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마음의 과학

9월 18 업데이트됨

장기하와 얼굴들 3집, 사람의 마음

"사람의 마음이란 어렵고도 어렵구나 하지만 오늘밤엔 잠을 자자 푹 자자."


장기하와 얼굴들의 노래, 사람의 마음의 한 구절이다. 우리 누구나 마음을 가지고 있지만, 상대방의 마음을 이해한다는 거는 참 어려운 일 같다. 하긴, 우리는 우리 자신의 마음도 잘 알지 못하는데 어떻게 남의 마음을 잘 알 수 있을까? 어쩌면 마음이 이토록 어렵기에 역사적으로 많은 철학자가 마음에 관해 많은 이야기를 한 것일지도 모르겠다. 마음을 어떻게 하면 이해할 수 있을까? 한 가지 방법은 과학으로 마음을 이해하는 것이다. 누군가는 애초에 과학으로 마음을 이해하는 것이 가능한 일인지 의문을 가질 수도 있다. 나도 과학으로 마음을 완벽히 이해하는 것은 불가능하다고 생각한다. 하지만 과학을 통해서 마음을 조금이나마 더 이해할 수 있다면, 나는 충분히 과학으로 마음을 연구할 가치가 있다고 생각한다. 마음을 연구하는 과학은 심리학이라고도 불린다. 심리학은 친숙한 단어이다. 심리테스트, 심리상담 등 우리 주위에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 하지만 과학으로서 심리학은 생소하리라 생각한다. 이 기사를 통해 심리학, 특히 인지심리학이 어떻게 우리 마음을 과학적으로 연구하는지 소개하려고 한다.

마음이란?

마음에 대해 논하려면 우선 마음이 무엇인지 알아야 한다. 마음이 무엇일까? 깔끔하게 답이 떠오르지 않을 것이다. 비록 그 뜻이 명확하게 떠오르지 않아도, 우리가 일상생활에서 ‘마음’이라는 단어를 어떤 용도로 사용하고 있는지를 분석해서 그 뜻을 추적할 수 있다. 일상 대화에서 쓰이는 마음은 크게 2가지 정도로 요약할 수 있다. 첫 번째로, 마음은 지각, 주의, 기억, 정서, 언어, 결정, 사고, 추리와 같은 심적 기능을 창조하고 통제한다. "마음대로 결정해", "내 마음을 못 정했어." 등이 그 예시이다. 두 번째로, 마음은 심상을 창조하는 시스템이다. "눈을 감고 마음속에 초원을 그려보세요" 가 그 예시이다. 그 외에도 마음은 인간의 필수적인 요소 혹은 인간의 심성을 뜻하기도 한다. “참 좋은 마음을 가진 사람이구나”, “몸과 마음이 건강해야지.” 등이 그 예시이다. 이제 어느 정도 마음에 대한 개념이 추려졌을 것 같다. 지금부터 사람들이 어떤 방식으로 마음을 연구해왔는지 살펴보자.

아이유의 마음

마음을 어떻게 연구했었나?

인지심리학이라는 단어는 1967년에 만들어졌다. 이로 미루어 보아 인지심리학의 역사는 짧다는 것을 알 수 있다. 실제로, 1800년대 까지만 해도 마음을 연구하는 것이 불가능하다는 믿음이 지배적이었다. 그도 그럴 것이 마음은 보이지도 않으며 속성을 측정하기도 어렵다. 이런 분위기를 뚫고 1868년 최초의 인지심리학 실험으로 불리는 Donders의 실험이 이루어진다. 아주 간단한 실험이지만 사람의 마음을 어떻게 과학적으로 다룰 수 있는지, 훌륭한 통찰을 보여준다.

Donders의 실험

Dodners가 던진 질문은 "사람이 결정을 내리는데 시간이 얼마나 걸리지?" 였다. 그래서 자극이 제시되고 반응할 때까지의 시간을 의미하는 반응시간을 측정해서 이를 알아내려 하였다. 그는 두 가지 반응시간을 측정하였다. 참가자들에게 불빛이 들어오면 최대한 빨리 단추를 누르게 해서 단순 반응시간을 측정하였다. 또 두 개의 불빛을 이용해서 참가자들에게 왼쪽 불이 들어오면 왼쪽 단추를, 오른쪽 불이 들어오면 오른쪽 단추를 누르게 해서 선택 반응시간을 측정하였다.

