Primate Gaze Behavior Reflects Change of Mind in a Naturalistic Navigation Task

매일 우리의 뇌는 수많은 결정을 내리며, 종종 우리가 이미 움직이고 있는 도중에도 그러합니다. 우리는 복도를 지나 어떤 경로로 갈지, 운전 중에 어느 방향으로 회전할지, 혹은 선반에서 어떤 물건을 집을지 결정합니다. 이러한 선택들은 대개 최종적인 것이 아닙니다. 새로운 정보가 들어옴에 따라 우리는 빈번하게 마음을 바꾸며, 진행 중인 경로를 즉석에서 수정하곤 합니다. 과학자들은 뇌가 어떻게 결정을 내리는지 오랫동안 연구해 왔지만, 대부분의 실험은 사람들이 가만히 앉아 한 점을 응시하도록 강요하며, 주변을 둘러보고 정보를 수집하는 인간의 자연스러운 능력을 제한합니다. 이는 실험실에서 알고 있는 의사결정 방식과, 눈이 끊임없이 움직이며 주변 환경을 탐색하고 우리가 어디로 가고 있는지에 대한 이해를 업데이트하는 실제 세상에서의 행동 방식 사이에 간극을 만듭니다.

뉴욕 대학교와 한국뇌연구원의 연구진은 이 간극을 메우고자 했습니다. 그들은 우리의 눈이 움직이는 방식이 마음을 바꾸는 숨겨진 과정을 드러낼 수 있는지 알아보고자 했습니다. 구체적으로, 목표를 향해 항해하는 동안 시선의 정밀도가 새로운 옵션이 나타났을 때 원래의 계획을 고수할지 아니면 새로운 계획으로 바꿀지를 예측할 수 있는지 질문했습니다. 가상 세계에서 인간과 원숭이를 모두 연구함으로써, 그들은 우리의 눈이 단순히 사물을 보는 것 이상의 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 즉, 눈은 우리의 내부 신념을 보여주는 창 역할을 하며, 우리가 언제 그리고 왜 경로를 바꾸기로 결정하는지를 정확히 보여준다는 것입니다.

이를 조사하기 위해 연구진은 인간과 원숭이가 자유롭게 항해할 수 있는 가상 환경을 만들었습니다. 참가자들은 조이스틱을 사용하여 깜빡이는 삼각형 모양들로 덮인 평평한 지면처럼 보이는 3차원 공간을 통과했습니다. 이 모양들은 속도감과 방향감을 주기 위해 참가자들을 지나쳐 움직였지만, 방향을 잡는 데 도움을 줄 나무나 건물 같은 고정된 지형지물은 없었습니다. 이 세계에서는 짧은 시간 동안 "반딧불이"—작고 어두운 원 모양—가 지면에 나타났다가 순식간에 사라졌습니다. 과제는 그 반딧불이가 있었던 지점으로 이동하여 그곳에 멈추는 것이었습니다.

실험에는 두 가지 주요 변형이 있었습니다. 어떤 시행에서는 두 개의 반딧불이가 동시에 나타났고, 피험자는 하나를 선택해 끝까지 유지해야 했습니다. 다른 시행에서는 첫 번째 반딧불이가 나타난 후, 짧은 지연 시간을 두고 두 번째 반딧불이가 모습을 드러냈습니다. 이 두 번째 설정은 연구진이 피험자가 마음을 바꿀 것인지를 관찰하는 데 매우 중요했습니다. 만약 새로운 반딧불이가 더 편리한 위치에 나타난다면, 피험자는 원래의 경로를 포기하고 새로운 경로를 향해 조종할까요? 결과에 따르면 인간과 원숭이는 이 과제에 매우 능숙했으며, 더 가까운 목표물이나 회전이 적게 필요한 쪽처럼 노력이 적게 드는 목표를 자주 선택했습니다. 그러나 새로운 목표가 나타났을 때, 그들은 현재 경로의 비용과 새로운 옵션의 가능성을 저울질하는 유연한 능력을 보여주며 빈번하게 마음을 바꿨습니다.

