Trial-History and Spatial Biases Shape Perceptual Decision-Making in Archerfish

결정은 결코 진공 상태에서 내려지지 않습니다. 동물이 두 가지 선택지 사이에서 하나를 고를 때, 그 선택은 단순히 지금 무엇을 보고 있느냐뿐만 아니라 바로 직전에 어떤 일이 일과 있었는지에 의해서도 형성되는 경우가 많습니다. 과학자들은 이러한 영향력을 "시행 이력(trial-history)"과 "공간적 편향(spatial bias)"이라고 부릅니다. 시행 이력은 이전의 시도가 보상을 받았는지 여부에 따라 이전 행동을 반복하거나 바꾸는 경향을 말합니다. 공간적 편향은 특정 위치가 다른 곳보다 아무런 이점이 없음에도 불구하고, 무의식적으로 그 위치를 선호하는 미묘한 성향을 의미합니다. 수십 년 동안 연구자들은 포유류와 조류에서 이러한 패턴을 연구해 왔으며, 우리의 뇌가 현재의 신호와 과거의 경험을 끊임없이 저울질하며 행동을 유도한다는 사실을 발견했습니다. 하지만 이 이해에는 큰 공백이 남아 있었습니다. 우리는 이러한 규칙들이 물고기, 특히 우리와는 매우 다르게 구성된 뇌를 가진 동물들에게 어떻게 적용되는지에 대해 거의 알지 못했습니다. 물고기는 포유류에서 발견되는 층상 구조의 외뇌(outer brain) 구조가 결여되어 있어, 과학계에서는 오랫동안 다음과 같은 질문을 던져왔습니다. 의사 결정의 규칙은 척추동물 전반에 걸쳐 보편적인가, 아니면 동물의 뇌가 어떻게 배선되어 있는지에 따라 달라지는가?

이 질문에 답하기 위해, 연구팀은 열대 지역에서 나뭇가지에 매달린 곤충을 물줄기를 쏘아 떨어뜨리는 능력으로 유명한 아처피쉬(archerfish)에게 주목했습니다. 야생에서 이 물고기들은 숙련된 사냥꾼이지만, 실험실에서는 일련의 선택 실험의 대상이 되었습니다. 연구진은 수면 위에 모니터를 설치하여 두 개의 이미지를 나란히 보여주는 수조를 준비했습니다. 첫 번째 실험 세트에서 이미지는 거미와 개미였습니다. 물고기들은 특정 이미지를 향해 물을 쏘면 먹이 알갱이를 받도록 훈련되었고, 다른 이미지를 향해 쏘면 아무것도 얻지 못했습니다. 가끔 연구진은 보상이 사라졌을 때 물고기가 행동을 바꾸는지 확인하기 위해, 어떤 이미지를 선택하더라도 음식이 제공되지 않는 "탐사(probe)" 시행을 실행했습니다.

결과는 복잡하고 놀라울 정도로 인간과 유사한 의사 결정 패턴을 드러냈습니다. 아처피쉬는 단순히 옳은 이미지를 골라 그것을 고수하는 법을 배우는 데 그치지 않았습니다. 대신, 그들의 선택은 최근 시행의 이력에 크게 영향을 받았습니다. 만약 물고기가 특정 모양을 방금 선택했다면, 설령 그것이 틀린 것이라 할지라도 다음 시행에서 똑같은 모양을 다시 선택할 가능성이 높았습니다. 이러한 "자극 이력(stimulus-history)" 편향은 많은 물고기의 실수가 거미와 개미의 차이를 식별하지 못해서가 아니라, 이전의 선택을 반복하려는 습성 때문이었음을 의미했습니다. 더욱이, 물고기들은 보상에 따른 "유지/전환(stay/switch)" 행동을 보였습니다. 어떤 물고기들은 승리한 후에는 특정 위치를 고수하는 반면, 어떤 물고기들은 패배한 후에 위치를 바꾸거나 심지어 방금 보상을 주었던 위치를 피하기도 했습니다. 이러한 패턴은 고정되어 있기보다는 마치 기상 체계처럼 시간이 흐름에 따라 서서히 변화했습니다.

아마도 가장 놀라운 점은 음식의 부재에 대한 물고기의 반응이었습니다. 설치류와 같은 많은 다른 동물들의 경우, 보상이 갑자기 중단되면 수행 능력이 즉각적이고 눈에 띄게 떨어지거나 새로운 해결책을 찾기 위해 분주하게 움직입니다. 그러나 아처피쉬는 놀라울 정도로 안정적인 모습을 유지했습니다. 탐사 시행 중에 음식이 제공되지 않을 때도, 아처피쉬는 먹이를 먹고 있을 때와 마찬가지로 동일한 정확도와 몰입도를 유지하며 물을 쏘았습니다. 그들은 당황하거나 전략을 바꾸지 않고, 그저 하던 일을 계속했습니다. 이는 아처피쉬가 포유류와 동일한 근본적인 의사 결정 편향(과거의 결과와 위치 선호에 의존하는 것)을 공유하면서도, 환경의 변화를 다루는 방식에 있어서는 다른 종류의 안정성을 가지고 있음을 시사합니다.

연구는 또한 이러한 습성이 거미와 개미 이미지에 국한된 것인지, 아니면 물고기가 생각하는 방식의 일반적인 특징인지도 탐구했습니다. 연구진이 곤충을 빨간 원과 삼각형 같은 단순한 추상적 도형으로 바꾸었을 때도 동일한 패턴이 나타났습니다. 물고기는 여전히 특정 위치에 대한 편향을 보였고 이전의 선택을 반복했습니다. 이는 이러한 의사 결정 규칙이 단순히 특정 종류의 그림에 대한 반응이 아니라, 아처피쉬의 인지적 도구 상구의 핵심적인 부분임을 입증합니다.

물고기와 포유류 사이의 간극을 메움으로써, 이 연구는 의사 결정의 구성 요소들이 척추동물의 진화 과정 전반에 걸쳐 고대부터 존재해 온 보존된 특성임을 시사합니다. 뇌의 모습이 전혀 닮지 않았음에도 불구하고, 아처피쉬와 인간 모두 동일한 기본 원칙에 의존합니다. 즉, 우리 모두는 우리가 어디에 있었는지, 방금 무엇을 했는지, 그리고 그 행동으로 보상을 받았는지에 의해 영향을 받는다는 것입니다. 흔들림 없는 시선과 일정한 조준력을 가진 아처피쉬는, 이러한 정신적 습성이 복잡한 포유류의 대뇌 피질의 산물이 아니라 척추동물이 된다는 것의 근본적인 부분임을 보여줍니다. 이 연구는 물고기 뇌의 미스터리를 완전히 풀었다고 주장하는 것이 아니라, 지형을 성공적으로 그려냄으로써 선택의 규칙이 우리가 속한 계통에서 갈라져 나온 지 수억 년이 지난 생명체들에게도 지속될 만큼 훨씬 더 보편적이라는 것을 보여주었습니다.