Changes in perceptual sampling contribute to representational drift

당신의 뇌의 시각 체계를 당신이 보는 것을 끊임없이 기록하는 첨단 보안 카메라라고 상상해 보세요. 과학자들은 시간이 흐르면서 흥미로운 현상을 발견했습니다. 당신이 정확히 같은 사진을 보고 있음에도 불구하고, 뇌가 만드는 "기록"은 서서히 변한다는 것입니다. 그들은 이를 **표상 표류(representational drift)**라고 부릅니다.

오랫동안 과학자들은 이 표류가 카메라 내부의 배선이 안쪽에서부터 서서히 녹슬거나 재배선되기 때문에(마치 오래된 뉴런이 그 연결을 바꾸는 것처럼) 발생한다고 생각했습니다. 하지만 이 논문은 다른 질문을 던집니다: 만약 카메라 자체가 변하는 것이 아니라, 우리가 그것을 들고 있는 방식이 변하는 것이라면 어떨까?

연구진이 발견한 내용을 일상적인 비유를 사용하여 설명하겠습니다.

"방황하는 시선" 실험

연구진은 14명의 성인을 대상으로 장기 실험을 설계했습니다. 그들은 사람들에게 2주에서 4주에 걸쳐 자연스러운 사진(풍경이나 도시 사진 등)을 보게 했습니다. 이는 마치 한 달 동안 박물관을 여섯 번 방문하는 것처럼, 여섯 번의 서로 다른 세션으로 진행되었습니다.

그들은 사람들이 각 사진의 정확히 어느 부분을 보았는지 매핑하기 위해 안구 추적 기술을 사용했습니다. 이것은 눈이 머무는 곳을 나타내는 "히트맵(heat map)"을 그리는 것과 같습니다.

발견 내용:
시간이 흐름에 따라 히트맵이 변한다는 사실을 발견했습니다. 사진은 동일했음에도 불구하고, 사람들의 눈은 약간씩 다른 지점에 머물기 시작했습니다.

• 비유: 당신이 숲을 그린 그림을 보고 있다고 상셉해 보세요. 처음 방문했을 때는 중앙에 있는 커다란 참나무를 주로 응시합니다. 한 달 뒤에도 여전히 그 나무를 보지만, 당신의 눈은 자연스럽게 왼쪽의 덤불 쪽으로 약간 이동합니다. 또 한 달 뒤에는 하늘 쪽을 좀 더 집중해서 볼 수도 있습니다.
• 결과: 방문 사이의 시간 간격이 길어질수록, 이 "시선 지도"는 더 많이 달라졌습니다. 이 표류는 무작위적인 혼돈이 아니라, 방향이 서서히 변화하는 꾸준한 이동이었습니다.

컴퓨터 시뮬레이션

이러한 미세한 시선 변화가 실제로 뇌가 이미지를 "보는" 방식을 바꿀 수 있는지 확인하기 위해, 연구진은 CORnet-S라고 불리는 컴퓨터 모델을 사용했습니다. 이 모델을 원숭이나 인간의 시각 체계가 이미지를 처리하는 방식을 모방한 디지털 뇌라고 생각하십시오.

그들은 원래의 사진들을 가져와서, 세션 1, 세션 2 등 각 세션에서 사람들이 눈길을 주었던 위치를 기반으로 사진을 "마스킹(masking)" 처리했습니다. 그런 다음 이 약간씩 달라진 버전의 동일한 사진들을 디지털 뇌에 입력했습니다.

기계 속의 "표류":
기저에 깔린 사진은 동일했음에도 불구하고, 시선 패턴이 변함에 따라 디지털 뇌의 반응도 변했습니다.

• 비유: 당신이 친구에게 집을 설명한다고 상상해 보세요. 만약 당신이 정문만을 본다면, 당신은 문에 대해 설명할 것입니다. 만약 시선을 창문으로 옮긴다면, 당신의 설명에는 유리가 포함될 것입니다. 다시 지붕으로 시선을 옮긴다면, 당신의 설명은 또 바뀔 것입니다. 집 자체는 변하지 않았지만, 당신의 관점이 변했기 때문에 당신의 '설명'이 표류한 것입니다.
• 결과: 연구진은 뇌의 반응 사이의 "거리"를 측정했습니다. 그들은 시선 패턴이 시간이 지남에 따라 더 멀리 떨어지게 됨에 따라, 이미지에 대한 뇌의 내부 표상 또한 더 멀리 표류한다는 것을 발견했습니다. 이는 기초적인 처리 단계(V1와 같은)부터 복잡한 이해 단계(IT와 같은)에 이르기까지 시각 체계의 모든 수준에서 일어났습니다.

결론

이 논문은 표상 표류가 반드시 뇌의 배선이 고장 나거나 재배선되고 있다는 것을 의미하지는 않는다고 결론짓습니다.

대신, 우리의 뇌는 매우 민감하여 익숙한 물체를 볼 때 눈이 약간 다른 지점으로 옮겨가는 것과 같은 불가피하고 미세한 시선의 변화만으로도, 그 물체에 대한 우리의 내부적 "정신적 이미지"를 변화시키기에 충분하다는 점을 시사합니다.

요약하자면: 카메라(뇌)는 안정적일 수 있지만, 우리가 그것을 들고 있는 방식(우리의 시선)은 항상 움직이고 있습니다. 그리고 그 때문에, 우리 마음속에 찍히는 사진은 결코 두 번 똑같을 수 없습니다.