이고 선택적으로 선호하는 숫자에 반응했습니다. 그러나 5부터 9까지에 특화된 뉴런들은 선호하는 숫자에 강하게 반응하지만 그 옆에 있는 숫자에도 강하게 반응했습니다. 결과적으로 사람들은 더 큰 수의 물체를 양적으로 판단할 때 더 많은 실수를 범했습니다. 이것은 뇌 내에 두 가지 다른 '숫자 시스템'이 있다는 것을 시사합니다. 안드레아스 니더, 독일 투빙겐 대학의 동물 생리학자이자 공동 저자는 "선호하는 숫자가 더 높을수록 이러한 뉴런들은 덜 선택적이었습니다"라고 말합니다. 예를 들어, 3을 선호하는 뉴런은 그 숫자에만 반응하고, 8을 선호하는 뉴런은 8에 반응하지만 7과 9에도 반응합니다. 따라서 더 많은 물체를 양적으로 판단하려고 할 때 사람들은 더 많은 실수를 범하는 것으로 나타났습니다. 이것은 뇌 내에 두 가지 다른 '숫자 시스템'이 있다는 것을 시사합니다. 이 연구 결과는 숫자를 나타내는 데 두 가지 정신적 시스템이 도움이 된다는 것을 보여주는 행동 연구에 추가됩니다.