Mental Operations on Long-term Memory do not Require a Sustained Increase in Working Memory Engagement

인간의 정신은 흔히 두 가지 뚜렷한 저장 체계를 가진 것으로 묘사됩니다: 과거 경험이 담긴 방대한 도서관과 즉각적인 생각을 위한 작은 활성 작업 공간입니다. 장기 기억이라고 알려진 이 도서관은 우리가 평생 동안 축적해 온 사실, 기술, 그리고 연상 작용을 보유합니다. 작업 기억이라 불리는 작업 공간은 우리가 지금 당장 머릿속에 담아두고 있는 몇 가지 정보, 예를 들어 막 걸려고 하는 전화번호나 우리가 항해 중인 경로와 같은 것을 유지하기 위해 사용하는 정신적 연습장입니다. 수십 년 동안 과학자들은 우리가 중간 지점을 계산하거나 퍼즐을 푸는 것과 같은 정신적 과업을 수행할 때, 우리의 뇌가 관련 정보를 이 활성 작업 공간 안에 단단히 잠가 두어야 한다고 믿어 왔습니다. 지배적인 견해는 더 열심히 생각한다는 것이 이 작업 공간에 더 많은 것을 더 오랫동안 유지하는 것을 의미하며, 본질적으로 정신적 노력의 지속적인 증가를 요구한다는 것이었습니다.

그러나 이러한 가정은 사람들이 새롭고 생소한 정보를 기억해야 했던 실험들에 크게 의존하고 있었습니다. 그러한 경우, 뇌는 새로운 데이터가 사라지지 않도록 유지하기 위해 열심히 작동해야 했습니다. 하지만 우리의 일상적인 사고 중 상당 부분은 이미 잘 알고 있는 정보를 조작하는 것을 포함합니다. 예를 들어 익숙한 물체의 위치를 회상하거나, 알려진 규칙을 사용하여 문제를 해결하는 것 등입니다. 우리가 가진 방대한 내부 도서관에서 정보를 인출하여 작업할 때, 우리의 활성 작업 공간이 여전히 내내 완전히 몰입된 상태를 유지해야 하는지, 아니면 꼭 필요할 때만 개입하는 것인지는 여전히 불분ç명했습니다.

연구팀은 사람들이 익숙한 정보를 바탕으로 정신적 연산을 수행하는 동안 뇌의 전기적 활동을 관찰함으로써 이 질문에 답하고자 했습니다. 연구진은 참가자들에게 특정 색상이 화면상의 특정 위치와 연결되어 있다는 간단한 연상 관계를 가르쳤습니다. 이러한 연결이 학습되어 장기 기억에 저장된 후, 참가자들은 테스트 단계에 들어갔습니다. 각 시행(trial)마다 색상이 나타나면, 참가자는 자신이 학습했던 위치를 회상해야 했습니다. 직후에, 새롭고 다른 위치가 화면에 나타났습니다. 여러 시행 블록에 걸쳐, 참가자들은 정신적 연산(기억된 위치와 새로운 위치 사이의 정확한 중간 지점을 상상해야 함)을 수행하거나, 단순히 최종 탐침(probe)이 이전에 보았던 위치 중 하나와 일치하는지 판단해야 했습니다.

이 순간들의 내부에서 어떤 일이 일어나고 있는지 확인하기 위해, 연구진은 두피에서 전기 신호를 측정하는 기술을 사용했습니다. 그들은 뇌가 정보를 어떻게 관리하는지에 대한 창 역할을 하는 알파파 전력(alpha-band power)이라는 특정 뇌파 패턴에 주목했습니다. 고급 컴퓨터 기법을 사용하여 신호를 분석함으로써, 연구진은 두 가지를 추적할 수 있었습니다: 사람이 수행 중인 과업이 무엇인지, 그리고 그 사람이 정신적으로 어디에 주의를 집중하고 있는지 말입니다. 결과는 과업 자체에 대한 뇌의 표상(representation)—즉, 중간 지점을 계산하는 것인지 혹은 비교를 하는 것인지—이 전체 과정 동안 일정하고 명확하게 유지되었다는 것을 보여주었습니다. 이는 사람이 자신이 무엇을 해야 하는지 알고 있으며 그 목표를 계속 염두에 두고 있음을 나타냈습니다.

하지만 연구진이 실제 위치 정보를 어떻게 유지하는지를 살펴보았을 때 양상은 바뀌었습니다. 참가자들이 중간 지점을 계산하도록 요청받았을 때, 뇌는 과정 초기에 기억된 위치에 대해 더 강한 신호를 보였는데, 이는 계산을 수행하기 위해 활성 작업 공간을 짧고 강렬하게 사용했음을 시사합니다. 그러나 이러한 고조된 참여는 지속되지 않았습니다. 시행이 진행됨에 따라, 계산 과업과 단순 비교 과업 사이의 뇌 활동 차이는 사라졌습니다. 뇌는 과업이 진행되는 내내 높은 수준의 능동적 저장을 유지하지 않았습니다. 대신, 뇌는 이미 장기 기억에 저장된 정보에 의존하며, 특정 연산을 처리하기 위해 아주 짧은 순간 동안만 활성 작업 공간을 온라인 상태로 만들었습니다.

이러한 발견은 정신적 연산이 본질적으로 우리의 활성 작업 기억에 지속적이고 무거운 부하를 요구한다는 오랜 관념에 도전합니다. 이 연구는 정보가 이미 장기 기억에 존재할 때, 우리의 뇌가 이를 지속적이고 강렬하게 감시할 필요가 없음을 시사합니다. 대신, 활성 작업 공간은 특정 연산을 수행하기 위해 잠시 개입했다가 물러나는 일시적인 도구처럼 작동하며, 방대한 도서관인 장기 기억이 핵심적인 역할을 할 수 있도록 해줍니다. 이는 우리의 정신이 일상의 복잡한 계산을 처리하는 데 있어 훨씬 더 효율적이고 유연한 방식을 가지고 있음을 보여줍니다.