Environmental volatility amplifies Pavlovian control in decision-making

매일 우리의 뇌는 끊임없이 계산기 역할을 하며, 다음에 무엇을 할지 결정하기 위해 행동의 예상 결과를 저울질합니다. 만약 버튼을 눌러서 보상을 얻는다면, 당신은 그 버튼을 다시 누르는 법을 배울 것입니다. 반대로 버튼을 눌렀는데 아무것도 얻지 못한다면, 당신은 그 행동을 멈출 것입니다. 이것이 우리가 인과관계가 보통 일정하게 유지되는 세상을 항해하는 방식입니다. 하지만 실제 세상은 그렇게 안정적인 경우가 드뭅니다. 때로는 예고 없이 규칙이 변하기도 합니다. 어제는 안전으로 이끌었던 길이 오늘은 위험으로 이어질 수 있습니다. 환경이 예측 불가능해지면 뇌는 어려운 문제에 직면합니다. 현명한 선택을 하는 데 의존했던 정보가 소음이 많고 신뢰할 수 없게 되기 때문입니다. 이러한 높은 불확실성의 순간에, 우리 마음은 새로운 규칙을 파악하기 위해 계속 노력할 것인지, 아니면 환경의 신호에 자동적으로 반응하는 더 단순하고 오래된 체계에 의존할 것인지를 결정해야 합니다.

우리가 어떻게 신중한 계산과 자동적인 반응 사이를 전환하는지에 대한 이 질문은 볼로냐 대학교와 이탈리아 국립연구위원회 연구진의 새로운 연구의 핵심입니다. 그들은 세상이 혼란스러워질 때 어떤 일이 일어나는지 알고 싶어 했습니다. 구체적으로, 그들은 불안정한, 예측 불가능한 환경이 우리가 자신의 계산을 무시하고 대신 익숙한 단서의 이끌림을 따르게 만드는지를 조사했습니다. 숲속을 걷고 있는데 길 표식들이 계속 움직이는 상황을 상상해 보십시오. 결국 사람들은 지도를 읽으려는 노력을 멈추고, 비록 지도에는 물이 다른 곳에 있다고 적혀 있더라도, 보통 물로 이어지는 꽃의 향기를 따라가게 될지도 모릅니다. 연구진은 이러한 종류의 변화가 환경이 휘발성(변동성이 높은 상태)을 띨 때 인간의 뇌에서 발생하는지, 그리고 이 변화가 우리가 선택을 내리는 방식의 본질 자체를 바꾸는지 확인하고자 했습니다.

답을 찾기 위해 연구팀은 슬롯머신을 모방한 컴퓨터 기반 게임을 설계했습니다. 실험의 첫 번째 부분에서 50명의 건강한 자원봉사자들은 두 가지 서로 다른 조건에서 이 게임을 배우는 법을 익혔습니다. '저변동성' 조건에서 기계는 예측 가능했습니다. 한쪽 레버는 대부분의 경우 보상을 주었고, 다른 쪽은 드물게 보상을 주었습니다. 규칙은 오랫동안 동일하게 유지되었습니다. '고변동성' 조건에서는 규칙이 빈번하게, 그리고 예고 없이 바뀌었습니다. 보통 좋았던 레버가 갑자기 나빠지고, 나빴던 것이 좋아지기도 했으며, 때로는 한 세션 동안 다섯 번이나 바뀌었습니다. 참가자들은 자신의 선택에 따른 결과만을 관찰함으로써 이러한 변화하는 패턴을 학습해야 했습니다. 예상대로, 사람들은 변하는 규칙을 익히는 데 훨씬 더 큰 어려움을 겪었습니다. 그들의 선택은 덜 정확해졌고, 어떤 레버를 골라야 할지 더 불확실해 보였습니다.

슬롯머신의 규칙을 배운 후, 참가자들은 음식 보상의 사진을 보는 두 번째 단계로 넘어갔습니다. 그들은 특정 사진이 어떤 음식을 예측하는지 학습했습니다. 이는 단순히 사진과 그 결과를 지켜보는 수동적 학습 단계였으며, 레버를 누르는 행위 없이 이루어졌습니다. 이를 통해 그들의 마음속에는 특정 사진과 특정 음식 사이에 강력한 연결 고리가 형성되었습니다. 마지막으로, 연구진은 이 두 부분을 결합했습니다. 참가자들은 다시 슬롯머신으로 돌아왔지만, 이번에는 레버를 선택하기 전에 레버 위에 사진 한 장이 나타났습니다. 이 사진은 현재 가장 좋은 선택지인 레버와 일치할 수도 있고, 현재 가장 나쁜 선택지인 레버를 가리킬 수도 있었습니다. 연구진은 참가자들이 최근에 보상을 주었던 레버를 고수할 것인지, 아니면 사진이 제시하는 방향으로 끌려갈 것인지를 관찰했습니다.

