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- 기하학적 직관은 인간이 궁극적으로 수학과 과학에 적용하는 것
- 원숭이, 어린이, 어른들은 기하학적 관계에 대해 본질적으로 같은 방식으로 생각한다.
- 비비 원숭이도 미취학 아동처럼 기하학적 패턴을 인식하고 형태를 추상화 할 수 있다.

원숭이도 기하학적 감각을 지니고 있다.

이는 인간에게만 나타나는 현상이 아니다. 기하학적 감각은 이전에 생각했던 것보다 진화에 더 깊이 뿌리내리고 있을지도 모른다. 새로운 연구에 따르면, 마카크와 비비 원숭이도 미취학 아동처럼 기하학적 패턴을 인식하고 형태를 추상화할 수 있다. 이러한 연구 결과는 유인원이 인간과 마찬가지로 대칭과 평행이라는 유사한 정신적 개념을 활용한다는 것을 시사한다. 

▲ 인간만이 기하학적 도형을 추상화할 수 있는 것은 아닌 것 같다. 한 연구에 따르면, 이 올리브바분과 같은 원숭이들도 상징적 사고를 할 수 있다고 한다. 사진: © Rochester Institute of Technology

많은 동물이 확률을 계산하거나 추정하는 능력을 보여주었다. 하지만 기하학은 전통적으로 인간의 영역으로 여겨져 왔다. 인간은 일반적으로 규칙적인 모양을 쉽게 인식하고 변형을 식별한다. 예를 들어, 여러 개의 정사각형과 비대칭 사각형이 있다면, 비대칭 사각형이 즉시 눈에 띈다. 반면, 이전 연구에서 밝혀진 바와 같이 비비와 같은 영장류는 이러한 작업에 어려움을 겪는다.

 

터치스크린 매칭

피츠버그에 있는 카네기멜론 대학교의 지아린 리(Jialin Li)가 이끄는 연구팀은 "이러한 인간의 특이성에 대한 일반적인 설명은 인간은 기하학적 모양을 인코딩하기 위해 이산적이고 상징적인 특징에 의존하는 반면, 다른 영장류는 오로지 연속적인 지각적 특징에만 의존한다는 것이다"고 설명했다. 그렇다면 인간은 정말로 다른 영장류와 근본적으로 다른 방식으로 기하학적 특징을 처리하는 것일까?

▲ 뉴욕 세네카 파크 동물원의 원숭이들은 우리 창살 사이로 터치스크린을 조작하고 질문에 정답을 맞추면 맛있는 보상을 받을 수 있었다. — © Luke Groskin

이 질문을 조사하기 위해 리(Li)와 그의 연구팀은 마카크(Macaca mulatta)와 비비(Papio anubis)의 기하학적 추론 능력을 테스트했다. 원숭이들에게 터치스크린에서 동일한 기하학적 도형을 짝짓도록 요청했다. 예를 들어, 큰 삼각형과 작은 삼각형, 그리고 오각형을 보여주었다. 두 삼각형을 정확하게 식별하면 보상으로 간식을 받았다. 훈련 과정 동안 모든 원숭이는 과제의 내용을 학습했고 최소 70%의 정답률을 보였다.

▲ 과제 그림. (A) 매칭-투-샘플 과제에서 피험자들은 먼저 샘플 자극을 보고 두 가지 선택지를 제시받았다. 샘플 자극을 터치하면 "빙" 소리와 테두리 깜빡임이 피드백으로 제공되었다. 정답을 선택하면 동일한 긍정적인 청각 및 시각적 피드백과 함께 시리얼 알갱이(원숭이) 또는 스티커(어린이) 보상이나 "정답입니다"(어린이 및 성인)라는 언어적 피드백을 받았다. 반대로 오답일 경우에는 "봉" 소리가 나고 화면이 검게 변하는 4초간의 타임아웃이 발생했다. 각 시행 사이에는 2초의 간격이 있었다. (B) 예시 시행: 훈련(위) 및 테스트(아래). / Continuity in geometric intuition between humans and monkeys / July 20, 2026)

대조군은 미국 미취학 아동 58명, 정규 교육을 받지 않은 볼리비아의 치마네 원주민 공동체 성인 79명, 그리고 미국 성인 21명으로 구성되었다. 리의 동료인 제시카 캔틀론(Jessica Cantlon)은 "이를 통해 연령과 문화적 배경을 분리할 수 있었다"고 설명했다. 인간 참가자들은 원숭이와 동일한 과제를 받았고, 마찬가지로 최소 70%의 정답률을 달성할 때까지 훈련을 받았다.

