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- 우리의 측두엽에는 점을 볼 때나 숫자를 볼 때에도 작동하는 특별한 계산 뉴런이 있다.
- 큰 숫자는 좌측 반구에서 처리하고, 작은 숫자는 우측 반구에서 처리
- 양이 비어 있을 때만 특별히 활성화되는 뇌세포를 발견
- 우리의 뇌는 숫자 0을 그 의미, 즉 공집합을 처리하는 것보다 더 쉽게 처리한다고 생각

우리의 뇌와 제로

우리의 뇌는 이 특별한 사례를 어떻게 처리할까?
숫자 기호와 계산에서 0은 특별한 역할을 한다. 이것이 우리 뇌에 어떤 영향을 미칠까? 분명한 것은 숫자와 양에 대한 우리의 감각이 깊은 생물학적 뿌리를 가지고 있다는 것이다. 인간 유아는 태어난 직후부터 수량을 추정하고 간단한 계산을 수행할 수 있다. 그리고 코끼리, 비둘기, 까마귀, 문어, 심지어 꿀벌 등 많은 동물이 숫자를 셀 수 있다. 실험 결과에 따르면, 그들은 심지어 0의 개념도 이해하는 듯하다. 

▲ 숫자 0은 우리 뇌에서 특별한 자리를 차지하고 있는가? 연구자들은 이제 이에 대한 조사를 시작했다. pixabay

우리의 뇌가 숫자를 처리하는 곳

그러므로 우리의 뇌가 숫자를 처리하기 위한 고유한 회로를 개발했다는 ​​것은 놀라운 일이 아니다. 예를 들어, 우리의 측두엽에는 점을 볼 때나 숫자를 볼 때에도 작동하는 특별한 계산 뉴런이 있다. 클럭 속도와 활성 뉴런 그룹은 각각의 숫자에 따라 달라진다.

계산 중에 활성화되는 영역도 측두엽에 있다. 덧셈과 뺄셈은 우리 뇌의 기억 중심인 해마의 다른 부분을 활성화한다. 뇌 스캔 결과 다른 사실도 밝혀졌다. 우리의 뇌는 큰 숫자와 작은 숫자를 각각 다른 반구에서 처리한다는 것이다. 즉, 큰 숫자는 좌측 반구에서 처리하고, 작은 숫자는 우측 반구에서 처리한다.

하지만 0은 어떨까? 이는 '정상적인' 숫자보다 우리 뇌에 더 큰 장애물이 되는 듯하다. 아이들은 어릴 때부터 숫자를 셀 수는 있지만, 0이 가장 작은 숫자라는 개념을 이해하는 건 여섯 살 정도가 될 때까지다. 그리고 성인이 되어서도 우리의 뇌는 0에 더 많은 어려움을 겪는데, 이는 테스트에서 반응 시간이 길어지고 오류율이 높아지는 것으로 미루어 짐작할 수 있다. 하지만 왜 그럴까?

2단계로 제로 감지

우리의 뇌가 0을 어디서 어떻게 처리하는지 알아내기 위해 신경과학자들은 2016년에 리서스원숭이를 예로 들어 처음으로 조사를 수행했다. 그들은 동물들에게 0에서 4까지 점을 인식하고 분류하라고 요청하면서 동물의 뇌 활동을 기록했다. 정상적인 숫자는 원숭이의 두정엽에서 반응을 유발하는 반면, 숫자가 비어 있을 때는 그곳의 신경 세포가 침묵 상태로 남는다는 사실이 밝혀졌다. 그들에게는 양적으로 중요한 의미가 없는 허무한 것뿐이었다.

그러나 놀라운 점은 두 번째, 더 높은 수준의 뇌 영역이 0에 반응했다는 것이다. 리서스원숭이의 전두엽 피질에 있는 뉴런은 0과 다른 양 모두에 대해 발화했다. 그들에게 '아무것도'는 정신적인 숫자 계열의 일부였다. "이러한 결과는 처리 과정에서 두 단계의 계층 구조가 있음을 시사한다. 즉, 두정엽에서 전두엽 피질로 가는 과정에서 빈 집합은 점차 순수하게 시각적인 맥락에서 분리되어 숫자의 연속선상에 놓이게 된다"고 튀빙겐 대학교의 연구 책임자인 안드레아스 니더가 설명했다.

"아무것도 아닌 것"에 대한 자신의 뉴런

하지만 우리 인간은 어떨까? 우리의 뇌는 0에 대해서보다 '정상적인' 숫자에 대해서 다르게 반응할까? 본 대학의 에스더 커터가 이끄는 팀은 2024년에 이를 더 자세히 조사했다. 실험 대상은 수술 전에 측두엽에 머리카락 굵기의 전극을 이식한 간질 환자였다. 측두엽은 숫자와 산수 작업을 처리하는 뇌 영역이다. 이를 통해 연구팀은 뇌의 이 영역이 0에서 9 사이의 점이나 숫자를 보았을 때 어떻게 반응하는지 직접 관찰할 수 있었다.

실제로:
"우리는 또한 양이 비어 있을 때만 특별히 활성화되는 뇌세포를 발견했다"고 Kutter는 보고했다. 따라서 인간의 뇌는 일반적인 숫자뿐만 아니라 0에 대한 뉴런도 가지고 있다. 연구자들은 우리 뇌에서 0이라는 개념이 나머지 숫자 공간과 분리된 별개의 단위를 나타내지 않는다는 결론을 내렸다. 그 대신 0은 숫자 문자열에 포함되는 듯하다. 즉, 숫자 문자열의 하단을 형성한다.

통합 지원 도구로서의 Zero symbol

그러나 여전히 하나의 특이점이 있다. "뇌세포는 아라비아 숫자 0이나 빈 집합 중 하나에만 반응했지만, 둘 다에는 반응하지 않았다"고 커터는 보고했다. 따라서 우리의 신경 "제로 감지기"는 형식에 따라 다르다. 연구진이 숫자와 점 집합을 사용한 테스트에서 피험자의 오류율과 반응 시간을 비교했을 때도 이는 분명하게 드러났다. 연구진은 "빈 집합에 대한 반응이 두드러졌는데, 오류율이 상당히 높고 반응 시간이 더 길었기 때문이다"고 보고했다. 하지만 숫자 0에서는 이러한 이상 현상이 발생하지 않았다.

그러므로 우리의 뇌는 숫자 0을 그 의미, 즉 공집합을 처리하는 것보다 더 쉽게 처리한다고 생각한다. 신경과학자들에 따르면, 이는 추상적인 숫자 기호가 무언가와 아무것도 아닌 것의 근본적인 차이를 모호하게 만들기 때문이라고 한다. "상징적 표현은 숫자 0의 외부자 역할을 보상할 수 있는 것으로 보인다"고 커터와 그녀의 팀은 설명했다. (끝)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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