An entropic explanation of insistence on sameness in autism

조용한 방을 향한 뇌의 탐구

당신의 뇌가 다음에 일어날 일을 끊임없이 예측하려고 노력하는 초고속 비디오 게임 콘솔이라고 상상해 보세요. 과학의 세계에서는 이를 종종 "놀라움 최소화(minimizing surprise)"라고 부릅니다. 어두운 숲을 걷는 것을 생각해 보세요. 길을 알고 있다면 무섭지 않습니다. 하지만 예상치 못한 곳에서 나뭇가지가 꺾이는 소리가 들리면, 뇌가 상황을 파악하기 위해 급히 움직여야 하기 때문에 심장이 요동칩니다. 이 "오 이런, 이런 일이 일어날 줄 몰랐어!"라는 느낌이 바로 과학자들이 말하는 '놀라움(surprise)' 또는 '불확실성(uncertainty)'입니다.

이제, 당신이 현실 세계에서 보는 것과 당신이 기억하는 것 사이의 특별한 종류의 "거리"를 상상해 보세요. 만약 당신이 보는 것이 기억과 완벽하게 일치한다면, 그 거리는 0이며 당신은 평온함을 느낍니다. 만약 당신이 보는 것이 완전히 새롭고 당신의 기억이 어떻게 대처해야 할지 전혀 모른다면, 그 거리는 매우 커지며 당신은 압도당하는 기분을 느낍니다. 프셰미스와프 슬리빈스키(Przemysław Śliwiński)가 작성한 이 논문은 정보 이론(데이터를 저장하고 전송하는 수학)이 자폐증과 만나는 과학의 특정 영역을 깊이 있게 다룹니다. 이 논문은 한 가지 큰 질문을 던집니다. 왜 일부 자폐인들은 사물이 정확히 똑같이 유지되어야 한다고 그토록 강력하게 고집하는가? 이 논문은 어떤 이들에게는 현실 세계와 기억 사이의 "거리"를 메우는 것이 너무나 어려워서, 유일하게 안전함을 느끼는 방법은 현실 세계를 자신이 이미 알고 있는 것과 똑같이 만드는 것뿐이라고 제안합니다.

논문의 핵심 아이디어: "동일함"을 위한 수학적 지도

이 논문은 자폐증, 특히 "동일성에 대한 고집(insistence on sameness)"이라 알려진 행동, 즉 루틴, 반복적인 행동, 엄격한 질서를 필요로 하는 행동에 초점을 맞춘 새로운 관점을 제시합니다. 저자는 이러한 행동을 단순히 단어로 설명하는 대신, 수학적 공식을 사용하여 이를 설명합니다. 핵심 아이디어는 자폐를 가진 사람(특히 비구어적이며 높은 수준의 지원이 필요한 경우)의 뇌가 매우 어려운 퍼즐을 풀려고 노력하고 있다는 것입니다. 그것은 바로 어떻게 "엔트로피 거리(entropy distance)"를 최대한 낮게 유지할 것인가 하는 문제입니다.

쉬운 말로 설명하자면, 저자는 이들에게 있어 뇌의 "기억"(이를 M이라 부릅시다)과 "현실 세계"(이를 R이라 부릅시다)가 서로 소통하는 데 어려움을 겪고 있다고 제안합니다. 논문은 두 요소 사이의 "놀라움"과 "불확실성"이 얼마나 존재하는지를 측정하는 공식인 $D_H(R, M) = H(R|M) + H(M|R)$을 사용합니다.

• $H(R|M)$은 놀라움입니다: "새로운 것을 보았는데, 내 기억이 그것이 무엇인지 몰랐다."
• $H(M|R)$은 불확실성입니다: "무언가를 보았지만, 내 기억이 그것이 무엇을 의미하는지에 대해 너무 많은 추측을 하고 있다."