단순 반응시간과 선택 반응시간

실험의 결과로 선택 반응시간이 단순 반응시간보다 0.1초 길었다는 결론을 얻었다. 이로부터 결정을 내리는데 0.1초의 시간이 결린다는 결론을 얻었다. 시시한 실험처럼 보일 수 있다. 하지만 마음속의 문제를 마음 밖으로 끄집어냈다는 점에서 의의가 깊다고 생각한다. 현재까지도 인지심리학의 모든 실험은 이와 같은 원리를 공유한다. "심적 반응은 직접 측정할 수는 없고 관찰된 행동을 통해 추론해야 한다."


Donders의 실험 11년 후 Wundt는 1879년 독일의 라이프치히 대학교에 최초로 과학적 심리학 실험실을 개설하였다. 그리고 1800년대 후반과 1900년대에 초반 심리학을 지배했던 Wundt의 심리학은 구조주의라고 불린다. 이 심리학은 잘 훈련된 참가자가 자극에 대한 자기의 경험과 사고 과정을 기술하는 방법인 분석적 내성을 통해 이루어졌다. 그러나 이 방법은 의미 있는 결과를 얻지 못하였고 오히려 구성주의는 결과적으로 실패하였다. 검증하기 어려운 구조주의의 대안으로 1913년 Watson은 행동주의라는 새로운, 그리고 구조주의의 반대편에 있는 방법을 제시하였다. 행동주의는 분석적 내성을 강하게 공격하며, 의식이 아니라 행동을 심리학의 중심에 두었다. 마음을 탐구 대상에서 제외한 것이다. 널리 알려진 파블로프의 실험도 행동주의의 흐름 속에서 등장하였다. 구조주의는 마음 내면의 것을 분석했지만, 그 과정이 객관적이지 못 했고, 행동주의는 객관적이었지만 마음이 아닌 행동을 연구의 중심으로 잡는 바람에 연구의 범위가 축소되었다. 이러한 두 가지 대립하는 흐름은 마음이 그만큼 다양한 측면이 있다는 것을 말해주는 것 같다. 한동안 연구의 대상에서 제외되었던 마음은 1950년대에 걸쳐 일어난 인지 혁명을 통해 연구의 대상으로 복귀하였다. 1950년대는 컴퓨터가 등장하고 개발되던 시기였다. 컴퓨터가 정보를 처리할 때 일련의 단계를 거치는 것처럼 마음의 작동에도 이러한 처리 단계 접근을 이용할 수 있다는 생각을 시작했다. 컴퓨터와 같은 일련의 정보처리 모형이 사람에게 같게 적용된다는 생각 아래에 마음 연구가 시작된 것이다. 여기까지가 대략적인 인지심리학의 역사이다. 이제 구체적인 인지심리학 연구의 예시를 살펴보려고 한다.


개념을 연구하다.

모든 연구가 그러하듯, 연구에서 가장 중요한 것은 연구 주제이다. 즉, 의미 있는 질문을 던지는 게 중요하다. 우리는 숨 쉬듯 자연스럽게 세상을 인지하고 살아가지만, 나를 되돌아보며 내가 왜, 그리고 어떻게 그런 방식으로 살아가는지 질문을 하면 답변을 하기 어려운 경우가 대부분이다. 우리가 ‘무언가를 안다는 것’ 또한 그런 예시 중 하나인 것 같다. 당장 눈앞에 놓인 것들을 보라. 내 앞에는 노트북이 있고, 책이 있고, 빈 토마토 주스 유리병이 있다. 나는 내 눈앞에 있는 물체가 그저 빛이 나는 은색 사각형이 아닌 노트북이라는 것을 알고 있다. 그리고 노트북에 대한 나의 지식은 내가 내 눈앞에 있는 물체를 이용하는 데 큰 도움을 준다. 우리가 세상을 살아갈 때, 우리 눈앞에 있는 것을 물체 그 자체로 인식하는 것이 아닌 우리가 아는 특정한 대상의 일부로 인식하면서 그것을 활용할 수가 있다. 예로 들어 어떤 사각형을 문으로 인식하면 손잡이를 돌려 열려고 할 것이고 어떤 움직이는 동물을 고양이로 인식하면 괜히 “야옹~” 소리를 한번 내 볼 것이다. 이러한 종류의 지식은 길거리와 주위에서 맞닥치는 사물들을 알아보고 이해하는 것을 가능하게 해준다. 이런 유형의 지식은 개념 지식이라 불리는데, 개념 지식이란 우리가 물체와 사건들을 알아보고 그것들의 속성에 대해 추론하는 것을 가능하게 해주는 지식을 말한다. 예로 들어 ‘고양이’라는 개념의 개념지식은 고양이는 털이 있고, 생선을 좋아하고, 등등이 있을 것이다.