연구에서 가장 드러내는 부분이 컸던 것은 참가자들의 눈을 관찰하는 것이었습니다. 연구진은 눈이 단순히 보이는 것에 반응하는 것이 아니라, 피험자가 도달하고자 의도하는 보이지 않는 목표를 추적한다는 것을 발견했습니다. 피험자가 첫 번째 목표를 고수하기로 결정했을 때, 그들의 시선은 목표물이 사라진 후에도 기억된 위치에 안정적으로 고정되어 있었습니다. 하지만 마음을 바꿔 두 번째 목표를 향해 가기로 결정했을 때, 그들의 눈은 새로운 목표를 향해 부드럽게 이동했으며, 이는 종종 몸의 움직임이나 조이스틱의 움직임이 변화를 완전히 반영하기 전부터 일어났습니다. 이는 뇌가 이미 계획을 업데이트했으며, 눈은 단지 새로운 내부 방향을 따르고 있을 뿐임을 시사했습니다.

결정적으로, 연구진은 이 시선 추적이 일어나기 전에 변화를 예측할 수 있다는 것을 발견했습니다. 만약 피험자가 여전히 첫 번째 목표를 향해 항해하는 동안 시선이 흔들리거나 목표에서 벗어난다면, 이는 그 선택에 대한 믿음이 흔들리고 있음을 나타냈습니다. 이러한 불확실성은 두 번째 목표가 나타났을 때 그들이 경로를 바꿀 가능성을 훨씬 높였습니다. 반대로, 시선이 첫 번째 목표에 안정적이고 정밀하게 고정되어 있을 때는 새로운 옵션을 무시하고 원래의 여정을 마칠 가능성이 훨씬 높았습니다. 눈은 본질적으로 확신의 강도를 방송하고 있었습니다. 안정적인 시선은 확고한 결정을 의미했고, 흔들리는 시선은 마음이 여전히 변화에 열려 있음을 의미했습니다.

이를 확인하기 위해 연구팀은 시선 움직임과 피험자의 이동 속도 및 방향과 같은 데이터를 분석하는 컴퓨터 모델을 구축했습니다. 그들은 눈의 수평 위치만을 살펴봄으로써 피험자가 결국 어떤 목표를 선택할지 예측할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 예측은 두 번째 목표가 나타나기 전에도 작동했으며, 이는 눈의 미세한 움직임 속에 피험자의 미래 행동에 대한 숨겨진 정보가 들어있음을 증명했습니다. 모델은 눈이 단순히 결정의 결과가 아니라, 뇌의 내부 지도에 담긴 잠재 변수를 운반하는 능동적인 계획 과정의 일부임을 보여주었습니다.

이 연구는 또한 인간과 원숭이 사이의 놀라운 유사성을 강조했습니다. 두 종 모두 가까운 곳과 중앙에 위치한 목표를 선호하는 동일한 행동 패턴을 보였으며, 마음을 바꿀 때를 알리기 위해 동일한 방식으로 눈을 사용했습니다. 이는 눈의 움직임과 의사결정을 연결하는 메커니즘이 영장류가 불확실한 세상을 항해하는 방식의 근본적인 부분임을 시사합니다. 이 발견은 눈의 움직임이 단순히 무언가를 보는 부수적인 효과라는 오래된 생각을 뒤엎습니다. 대신, 우리의 눈이 믿음을 업데이트하고 다음 움직임을 계획하는 복잡한 작업에 깊이 관여하고 있음을 보여줍니다.

결국, 이 연구는 우리가 어떻게 선택을 내리는지에 대한 새로운 이해 방식을 제공합니다. 이는 보는 행위가 결정하는 행위와 분리된 것이 아니라, 서로 얽혀 있음을 시사합니다. 우리가 어떤 경로를 바라볼 때, 우리의 눈은 그 경로에 대한 확신을 테스트하고 있습니다. 시선이 안정적이라면 우리는 전념하고 있는 것입니다. 시선이 흔다리면 우리는 재고하고 있는 것입니다. 우리의 눈이 어디를 향하고 어떻게 움직이는지를 관찰함으로써, 우리는 마음을 바꾸는 보이지 않는 과정을 실시간으로 볼 수 있으며, 우리가 취하는 경로가 종종 첫 발을 내딛기도 훨씬 전에 이미 결정되어 있음을 알 수 있습니다.