논문은 압도되는 느낌(이는 불안이나 '멜트다운'으로 이어질 수 있음)을 멈추기 위해, 뇌가 이 거리를 최소화하려고 노력한다고 주장합니다. 여기에는 두 가지 주요 전략이 있습니다:

1. 모든 것을 배우기: 세상의 모든 것을 암기하여 결코 새로운 것이 없도록 만든다.
2. 세상을 통제하기: 세상이 이미 기억 속에 있는 것과 정확히 똑같이 유지되도록 만든다.

이 논문은 "동일성에 대한 고집"이 실제로 작동 중인 두 번째 전략이라고 제안합니다. 이것은 단순한 기벽이 아니라 생존 전략입니다. 환경을 경직되고 예측 가능하게 유지함으로써, 그 사람은 "놀라움" 수준이 0이 되도록 보장합니다.

"최근접 이웃(Nearest Neighbor)" 뇌

이 현상이 왜 발생하는지 설명하기 위해, 논문은 이 특정 맥락에서 뇌가 작동하는 방식에 대한 몇 가지 핵심 가정을 바탕으로 모델을 구축합니다. 뇌를 아주 엄격한 사서라고 상상해 보세요. 이 사서는 오직 "최근접 이웃" 규칙만을 사용합니다. 새로운 책(외부 세계로부터 오는 자극)이 들어오면, 사서는 그 이야기나 의미를 이해하지 못합니다. 단지 표지만을 보고 도서관에서 가장 비슷하게 생긴 책을 찾을 뿐입니다.

여기서 논문은 흥미로워집니다:

• 추상적 의미의 부재: 이 모델은 뇌가 "사랑", "우정", "시간"과 같은 추상적인 개념을 이해하지 못한다고 가정합니다. 뇌는 오직 유형적이고 물리적인 것들만을 이해합니다. "무(nothing)"는 손으로 만질 수 있는 물리적 객체가 아니기 때문에, 뇌는 "무"에 대한 기억을 가질 수 없습니다.
• "스냅샷" 기억: 모든 순간은 하나의 스냅샷입니다. 뇌는 점들을 연결하여 이야기를 만들지 않고, 단지 스냅샷을 저장할 뿐입니다. 만약 사건의 순서가 조금이라도 바뀌면, "최근접 이웃" 규칙이 일치하는 것을 찾을 수 없기 때문에 그것은 완전히 새로운, 무서운 스냅샷처럼 보이게 됩니다.
• 선택의 위험: 만약 사람에게 두 갈래 길을 준다면, 뇌는 혼란에 빠집니다. 뇌는 어느 쪽을 선택해야 할지 모르며, 이 혼란은 "불확실성"을 만들어냅니다. 논문은 엄격한 루틴이 선택 자체를 제거하여, 혼란스러운 갈림길을 하나의 곧은 길로 바꾸는 방법이라고 제안합니다.

치료와 돌봄에 주는 의미

이 논문은 이론에만 머물지 않고, 이 수학을 사용하여 도움을 주는 방법에 대한 "규칙"을 만듭니다. 목표가 "놀라움 거리"를 줄이는 것이라면, 치료는 추상적인 개념을 가르치거나 즉각적으로 유연성을 강요하는 것이 되어서는 안 됩니다. 대신, 논문은 다음과 같이 제안합니다:

• 유형적인 것에 집중할 것: 그림이나 단어 대신 실제 물체를 사용하세요. 뇌가 그림과 실제 물체를 연결하지 못할 수도 있기 때문입니다.
• 지름길 금지: 만약 루틴이 긴 단계의 사슬로 학습되었다면, 단계를 건너뛸 수 없습니다. 단계를 건너뛰는 것은 전체 사슬을 새롭고 무서운 것으로 만듭니다.
• 예측 가능한 선택지: 만약 선택지를 제공해야 한다면, 뇌가 추측하며 갇히지 않도록 옵션을 매우 뚜렷하게 만드세요.
• 자기 자극(Self-Stimulation)은 안전 밸브: 논문은 "스티밍(stimming)"(예: 손 흔들기나 몸 흔들기)에 대해 흥미로운 가설을 제시합니다. 이는 개인이 자신만의 "알려진" 신호를 생성하는 방법일 수 있다고 제안합니다. 외부 세계가 너무 시끄럽고 예측 불가능할 때, 자신만의 예측 가능한 움직임을 만드는 것은 놀라움 수준이 낮은 "안전 지대"를 만들어줍니다.