생각해보면 우리는 수많은 개념 지식을 가지고 있다. 노트북, 신발, 하늘, 구름, 펭귄과 같이 우리가 아는 모든 개념에 대한 지식을 가지고 있기 때문이다. 그러면 “이러한 개념들이 우리 마음속에서 어떻게 존재하고 어떻게 조직돼있을까?” 라는 더 구체적인 질문을 던질 수 있다.

'고양이‘ 범주

여기서 중요한 한 가지 개념은 범주이다. 범주는 특정 개념의 모든 가능한 사례를 뜻하는데, 예로 들어 ‘나무’ 범주는 고동 나무, 떡갈나무, 바오밥 나무 등을 포함한다. 어떤 사물이 어떤 범주에 속하는지를 안다면, 우리는 많은 정보를 얻는다. 예로 들어, 내 눈앞에 있는 사물은 ‘파란색’, ‘샤프’, ‘학용품’, ‘플라스틱’ 범주에 들어간다. 나는 사물이 속한 범주를 통해서 그것의 용도, 촉감, 재질 등을 알 수 있다. 이런 식으로 사물을 범주들에 위치시키는 것을 범주화라고 한다. 지금까지 우리는 스스로 사고를 관찰하면서 범주로 개념이 조직됐을 거라는 생각에 이르렀다. 아직은 관찰을 통해 문제를 구체화하는 과정이라고 할 수 있다. 여기서 더 문제를 구체화하면서 여러 가설을 세울 수 있다. 이제 “범주화가 어떻게 이루어지는가?”라는 질문을 집중해서 다뤄보자.


위계적 의미망
Collins와 Quillian이 제안한 의미망 모형

범주가 어떻게 구성되는지, 혹은 범주를 어떻게 정의할 수 있는지, 혹은 범주의 위계가 존재하는지 등 여러 가지 질문을 던질 수 있다. 그중에서 우리는 “개념이나 범주가 서로 어떻게 연결되어있지”에 집중하겠다. Collins와 Quillian은 범주나 개념들이 위계적인 망의 형태로 마음속에서 구성된다는 모형을 내놓았다. 이 의미망이 무엇을 의미하는지 카나리아의 예시를 들어 설명해보겠다. 우리는 카나리아는 숨 쉰다는 사실을 안다. Collins와 Quillian의 의미망은 우리가 그런 사실을 아는데 다음과 같은 과정이 마음속에서 일어난다고 주장한다. ‘카나리아’라는 개념 마디에서 우리는 카나리아는 노래를 부르며 색이 노랗다는 정보를 얻는다. ‘카나리아’에 대해 정보를 더 얻으려면 고리를 올라가서 카나리아는 새이며, 새는 날개가 있고, 날 수 있으며, 깃털이 있다는 것을 알 수 있다. 한 단계 더 올라가면 카나리아는 동물이며, 동물은 돌아다닐 수 있고 숨 쉴 수 있다는 것을 알려준다.


누군가는 ‘날 수 있다.’ 라는 속성이 왜 ‘카나리아’의 개념에는 없는지 의문이 들 수 있다. 그러나 Collins와 Quillian은 만약 ‘날 수 있다’라는 속성이 ‘독수리’, ‘카나리아’, ‘비둘기’ 등 모든 새에 속성이 된다면 비효율적이고 저장 공간을 많이 사용한다고 설명한다. 공유하는 속성을 상위 마디에 한 번 저장하는 이런 방식을 인지적 경제성이라고 하는데, Collins와 Quillian은 인지적 경제성이 의미망을 효율적으로 만든다고 하였다. 인지적 경제성의 문제점은 ‘타조’, ‘펭귄’처럼 예외가 존재한다는 것이다. 이를 해결하기 위해 Collins와 Quillian은 ‘타조’, ‘펭귄’같이 날 수 없는 새의 속성으로 ‘날 수 없다.’를 달아서 문제를 해결했다.


