뉴런은 소량을 감지하는 데 더 정확합니다.

우리 앞에 사과 2개, 3개, 4개가 놓여 있으면 우리는 사과의 개수를 아주 빨리 인식할 수 있습니다. 하지만 사과가 5개 이상 있으면 훨씬 더 오랜 시간이 걸리고 숫자를 잘못 추측하는 경우도 많습니다. 실제로 뇌는 작은 수의 물체를 큰 물체와 다르게 등록합니다. 이는 튀빙겐 대학교, 본 대학교, 본 대학교 병원이 실시한 최근 ​​연구에서 입증되었습니다. 이번 연구 결과는 Nature Human Behavior 저널에 게재됐다.

누군가가 우리에게 현악 4중주 사진을 보여주며 사진에 몇 명이 있는지 물어본다고 상상해 보세요. 세어볼 시간은 부족하지만 우리 모두 단번에 대답할 수 있습니다. “4개!” 다음 사진은 장벽을 보여주고 있는데, 이번에도 우리에게는 잠깐 살펴볼 수 있는 충분한 시간만 주어졌습니다. 우리는 망설이고 이번에는 확실하지 않습니다: “8.” 정확한 숫자는 실제로 7이지만 우리는 매우 가까웠습니다.

인간으로서 우리가 여러 가지 일을 처리하는 데에는 두 가지 뚜렷한 방식이 있는 것 같습니다. 우리는 일반적으로 소수의 일을 매우 빠르고 정확하게 감지할 수 있습니다. 연구계에서는 이를 ‘하위-‘라고 부르기도 합니다. 그러나 항목이 5개 이상인 경우에는 이 방법이 갑자기 변경됩니다. 답변하는 데 점점 더 많은 시간이 필요하고 답변이 점점 부정확해집니다.

따라서 일부 연구자들은 뇌에는 두 가지 다른 처리 방법, 즉 적은 수에 대한 정확한 방법과 더 많은 수의 물체에 대한 추정 메커니즘이 있다고 추측했습니다. “그러나 이 아이디어는 지금까지 여전히 논란의 여지가 있습니다”라고 본 대학에서 연구를 수행하는 본 대학 병원 간질과의 플로리안 무어만(Florian Moormann) 교수는 설명합니다. “우리 뇌가 항상 추정을 하고 있을 수도 있지만 소수의 항목에 대한 오류율이 너무 낮아서 눈에 띄지 않을 수도 있습니다.”

더 적은 수의 물체에 대한 뉴런은 더 선택적입니다.

그러나 최근 연구에 따르면 실제로 우리는 작은 수의 일과 큰 수의 일을 다르게 처리한다는 사실이 밝혀졌습니다. 몇 년 전, 프로젝트에 참여한 연구팀은 뇌에 각 숫자를 담당하는 뉴런이 포함되어 있음을 증명할 수 있었습니다. 예를 들어, 일부 뉴런은 주로 2개 요소에 대해 활성화되고, 다른 뉴런은 4개 요소에 대해, 다른 뉴런은 7개 요소에 대해 활성화됩니다. “그러나 뉴런은 숫자의 작은 변화에도 반응하여 활성화됩니다”라고 무어만과 함께 연구의 또 다른 주요 저자인 튀빙겐 대학의 안드레아스 니더(Andreas Nieder) 교수는 설명합니다. “따라서 다수의 ‘7’ 요소에 대한 뇌 세포는 6개 및 8개 요소에 대해서도 활성화되지만 더 약한 형태입니다. 동일한 세포는 여전히 활성화되지만 5개 또는 9개 요소에 대해서는 그 정도가 덜합니다.”

Nieder는 원숭이를 대상으로 한 실험에서 이미 “수치적 거리 효과”를 입증할 수 있었습니다. 흥미롭게도 이 효과는 더 많은 수의 인간에게만 발생하는 것으로 보입니다. “약 5개 미만의 요소를 가진 숫자에 대한 추가 메커니즘이 있는 것으로 보이며, 이로 인해 이러한 뉴런이 더 정확해집니다.”라고 신경생물학자는 말합니다.

3번 뇌세포가 활성화되면 2번과 4번 뇌세포가 동시에 억제됩니다. 이렇게 하면 이러한 셀이 숫자 3에 대해 잘못 발사될 위험이 줄어듭니다. 그러나 숫자 5, 6, 8에 대해 활성화되는 뉴런에는 이 메커니즘이 존재하지 않습니다. 이것이 바로 이 숫자에 대한 오류율이 더 높은 이유입니다.

개별 뇌세포의 활동 관찰

연구자들이 연구에서 혜택을 받은 본 대학 병원의 특징 중 하나는 다음과 같습니다. 병원의 간질 부서는 뇌 수술을 전문으로 합니다. 그곳의 의사들은 병든 신경 조직을 제거하는 수술을 통해 간질을 치료하려고 합니다. 간질의 초점을 찾기 위해 때때로 영향을 받은 사람의 뇌에 전극을 삽입합니다.

최근 연구에는 17명의 환자가 참여했습니다. 수술 준비를 위해 사람 머리카락만큼 가는 전극을 측두엽에 삽입합니다. Moormann 교수가 이끄는 연구 그룹에서 박사 과정을 위한 실험의 상당 부분을 수행한 Esther Kotter는 “우리는 이를 사용하여 시각적 자극에 대한 개별 뉴런의 반응을 측정할 수 있었습니다.”라고 설명합니다.

피험자는 0.5초 동안 다양한 수의 점이 나타나는 컴퓨터 화면 앞에 앉았습니다. 그런 다음 참가자들은 짝수 또는 홀수 개의 점을 보았는지 표시하도록 요청 받았습니다. 그들은 매우 빠르게 대응할 수 있었고 4점 계산까지 거의 실수하지 않았습니다. 그런 다음 참가자가 작업을 완료하는 데 필요한 사고 시간의 양과 마찬가지로 포인트 수가 증가함에 따라 오류 수도 증가했습니다.

이 연구는 인간의 두뇌에서 숫자가 어떻게 처리되는지에 대한 새로운 통찰력을 열어줄 것입니다. 장기적으로 이 연구 결과는 숫자 오해와 관련된 발달 장애인 난산증에 대한 더 나은 이해로 이어질 수 있습니다.

참여 기관 및 자금:

이번 연구에는 튀빙겐 대학교, 본 대학교, 본 대학교 병원이 참여했습니다. 이 연구는 독일 연구 재단(DFG), 독일 연방 교육 연구부(BMBF) 및 노르트라인베스트팔렌의 iBehave 연구 네트워크의 자금 지원을 받았습니다.

출판사: Esther F. Kotter, Geert Dehnen, Valery Borger, Rainer Sorges, Florian Mohrmann, Andreas Nieder: 인간 내측 측두엽의 작은 숫자와 큰 숫자의 뚜렷한 신경 표현; 인간의 본성과 행동; https://doi.org/10.1038/s41562-023-01709-3