학습 중에 뇌는 내용 요약을 위해 일시 중지를 한다.

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-06-11 21:39:51
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* 학습 중 일시중지, 20배 속도로 배운 내용 요약
* 순전히 운동 학습에 관한 것인데 해마와 전두엽도 빠른 실행에 크게 관여한 것은 새로운 사실

뇌는 빠른 속도로 학습한다.
학습 중단 시간 동안 우리의 뇌는 학습한 내용을 20배의 속도로 요약한다.


신경 터보 :
우리가 새로운 것을 배울 때, 뇌는 빠른 실행을 위해 짧게 학습하는 것을 일시 중지한다. 그리고 20배의 속도로 배운 것을 요약한다. 연구자들이 연구하는 동안 자기 뇌파를 사용해 실험 대상을 조사한 연구에서 확인됐다. 놀라운 것은 테스트가 순전히 운동 학습에 관한 것이었지만 해마와 전두엽도 빠른 실행에 크게 관여했다. 

▲ 이 뇌 영역은 요약하는 동안 활동적이었다. © NIH / NINDS, Cohen Lab

새로운 움직임 순서, 감각적 인상 또는 습득한 지식에 관한 것이 든 상관없이 학습에 있어서 휴식은 핵심이다. 학습 후 우리의 두뇌는 새로운 정보를 처리하고 학습한 내용을 통합할 시간이 필요하다. 수면은 이 기억 형성에 특히 중요하다.

왜냐하면 이 휴식 시간 동안 뇌는 인상을 분류하고 장기 기억에 저장하며 새로운 학습 경험을 위한 시냅스를 준비하기 때문이다.
중간에 짧은 휴식 시간이라도 학습 성공을 크게 높일 수 있습니다.

▲ 연구 개요도 (출처 관련논문 Consolidation of human skill

linked to waking hippocampo-neocortical replay)


과학내용 타이핑

미국 국립 신경계 장애 및 뇌졸중 연구소의 에단 부취(Ethan Buch)와 그의 동료들은 최근 이것이 왜 그런지 그리고 학습 휴식 시간 동안 우리 뇌에서 일어나는 일을 조사했다. 실험에서 피험자들은 한 손으로 가능한 한 빠르고 정확하게 키보드에 숫자 시퀀스 41324를 입력하는 연습을 하도록 요청받았다. 36개의 10초 운동 단계마다 똑같이 긴 휴식이 이어졌다.

연구자들은 자기 뇌파 검사(MEG)를 사용해 실험 대상의 뇌에서 일어나는 과정을 기록했다.
뇌 활동으로 생성된 자기장을 등록한다. 패턴을 비교하면 현재 실행 중인 뉴런 프로세스를 비교적 쉽게 이해할 수 있다.
▲ 그림 1 기술 학습 작업 및 행동 성능

연구 휴식 시간에 정신적 반복

평가 결과 :
학습 휴식 시간 동안 피험자의 뇌는 활동적인 운동 단계보다 훨씬 더 활동적이었다.
뇌 활동의 패턴은 마음이 방금 배운 것을 분명히 되풀이하고 있음을 보여주었다.
Buch와 그의 동료들은 “모든 휴식 시간에 전체 운동 순서의 신경 세포 반복을 볼 수 있다. 이것은 깨어있는 사람의 새로 배운 기술을 요약 한 첫 번째 데모이다”고 설명했다.

배운 내용에 대한 이러한 신경 요약은 연습 초기에 가장 강렬했으며 따라서 테스트 대상이 일반적으로 가장 큰 진전을 보이는 단계에 있었다. 학습 휴식 시간 동안 피험자의 뇌가 운동 순서를 더 자주 반복할수록 손가락이 올바른 타이핑 순서를 더 빠르고 더 잘 배웠다.

공동 저자 레오나르도 코헨(Leonardo Cohen)은 “휴식 중 깨어있는 상태에서 요약하면 새로운 기술이 얼마나 빨리 학습되는지를 보여주는 첫 번째 연구이다"고 설명했다.
▲ 그림 2. Replay detections

실제 타이핑 보다 20배 빠름

그러나 놀랍게도 뇌는 정상적인 속도로 휴식을 취하는 동안 손가락의 움직임을 따르지 않고 일종의 빠른 실행 속도로 움직였다. 테스트 대상은 일련의 숫자를 입력하는 데 충분한 시간이 필요했지만 이러한 움직임을 요약하는 데는 약 50밀리 초 밖에 걸리지 않았다.
Buch와 그의 동료들은 "정신적 반복이 약 20배 더 빨랐다"고 보고했다.

예상했던 것과는 달리 이러한 정신적 빠른 달리기는 운동 자체와 동일한 뇌 영역에서 발생하지 않았다. 손가락 움직임은 주로 대뇌 피질의 운동 회로에 의해 제어되는 반면, 두 개의 추가 영역은 요약하는 동안 여전히 더 활동적이었다. 한편으로는 기억 중심으로 간주되는 해마, 다른 한편으로는 측두엽의 내후 피질 (해마와 대뇌 피질의 접합부)이다.

▲ 그림 3 감지된 재생 이벤트의 공간적 특징 (출처: 관련논문 REPORT| VOLUME 35, ISSUE 10, 109193, JUNE 08, 2021 Consolidation of human skill linked to waking

hippocampo-neocortical replay)


해마가 관련되어 있다.

Buch는 “운동 과제를 학습하는 데 해마와 내 후각 피질의 강력한 참여는 놀랍다. 지금까지는 해마가 이러한 유형의 절차 기억에 관여하지 않았다고 가정했다"고 말했다. 팀은 이러한 상위 회로가 운동 순서에 대한 더 추상적인 정보를 저장하는 반면 움직임의 순서 자체는 감각 운동 피질에 고정되어 있다고 의심한다.

Buch와 그의 동료들은 이제 이것이 추가 연구에서 실제로 해당되는지 확인할 계획이다.
그들은 또한 빠른 요약이 다른 학습 포럼에서도 발생하는지 알아보려고 한다.
(Cell Reports, 2021; doi : 10.1016 / j.celrep.2021.109193)
출처 : Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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