의미망 모형에 의문을 품는 사람이 많을 거로 생각한다. 과연 이런 모형이 뇌의 실제 작동방식에 상응할까? 사실 이 모형은 실제 뇌의 작동이 이렇게 일어난다고 전혀 보장하지 않는다. 뇌의 실제 작동을 조사하지 않고 이런 모형을 사용해도 괜찮은 걸까? 인지심리학에서 모형이 뇌의 작동과 상응해야 할 필요는 없다. 인지심리학의 모형들은 마음속에서 개념과 속성이 어떻게 연합되는지를 아는 것에 관심이 있을 뿐이다. 즉, 모형은 실험으로 관측된 인간의 이런 행동이 이런 마음속 과정을 거쳐서 일어났다고 설명하기 위한 만든 도구이며 생리적 과정을 설명하기 위한 도구가 아니다. 그렇지만 뇌과학적, 생리학적 접근은 중요하고 인지심리학에도 큰 도움을 준다. 만약 이런 모형에 상응하는 뇌의 활동이 관찰된다면 이 모형은 더 큰 지지를 받을 것이다. 하지만 당시(1969년)의 뇌과학은 그다지 발전하지 않았기에 현실적으로 불가능한 일이었다. 뇌와 관련한 논란을 뒤로하고, 이 모형이 가지는 중요한 의의는 개념과 범주에 관한 검증 가능한 예측을 제공한다는 것이다. 즉, 가설을 세울 수 있다.


“사람들이 어떤 개념에 대한 정보를 인출하는 데 걸리는 시간은 이 망에서 이동해야 하는 거리에 의해 결정된다.” 라는 가설을 세우자. 망에서 이동하는 거리는 정보를 인출하기 위해 올라가야 하는 거리의 개수이다. 즉, ‘카나리아는 카나리아이다.’ 라는 진술문은 이동 거리가 0, ‘카나리아는 날 수 있다.’는 이동 거리가 1, ‘카나리아는 피부가 있다.’는 이동 거리가 3이다.


Collins와 Quillian은 이를 검증하기 위해 우선 다양한 문장들을 선별하였다. 이 문장들은 속성에 관한 진술을 하고 있는지, 범주에 관한 진술을 하고 있는지에 따라 2가지로 나뉘었다. 그리고 문장을 판단하기 위해 의미망 위에서 이동하는 거리에 따라서 3가지로 나뉘었다. 따라서 총 6가지 유형의 문장을 선별하였다. 그래프의 6문장은 각각의 유형을 대표하는 문장이다. 또한, 제한된 동사와 대명사 등을 이용하고 문장의 구조를 몇 가지로 제안시키면서 일정한 조건으로 문장을 선택하였다. 그리고 실험의 목적을 모르는 피실험자를 모아서 모니터 화면에 올라오는 각각의 문장을 읽고 그 문장이 맞으면 A 버튼을 누르고 틀린 문장이면 B 버튼을 누르게 하였다. 참인 문장 사이에 무작위로 거짓인 문장도 들어갔다. 그래프가 보여주듯, 결과는 Collins와 Quillian의 예측과 들어맞았다.

6가지 유형의 진술문에 대한 반응시간

몇몇은 Collins와 Quillian의 실험이 예측과 들어맞은 것과 그들의 의미망 모형이 정확성은 별개라고 생각할 것 같다. 실제로 위의 실험이 의미망 모형이 100% 정확한 것임을 보여주는 것은 아니다. 단지 의미망 모형의 이런 부분에서 이 정도로 정확하다는 것을 보여주는 지표 역할을 한다고 생각한다. 실제로 심리학에서 실험은 사람을 대상으로 하다 보니, 화학실험이나 물리실험보다 변인통제가 어렵고 일정하지 않은 실험결과가 나올 확률이 높다. 그래서 심리학에서는 반복검증이 중요하다. 반복검증이란, 한 연구에서 얻은 결과를 같은 절차를 사용한 독립적인 다른 연구에서도 얻을 수 있는지 확인하는 과정이다. 즉, Collins와 Quillian의 의미망 실험을 다른 연구자들이 재실험하면서 일관된 결과가 나오는지 검증하는 것이다.


실제로 Collins와 Quillian의 의미망은 일부 연구에서 지지를 받았지만, 문제점도 제기되었다. 첫 번째로 Collins와 Quilian 모형은 개념의 전형성 효과를 설명할 수 없다. 전형성 효과란 범주 내에 전형적인 사례에 대한 진술문의 반응시간이 전형적이지 않은 사례에 대한 진술문보다 빠르다는 것이다. 예로 들어, ‘카나리아’는 ‘타조’보다 전형적인 새이기 때문에 ‘카나리아는 새이다’의 반응시간은 ‘타조는 새이다’의 반응시간보다 빠르다. 하지만 Collins와 Quillian 모형에서는 둘 다 ‘새’와 거리가 1이기 때문에 두 진술문의 반응시간이 같아야 한다. 또한 ‘돼지는 포유류이다’의 반응시간이 ‘돼지는 동물이다’의 반응시간보다 느리게 나오면서, 이동 거리가 더 긴 진술문이 더 짧은 반응 시간을 보이기도 하였다.


