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- 우리는 얼굴 인식을 위한 특수 영역과 뉴런을 가지고 있다.
- 유아는 부모와 다른 친숙한 사람들의 얼굴을 낯선 사람과 구별하는 법 매우 빠르게 배워
- 환자의 뇌에 전극 삽입하고 측두엽의 두 신경 세포핵 자극하면 환자의 얼굴 인식 변화돼

초능력 얼굴 인식
슈퍼인식 현상의 이면에는 무엇이 있을까?

어떤 사람들은 얼굴을 절대 잊지 못한다. 흐릿하게 보거나 부분적으로만 보았더라도 말이다. 이러한 슈퍼 인식자들은 얼굴을 단 한 번만 보고도 알아볼 수 있다. 이러한 완벽한 얼굴 인식의 초인적 능력의 이면에는 무엇이 있을까? 그리고 왜 우리 모두가 이러한 능력을 가지고 있지 않을까? 

▲ 1980년대에 연구자들은 측두엽의 이 영역이 얼굴 인식에 관여한다는 사실을 발견했다. © 미국 국립보건원

얼굴을 인식하는 능력은 우리 사회생활의 중요한 기반을 형성한다. 이는 뇌에도 반영되어 있다. 우리는 얼굴 인식을 위한 특수 영역과 뉴런을 가지고 있다. 하지만 이러한 능력들이 모든 사람에게 똑같이 잘 기능하는 것은 아니다. 많은 사람이 얼굴을 인식하는 데 있어 평균적인 수준을 보인다. 하지만 어떤 사람들은 얼굴 인식을 전혀 하지 못하는 반면, 어떤 사람들은 초인식 능력을 가지고 있다. 이러한 현상의 원인을 밝히기 위한 연구는 이제 막 시작 단계에 있다.

즉시 인식 : 얼굴 인식의 작동 원리

얼굴은 우리 삶에서 매우 특별한 역할을 한다. 유아기일지라도, 우리는 무생물과는 다르게, 심지어 태어나기 직전에도 얼굴에 반응한다. 2017년 한 실험에서 밝혀진 것처럼, 임산부의 배에 얼굴의 전형적인 패턴을 비추면 태아는 다른 어떤 빛의 패턴보다 얼굴에 더 강하게 반응한다. 태어난 후, 유아는 부모와 다른 친숙한 사람들의 얼굴을 낯선 사람과 구별하는 법을 매우 빠르게 배운다. 왜 그럴까?

우리 조상의 유산

생물학적 이유는 분명해 보인다. 우리의 초기 조상들에게도 생존은 가족과 다른 집단 구성원을 인식하는 데 달려 있었다. 이들은 보호, 도움, 그리고 음식을 기대할 수 있는 사람들이었다. 반면에 낯선 사람은 종종 위험을 의미했다. 석기 시대 아이가 낯선 사람에게 지나치게 신뢰하는 태도를 보인다면, 극단적인 경우 치명적일 수도 있었다. 선사 시대 인류 집단 간의 격렬한 갈등과 대량 학살을 증언하는 화석이 여러 개 발견되었다. 아이들조차 이러한 공격에서 자유롭지 못한 경우가 많았다.

따라서 우리 조상들이 얼굴을 인식하는 능력을 발달시킨 것은 그리 놀라운 일이 아니다. 우리는 단 몇 분의 1초 만에 누군가를 아는지 모르는지 구별할 수 있다. 얼굴을 한 번 쳐다본 것만으로도 충분하다. 하지만 어떻게 이런 일이 일어날까? 첫 번째 단서는 1947년 독일 신경학자 요아힘 보다머(Joachim Bodamer)가 발견했다. 그는 뇌의 특정 부위에 손상을 입은 후 갑자기 안면인식 장애가 생긴 환자 세 명을 치료했다. 그들은 가까운 친척의 얼굴조차 알아볼 수 없었다.