"로봇"과 "디지털 트윈"

이 논문에서 가장 창의적인 부분 중 하나는 이러한 아이디어를 테스트하는 방법입니다. 저자는 이 작업을 실제 사람을 대상으로 수행하는 것은 어렵고 느리다는 점을 인정합니다. 그래서 그들은 "튜링 테스트"와 유사한 접근 방식을 제안합니다. 이 수학적 규칙에 따라 자폐인을 똑같이 흉내 내는 "디지털 트윈(컴퓨터 아바타)"을 만든다고 상상해 보세요. 이 아바타를 가상 세계에 넣고, 상황이 너무 무작위해질 때 동일성을 고집하기 시작하는지 관찰할 수 있습니다. 만약 로봇이 인간처럼 행동한다면, 이는 수학 모델이 옳다는 것을 시사합니다.

또한 논문은 이러한 최적화 알고리즘이 프로그래밍된 "로봇화된 상주 간병인"의 미래를 상상합니다. 인간이 무엇을 할지 추측하는 대신, 로봇은 놀라움 거리를 낮게 유지하면서 그 사람이 새로운 기술을 배울 수 있도록 돕는 완벽한 사건의 순서를 계산할 것입니다.

이 논문이 밝히지 않는 것

이 논문이 주장하지 않는 바를 명시하는 것이 중요합니다. 이 논문은 이것이 자폐증의 유일한 이유라고 말하거나, 치료법을 찾아냈다고 주장하는 것이 아닙니다. 저자는 이것이 "기능적 모델(functional model)"임을 분명히 하는데, 이는 뇌가 내부적으로 어떻게 생물학적으로 작동하는지가 아니라, 뇌가 무엇을 하고 있는지를 설명한다는 의미입니다. 이 모델은 비구어적이며 높은 수준의 지원이 필요한 사람들에게 특화되어 있으므로, 자폐 스펙트럼의 모든 사람에게 적용되지 않을 수도 있습니다.

논문은 "동일성에 대한 고집"이 사실 일반적인 인간 행동의 특수한 사례라고 제안합니다. 즉, 모든 사람은 놀라움을 최소화하려고 노력합니다. 하지만 이러한 특정 유형의 인지적 제한을 가진 사람들에게는, 뇌가 물리적인 것을 분류하고 기억하고 예측하는 데 너무 제한되어 있어서, 세상을 그 자리에 얼려버리는 것만이 놀라움을 최소화하는 유일한 방법이 됩니다.

최종 결론

결국, 이 논문은 자폐증에 대한 새로운 정의를 제공합니다. 즉, 뇌의 인지 도구가 물리적인 것을 분류하고 기억하고 예측하는 데는 제한되어 있지만, 추상적인 의미나 유연한 변화는 다룰 수 없는 상태를 말합니다. 세상이 너무 혼란스러워지면, 뇌는 그것을 이해할 도구가 없기 때문에 세상이 그대로 있기를 요구합니다.

저자는 우리가 만약 이 수학적 관점을 받아들인다면, 더 나은 치료법을 설계할 수 있다고 결론짓습니다. 사람들에게 유연성을 강요하는 대신, 우리는 그들이 놀라움 수준을 너무 높이지 않으면서도 단계적으로, 천천히 그들의 "알려진 세계"를 확장할 수 있도록 돕는 환경과 로봇을 만들 수 있습니다. 이는 이러한 행동을 "고쳐야 할 문제"로 보는 것에서, 혼란스러운 세상 속에서의 "스마트한 생존 전략"으로 보는 관점의 전환입니다.