결과는 명확하고 놀라운 패턴을 보여주었습니다. 참가자들이 안정적인 저변동성 환경에서 게임을 배웠을 때는 사진이 거의 영향을 미치지 않았습니다. 그들은 주로 사진을 무시하고 현재 자신에게 가장 많은 보상을 주는 레버를 선택했습니다. 그러나 혼란스러운 고변동성 환경에서 게임을 배웠을 때는 사진이 통제권을 쥐었습니다. 만약 사진이 현재 가장 나쁜 선택지를 가리키고 있다면, 고변동성 그룹의 참가자들은 안정적 그룹보다 훨씬 더 자주 사진을 따랐습니다. 그들은 과거에 효과적이었던 전략을 버리고 단서가 결정을 주도하게 내버려 두었습니다. 이는 사진이 현재 기계의 규칙과는 무관함에도 불구하고 일어난 일이었습니다. 끊임없는 변화에 압도된 뇌가 자신의 계산으로부터 신뢰를 옮겨, 더 단순한 신호로 옮겨간 것입니다.

연구진은 또한 참가자들의 선택이 얼마나 일관적인지도 살펴보았습니다. 그들은 결정의 '엔트로피'를 측정했는데, 이는 사람의 행동이 순간순간 얼마나 다양하게 변하는지를 설명하는 방식입니다. 고변동성 그룹의 경우, 사진과 최선의 선택이 서로 충돌할 때 참가자들의 선택은 매우 불규칙해졌습니다. 그들은 사진을 따르는 것과 규칙을 따르는 것 사이에서 갈팡질팡하며 두 체계 사이에서 갈등하는 것처럼 보였습니다. 이러한 내부적 갈등은 소음이 많고 예측 불가능한 행동 패턴을 만들어냈습니다. 하지만 피드백이 중단될 때 어떤 일이 일어나는지 테스트하기 위해 설계된 두 번째 실험에서는 이야기가 달라졌습니다. 이 버전에서 연구진은 테스트 중 특정 구간 동안 보상 피드백을 제거했습니다. 계산을 업데이트할 피드백이 없으므로, 도구적 체계(instrumental system)는 작동할 근거를 잃었습니다. 이 상태에서 참가자들은 단순히 불규칙해진 것이 아니라, 매우 경직되게 일관된 모습을 보였습니다. 그들은 사진을 따를 때마다 매번 예외 없이 사진을 따랐습니다. 갈등은 사라졌는데, 이는 뇌가 계산을 멈추고 단서에 완전히 굴복했기 때문입니다.

이러한 발견은 환경의 휘발성이 단순히 우리의 행동에 혼란이나 소음을 더하는 것이 아님을 시사합니다. 대신, 휘발성은 우리 뇌가 서로 다른 유형의 정보를 어떻게 가중치 있게 다룰지를 능동적으로 변화시킵니다. 세상이 안정적일 때, 우리는 행동으로부터 배우는 능력에 의존합니다. 세상이 예측 불가능해지면, 우리 뇌는 모든 변화를 추적하는 것이 너무 비용이 많이 들고 위험하다고 판단하는 듯합니다. 대신, 뇌는 환경의 신호에 반응하는 더 단순한 단서 기반 체계로 통제권을 넘깁니다. 이러한 전환은 학습의 실패가 아니라 전략적 적응입니다. 뇌는 혼란스러운 세상에서는 기존의 규칙이 사라졌으며, 남은 유일하게 안정적인 것은 신호라는 것을 깨닫는 것입니다. 이 메커니즘은 왜 불안정하거나 스트레스가 많은 상황에 처한 사람들이 더 충동적이거나 즉각적인 단서에 휘둘리게 되는지를 설명하는 데 도움을 주며, 이는 중독이나 강박 장애와 같은 질환에서 나타나는 패턴입니다. 이 연구는 지도가 계속 바뀔 때, 우리가 지도를 읽는 것을 멈추고 향기를 따라가게 된다는 것을 보여줍니다.