Familiarity synchronizes brain rhythms during natural viewing
이 연구는 서사에 대한 친숙함이 시각 네트워크와 디폴트 모드 네트워크 전반에 걸친 베타 및 감마 뇌 리듬의 상호 주관적 동기화를 선택적으로 강화한다는 것을 입증하며, 이는 사전 경험이 자연스러운 지각 과정 중 신경 표상의 조율을 형성하는 메커니즘을 밝혀준다.
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인간의 지각은 결코 일어나는 그대로의 세상을 단순하게 기록하는 것이 아니다. 대신, 우리의 뇌는 들어오는 감각 정보와 우리가 이미 알고 있는 것을 끊임없이 혼합한다. 우리가 영화를 보거나, 이야기를 듣거나, 익숙한 거리를 걸을 때, 우리의 과거 경험은 우리가 보고 듣는 것을 해석하는 방식을 형성한다. 이 과정은 뇌가 그 순간을 이해하기 위해 서로 다른 영역들이 효과적으로 소통하도록 보장하는, 뇌의 활동을 조직화하는 능력에 의존한다. 과학자들은 익숙한 경험이 우리가 정보를 더 효율적으로 처리하게 만든다는 사실을 오래전부터 알고 있었지만, 우리의 뇌가 어떻게 이러한 공유된 이해를 조율하는지에 대한 구체적인 메커니즘은 미스터리로 남아 있었다. 질문은 단지 우리가 같은 것을 보느냐가 아니라, 우리의 뇌가 어떻게 내부 리듬을 동기화하여 세상에 대한 통일된 경험을 만들어내느냐 하는 것이다.
한 연구팀은 이야기를 아는 사람과 모르는 사람의 뇌가 동일한 시각적 입력에 어떻게 반응하는지를 관찰함으로써 이 메커니즘을 밝혀내고자 했다. 그들은 56명의 성인을 모집하여 텔레비전 시리즈인 왕좌의 게임의 클립들을 시청하게 했다. 참가자의 절반은 이 쇼를 본 적이 있었고, 나머지 절반은 본 적이 없었다. 이 그룹들이 클립을 시청하는 동안, 연구진은 두피에 배치된 전극을 사용하여 뇌 활동을 기록했는데, 이는 뇌의 전기적 리듬을 매우 빠른 속도로 포착하는 방법이다. 이러한 리듬이 어디에서 기원하는지 이해하기 위해, 연구팀은 이 전기 신호를 별도의 연구에서 동일한 클립을 시청했던 다른 집단의 뇌 스캔 결과와 비교했다. 이를 통해 그들은 빠른 전기 파동을 뇌 영상에서 보이는 더 느리고 대규모적인 활동과 연결할 수 있었다.
연구진은 서로 다른 사람들이 동일한 사건에 얼마나 유사하게 반응하는지를 측정하는 "대상 간 상관관계(intersubject correlation)"라는 개념에 집중했다. 만약 두 사람이 영화를 보고 있을 때 두 사람의 뇌 활동이 같은 순간에 상승하고 하락한다면, 그들의 뇌는 동기화된 것이다. 연구 결과, 클립을 시청하는 것은 참가자가 이야기를 알고 있는지 여부와 관계없이 모든 참가자 사이에서 뇌 활동을 동기화시킨다는 것이 밝혀졌다. 이 동기화는 느린 파동부터 매우 빠른 파동에 이르기까지 광범위한 뇌 리듬 전반에서 나타났으며, 뇌 전체의 거대한 네트워크 활동과 연결되어 있었다. 그러나 결정적인 발견은 친숙함이 특정 방식으로 이 동기화의 강도를 변화시킨다는 점이었다. 쇼를 알고 있던 시청자들의 경우, 베타 및 감마 주파수 대역에서 동기화가 현저히 더 강하게 나타났다. 이들은 뇌의 처리 계층 구조를 따라 정보를 상하로 전달하는 데 관여하는 것으로 생각되는 특정 속도의 뇌파들이다.
이러한 강화된 동기화는 무작위가 아니었으며, 뇌의 특정 부분과 연관되어 있었다. 익숙한 시청자들에게서 나타난 베타 및 감마 리듬의 더 강한 연결은 뇌 뒷부분의 시각 영역뿐만 아니라 기억, 감정, 그리고 복잡한 서사를 이해하는 데 책임이 있는 고차원 영역에서 가장 두드러졌다. 연구진이 이러한 뇌 리듬이 뇌 스캔에서 보이는 느린 혈류 변화와 어떻게 관련되는지 살펴보았을 때, 익숙한 그룹은 시각 및 기억 관련 영역의 활동과 전기적 활동 사이의 훨씬 더 긴밀한 연결을 보여주었다. 반면, 익숙하지 않은 그룹은 이 영역들에서 더 약하거나 심지어 반대되는 연결 패턴을 보였다. 이는 사람들이 이야기를 알고 있을 때, 뇌가 사전 지식을 사용하여 정보의 흐름을 더 잘 조율하며, 시각적 이미지를 보는 것과 그 의미를 이해하는 것 사이의 연결을 강화한다는 것을 시사한다.
이 연구는 또한 이러한 서로 다른 뇌 리듬이 단순히 독립적으로 작동하는 것이 아니라, 서로 시간상으로 함께 움직인다는 것을 밝혔다. 익숙한 시청자들의 경우, 베타 및 감마 리듬은 영화가 진행되는 동안 함께 오르내리며 같이 변동했다. 이러한 조화로운 타이밍은 모르는 그룹보다 아는 그룹에서 훨씬 더 강력하게 나타났다. 친숙함은 뇌가 내부 시계를 정렬하도록 하여, 시각적 세부 사항의 빠른 처리와 이야기 맥락의 느린 통합이 발맞추어 이루어지도록 보장하는 것으로 보인다. 연구진은 이 효과가 모든 뇌파에 걸쳐 균일하게 나타나지 않는다는 것을 관찰했다. 즉, 느린 리듬은 친숙함에 따른 동기화의 상승을 보여주지 않았다. 이는 뇌가 자극이 익숙해질 때 단순히 모든 활동의 볼륨을 높이는 것이 아님을 나타낸다. 대신, 뇌는 새로운 감각 입력을 기존 지식과 통합하는 데 도움이 되는 특정 채널을 선택적으로 조율한다.
이러한 발견은 사전 경험이 어떻게 뇌의 통신 네트워크를 재형성하는지에 대한 명확한 그림을 제공한다. 베타 및 감마 리듬의 동기화를 선택적으로 강화함으로써, 친숙함은 뇌가 세상에 대한 반응을 더 효과적으로 조율할 수 있게 한다. 연구 결과는 우리가 이야기나 장면을 인식할 때, 우리의 뇌가 단순히 더 빨리 반응하는 것이 아니라, 감각적 세부 사항과 개념적 이해가 긴밀하게 결합되도록 내부 대화를 재구성한다는 것을 시사한다. 이 메커니즘은 왜 두 사람이 같은 영화를 보더라도, 만약 그들이 동일한 배경 지식을 공유하고 있다면, 놀라울 정도로 유사한 방식으로 경험하게 되는지를 설명하는 데 도움을 준다. 이 연구는 우리의 과거 경험이 단지 저장된 기억일 뿐만 아니라, 지각의 리듬 자체를 형성하고, 우리의 뇌를 주변 사람들과 정렬시켜 공유된 현실을 만들어내는 능동적인 도구임을 확인시켜 준다.
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