▲ 기하학적 도형 표현의 다차원 척도 분석(MDS). 그림 2는 서로 다른 모델에서 기하학적 도형의 표현 유사성 공간을 시각화한 것. x축과 y축은 표현 유사성 행렬의 주 고유 벡터로부터 계산된 차원이다. 각 도형의 색상은 규칙성 점수에 따라 인코딩되며, 붉은색일수록 규칙성이 높고 파란색일수록 규칙성이 낮습니다. 왼쪽 패널은 저수준 표현으로 간주되는 CORnet의 V1 레이어에서 가져온 결과다. 가운데 패널은 고수준 시각적 표현인 CORnet의 IT 레이어에서 가져온 결과다. 오른쪽 패널은 기하학적 도형을 인코딩하기 위해 이산 기호 특징을 사용한 기호 모델에서 가져온 결과다.(출처: Continuity in geometric intuition between humans and monkeys / July 20, 2026)

상징적 사고의 기초

원숭이와 인간의 실험 결과를 분석하면서 연구진은 다양한 모델을 사용했다. 어떤 모델에서는 원숭이가 도형에 대한 상징적 표현을 사용하지 않는다고 가정했고, 또 다른 모델에서는 원숭이가 이러한 능력을 가지고 활용한다고 가정했다. 그 결과, 마카크와 비비 원숭이의 수행 능력은 원숭이 역시 상징적 사고를 할 수 있다는 사실로 가장 잘 설명되었다.

만약 원숭이가 오로지 즉각적인 지각에만 의존했다면, 예를 들어 도형이 대칭인지 아닌지는 아무런 차이가 없었을 것이다. 그러나 인간과 마찬가지로 원숭이는 규칙적인 도형에서 더 나은 수행 능력을 보였다. 이는 원숭이가 단순히 외형적인 유사성에만 집중하지 않았다는 것을 시사한다. 분석에 따르면, 두 개의 동일한 도형이 회전된 형태로 제시된 과제에서 원숭이는 미취학 아동보다 상징적 단서에 더 많이 의존했다.

진화적 뿌리

캔틀론은 "원숭이가 과제를 완수할 수 있었다는 사실뿐만 아니라, 그 이상의 점이 놀라웠다"며, "오히려, 원숭이, 어린이, 그리고 어른들은 기하학적 관계에 대해 본질적으로 같은 방식으로 생각한다는 것이었다. 이는 이러한 직관이 영장류 마음의 근본적인 구조의 일부임을 시사한다"고 말했다. 따라서 인간과 비인간 영장류 사이의 수행 능력 차이는 근본적으로 다른 사고방식에 기반한 것이 아니라, 각 종이 상징적 추론에 의존하는 정도의 차이에 기인한다.

▲ 인간과 원숭이는 정보 처리(IT)에서 상징적 추상화에 이르는 연속적인 표상 기울기를 형성한다. 우리는 침입자 과제와 표본 일치 과제에 참여한 모든 참가자의 IT 및 상징적 가중치를 정규화했다. x축은 IT 가중치를, y축은 과제에 걸쳐 정규화된 상징적 가중치를 나타낸다. 각 점은 한 피험자를 나타내고, 점선은 그룹 평균의 95% 신뢰 구간을 나타낸다. (A) 원숭이, 미취학 아동, 성인은 표상 공간의 겹치는 영역을 차지하며, 기하학적 표상에서 범주적 차이가 아닌 단계적 차이를 보여준다. (B) 종. 인간과 원숭이는 종 간에 뚜렷한 클러스터를 형성하기보다는 표상 공간의 영역을 공유하며, 이는 종 간 기하학적 표상의 연속성을 시사한다. (C) 회전. 종과 달리, 서로 다른 회전 조건은 모든 그룹에 걸쳐 표상 공간을 분할한다. 이는 종이 아닌 시각적 변환이 표상 격차를 유발함을 보여준다. (D) 분리 비율. 그룹 내-그룹 간 분리 비율은 표상 격차가 종 차이에서 비롯되는지 또는 시각적 변환(회전)에서 비롯되는지를 결정한다. 양의 비율은 집단 간 효과(격차)가 집단 내 분산을 초과함을 나타낸다. 회전 분리 비율은 유의미하게 양수이지만, 종 비율은 0에 가깝다. 이는 종이 아닌 시각적 변환이 표현 공간의 차이를 유발한다는 것을 보여준다.(출처: Continuity in geometric intuition between humans and monkeys / July 20, 2026 /PNAS)

연구진의 관점에서 이러한 발견은 추상적 사고의 진화에 대한 중요한 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 교육 개념에도 영향을 미칠 수 있다. 캔틀론은 "기하학적 직관은 인간이 궁극적으로 수학과 과학에 적용하는 것이다"고 말했다. "따라서 아이들이 기하학을 어떻게 배우는지 이해하려면 정식 교육을 시작하기 전에 아이들이 이미 무엇을 가지고 있는지 이해해야 한다."

연구팀에 따르면, 이번 연구는 아이들이 모양과 공간에 관한 깊이 뿌리내린, 진화적으로 오래된 직관을 가지고 시작한다는 것을 시사한다. "교육은 기하학을 처음부터 가르쳐야 하는 것으로 취급하는 대신 이러한 직관을 바탕으로 구축될 수 있다.“

출처: Jialin Li (Carnegie Mellon University, Pittsburgh, USA) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2532934123

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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