이런 문제점에도 불구하고 Collins와 Quillian은 최초의 의미망 모형을 제안했다는 점에서 개척자 역할을 하였다. Collins와 Quillian의 의미망(1969)을 바탕으로 James McClelland와 David Rumelhart는 1986년 연결주의라는 새로운 접근법을 제안한다. 연결주의는 뇌에 정보들이 어떻게 표상되는지에 기초하였고, 개념들이 어떻게 학습되고 뇌 손상이 지식에 어떤 영향을 미치는지 등 다양한 현상을 설명할 수 있었기 때문에 많은 연구자의 지지를 받았다.


사람의 마음이란 어렵고도 어렵구나

마음이란 무엇인지부터 시작하여, 인지 심리학의 역사, “안다는 것은 무엇일까?”에 대한 문제 제기, Collins와 Quillian의 의미망 모형, 가설검증, 반복검증, 연결주의까지 지금까지 꽤 다양한 이야기를 하였다. 글을 끝마치기 전에 기사를 적은 이유에 대해 말하고 싶다. 나는 학교에서 일반생물학 과목도 듣지 않았고 기초 뇌과학 수업도 듣지 않았다. 나의 생물학적 전문성이나 지식은 다른 친구들에 비해 떨어진다고 할 수 있다. 그렇다고 내가 심리학 지식 많은 것도 아니다. 이런 내가 인지심리학 연구를 주제로 기사를 적은 것은 심리학 지식을 소개하기보다 인지심리학이라는 학문이 이런 학문이라는 것을 알려주고 싶었다. 우리가 일상생활에서 접하는 심리학은 심리상담, MBTI 검사, 자기계발서 비슷한 심리학 교양서 정도였으리라 짐작한다. 이 모두 심리학이지만 이것이 심리학의 전부는 아니다. 나는 Pre-URP 활동에서 ‘안구 운동 분석을 통한 인간 정보 처리 과정 탐색’이라는 주제의 연구를 진행하였다. 여기서 나는 인지 심리학을 알게 되었다. 인지 심리학의 실험은 분명히 생물, 화학, 물리 실험과는 성격이 달랐다. 그래서 더 재밌었다. 내가 느꼈던 인지 심리학의 매력을 기사로 한번 전달하고 싶었다. 그래서 심리학의 역사부터 시작하여 연구의 과정을 따라가면서 기사를 써보았다.


마지막으로 의미망 모형을 다시 언급하고 싶다. 위에서 말했듯이 인지심리학의 모형이 생리적 기작을 설명할 필요는 없다. 나도 인지 심리학을 잘 아는 사람은 아니지만 생리적 기작 없는 모형은 분명히 그 엄밀함이 부족하다고 생각한다. 실제로 심리학 및 사회과학 전반에서 반복검증을 했을 때 그 실험의 결과가 다르게 나오는 경우가 많이 존재한다. 인지심리학과 비슷한 과목으로는 인지 신경과학이 있다. 인지 신경과학은 인간의 마음과 그에 따른 행동에 중심을 두기보다 신경과 관련한 생물학적 기작과 현상에 관심을 가진다. 서로의 영역이 조금씩 다른 것 같지만, 서로가 서로에게 영향을 주면서 발전한다. 인지는 여러 가지 학문이 연구하는 분야라 그것들 모아서 인지과학이라고 부르며 인공지능, 신경과학, 인지심리학 등의 형태로 존재하고 있다. 아무리 다양한 방식으로 연구해도 Donders의 실험에서도 말했듯이, 우리의 마음의 속성을 직접 측정할 수는 없다. 뇌를 들여다봐도 뇌에서 일어나는 작용이 구체적으로 마음과 어떤 연관이 있는지 모든 것을 알아내기는 힘들다. 이렇게 다양한 방식으로 연구해도 알아내지 못하는 사람의 마음이란, 어렵고도 어려운 것 같다.


참고자료

[1] E.bruce Goldstein, Cognitive Psychology (도경수, 박태진, 조양석 옮김)

[2] Allan M. Collins, M. Ross. Quillian. Retrieval Time from Semantic Memory, 1969.


첨부 이미지 출처

[1] 장기하와 얼굴들, 사람의 마음

[2] 아이유, 마음

[3] E.bruce Goldstein, Cognitive Psychology (도경수, 박태진, 조양석 옮김)

[4] https://www.google.com

[5] Allan M. Collins, M. Ross. Quillian. Retrieval Time from Semantic Memory, 1969.

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작성자│유시오

발행호│2020년 봄호

키워드│#인지심리학 #심리학 #뇌과학



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