Multiple task-demands flexibly optimize neural geometry in human ventral temporal cortex

인간의 지능은 노력 없이도 느껴지는 일종의 정신적 민첩성, 즉 단 하나의 지시를 듣고 즉시 기어를 바꾸어 완전히 다른 과업을 수행할 수 있는 능력으로 정의된다. 만약 당신에게 사진 더미를 동물의 종에 따라 분류하라는 요청을 받으면 당신은 그렇게 한다. 만약 다음 지시가 동일한 사진들을 감정적 톤에 따라 분류하라고 요구한다면, 당신은 망설임 없이 전환한다. 이러한 유연성은 뇌가 단순히 하나의 경직된 세계상을 저장하는 것이 아님을 시사한다. 대신, 뇌는 현재 필요한 것에 따라 서로 다른 특징들을 강조하며 사물을 보는 방식을 재형성할 수 있어야 한다. 과학자들은 오랫동안 이러한 재형성이 어디에서, 어떻게 일어나는지 궁금해해 왔다. 그것이 나머지 뇌에 무엇을 할지 알려주는 고차원적인 결정 센터에서 일어나는 것인가, 아니면 시각 정보를 처음 받아들이는 감각 영역 깊은 곳에서부터 재형성이 시작되는 것인가?

이를 밝히기 위해 연구진은 독특한 자원봉사자 그룹에 주목했다. 바로 전극이 대뇌 피질에 직접 배치되어 뇌 모니터링을 받고 있던 뇌전증 환자들이었다. 이 환자들은 비침습적 방법으로는 달성할 수 없는 명료함으로 과학자들이 뇌의 전기적 활동을 경청할 수 있게 해주었다. 연구팀은 복잡한 시각 정보를 처리하는 것으로 알려진 뇌 하단의 영역인 복측 측두엽(ventral temporal cortex)에 집중했다. 그들은 참가자들에게 이미지를 보고 매 시행(trial)마다 세 가지 서로 다른 과업을 수행하도록 요청했다. 첫 번째 과업의 목표는 특정 얼굴과 다른 얼굴을 구별하는 것처럼 개별 항목들을 구분하는 것이었다. 두 번째 과업의 목표는 서로 다른 두 마리의 개가 모두 개라는 것을 인식하는 것처럼 항목들을 넓은 범주로 묶는 것이었다. 세 번째 과업의 목표는 물체의 기능이나 의미를 식별하는 것과 같이 이미지 뒤에 숨겨กัน 개념을 이해하는 것이었다. 연구진은 현재의 요구 사항에 맞춰 뇌의 내부 지도가 변하는 순간을 찾고자 했다.

결과에 따르면 이러한 정신적 전환은 즉각적으로 일어나지 않았다. 참가자가 새로운 지시를 받았을 때, 뇌는 새로운 규칙에 맞추기 위해 즉시 세계를 보는 관점을 재조직하지 않았다. 대신, 신경 표상은 점진적으로 진화했다. 참가자가 한 시행 내에서 연속적인 자극들을 관찰함에 따라, 뇌는 내부 기하학적 구조를 서서히 정교하게 다듬었으며, 지도가 과업에 최적화될 때까지 서로 다른 항목들 사이의 거리를 조정했다. 이 과정은 갑작스러운 전환이 아니라 단계적인 튜닝이었다. 복측 측두엽은 세 가지 유형의 요구 모두에 대해 이러한 특정한, 과업 의존적인 조정을 보여준 유일한 영역이었다. 이 영역은 실시간으로 항목 간의 유사성을 측정하는 방식을 역동적으로 변경하여, 연관된 개념들은 더 가깝게 가져오거나 관련 없는 것들은 더 멀리 밀어냈다.

결정적으로, 이러한 점진적인 정교화는 단순한 생물학적 호기기가 아니라, 개인의 수행 능력에 직접적인 영향을 미쳤다. 뇌의 조정 속도와 정확도는 해당 시행에서의 참가자의 성공을 예측했다. 신경 기하학이 과업 요구 사항과 잘 일치할 때, 사람은 더 높은 성과를 냈다. 이 발견은 뇌의 감각 영역이 단순히 가공되지 않은 데이터를 상위 센터로 전달한다는 전통적인 관점에 도전한다. 대신, 이는 유연성을 발휘하는 능력이 지각의 최전선에서부터 시작된다는 것을 시사한다. 뇌는 사고의 한 순간 안에서 반복을 통해 내부 지도를 조정함으로써, 점진적이고 과업 의존적인 정교화를 통해 세계를 보는 관점을 맞춤화하기 시작한다. 감각 피질에서 일 see되는 이러한 점진적, 과업 의존적 튜닝은 새로운 지시에 즉각적으로 적응하는 인간의 능력에 대한 토대로 보인다.