"얼굴이 기형이 된 겁니다!“

이 사건은 당시 이미 우리에게 얼굴을 구별하는 특정 뇌 영역이 있다는 의혹을 불러일으켰다. 1990년대 초만 해도 측두엽이 그럴 가능성이 높은 곳으로 여겨졌다. 그러나 스탠퍼드 대학교의 요제프 파르비지(Josef Parvizi)가 이끄는 연구진은 이 안면 중추가 정확히 어디에 위치하고 2012년에 어떻게 반응하는지, 그것도 우연의 일치로 밝혀냈다. 뇌전증 치료를 준비하기 위해, 연구진은 환자의 뇌에 전극을 삽입하고 측두엽의 여러 영역을 자극했다.

갑자기 그 남자가 소리쳤다. "방금 다른 사람으로 변했어요. 얼굴 모양이 바뀌었잖아요!" 자세히 살펴보니 측두엽의 한 주름, 소위 방추상회(fusiform gyrus)에 있는 두 개의 작은 세포 덩어리가 이러한 현상의 원인인 것으로 밝혀졌다. 이 두 신경 세포핵을 자극하면 환자의 얼굴 인식이 변화한다. 파르비지는 "저도 환자만큼 놀랐다"고 회상했다.

얼굴, 목소리, 그리고 신경 분업

이제 이 얼굴 인식 중추가 실제로 익숙한 얼굴과 익숙하지 않은 얼굴 모두에 선택적으로 반응한다는 것이 분명해졌다. 이 뇌 영역은 보이는 얼굴의 특징을 이전에 저장된 정보와 비교한다. 또한 직접적인 신경 연결을 통해 음성 인식 중추와도 연결되어 있다. 얼굴을 보면서 사람의 목소리를 들으면 두 중추가 함께 활성화되고, 이로 인해 인식 능력이 향상된다.

다른 뇌전증 환자들을 대상으로 한 검사에서도 얼굴 인식을 담당하는 뉴런이 매우 특이적이며 분업적으로 기능한다는 사실이 밝혀졌다. 익숙한 얼굴의 특징은 특정 뇌세포에 저장되어 있다. 우리가 이러한 얼굴 중 하나를 볼 때, 그 특정 얼굴을 담당하는 뉴런만 선택적으로 활성화된다.

할머니-뉴런

2021년 연구에서는 이를 더욱 정교하게 다듬었다. 이 연구에 따르면, 소위 "할머니 뉴런"은 안면 중추의 하위 영역인 측두극에 위치한다. 뉴욕 록펠러 대학교의 소피아 랜디(Sofia Landi)와 그녀의 팀은 "안면인식의 주요 모델들은 얼굴 인식을 처리하는 것부터 인식하는 것까지 순차적인 과정이 있다고 가정한다"고 설명했다. 그 이유는 얼굴 인식을 담당하는 영역이 먼저 우리의 기억과 연결되어야 하기 때문이다.

▲ "할머니 뉴런"은 측두엽의 정점에 위치한다. © Sofia Landi

하지만 랜디와 그의 연구팀이 발견했듯이, 우리에게 매우 친숙한 얼굴, 즉 할머니, 부모님, 또는 친한 친구의 얼굴의 경우, 지름길이 있는 것으로 보인다. 측두극의 뉴런들은 기억을 먼저 참조하지 않고도 그러한 얼굴을 인식한다. 이 뉴런들은 특정 얼굴에 대한 기억을 저장해 두었다. 랜디는 "한편으로 이 세포들은 감각적이고 시각적이지만, 다른 한편으로는 기억 세포처럼 기능한다"고 설명했다. 흥미롭게도, 이러한 빠른 인식은 우리가 잘 알고 직접 만난 사람에게만 효과가 있다. 화면에서만 본 얼굴에는 효과가 없다.

하지만 이 복잡하고 매우 구체적인 얼굴 인식 메커니즘이 모든 사람에게 똑같이 잘 작동하는 것은 아니다. 어떤 사람들은 이 부분에서 진정한 초능력을 가진 것처럼 보이기도 한다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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