Global and local shape perception in cattle: Evidence from a novel dishabituation paradigm

당신이 집 안의 복도를 걷고 있다고 상상해 보세요. 당신은 모든 삐걱거리는 바닥판, 벽에 걸린 모든 사진, 그리고 문 너포가 얼마나 넓은지 정확히 알고 있습니다. 그런데 갑자기 당신의 길을 가로막는 거대하고 낯선 조각상을 보게 된다면, 당신은 멈춰 서거나, 주춤하거나, 혹은 매우 조심스럽게 그 주변을 돌아갈지도 모릅니다. 그 멈춤은 당신의 뇌가 "잠깐, 이건 새로운 거야. 안전한지 확인해야 해"라고 말하는 것입니다. 이것은 '네오포비아(neophobia)', 즉 새로운 것에 대한 공포라고 불리는 감정이며, 거의 모든 동물들이 가진 생존 전략입니다. 이는 포식자를 발견하거나 다치지 않고 새로운 먹이를 찾는 데 도움을 줍니다. 하지만 여기서 까다로운 점이 있습니다. 동물이 무언가 새로운 것을 볼 때, 무엇이 그것을 '새롭게' 보이게 만드는 걸까요? 그것이 물체의 거대한 크기 때문일까요? 아니로 삼각형 대 원형처럼 전체적인 윤곽 때문일까요? 아니면 들쭉날근한 가장자리와 부드러운 가장자리처럼 아주 작은 세부 사항 때문일까요? 과학자들은 어떤 단서가 동물들에게 가장 큰 영향을 미치는지 알아내기 위해 수년간 연구해 왔지만, 보통은 동물들을 교실의 학생처럼 훈련시켜 레버를 누르거나 상자를 선택하여 간식을 얻도록 가르쳐야만 했습니다. 이는 시간이 너무 오래 걸리고, 동물이 스스로 무엇을 인지하는지를 보여주지 못할 수도 있습니다.

이 논문은 소들을 학생으로 만들지 않고도 그들의 마음을 엿보고 싶어 했던 한 연구진에 관한 이야기입니다. 그들은 알고 싶었습니다. 만약 소가 길을 걷다가 새로운 물체를 본다면, 물체가 커서 속도가 느려지는 것일까, 모양이 이상해서일까, 아니면 질감이 이상해서일까? 이를 알아내기 위해 그들은 훈련 게임이나 간식을 사용하지 않았습니다. 대신, 긴 통로를 이용한 간단한 '스피드 트랩(speed trap)'을 만들었습니다. 그들은 소들이 물체를 지나갈 때 얼마나 빨리 걷는지를 측정했습니다. 논리는 간단했습니다. 만약 소가 호기심을 느끼거나 주의를 기울인다면 천천히 걸을 것이고, 똑같은 것을 계속 보는 것에 실증을 느낀다면 더 빨리 걸을 것입니다. 하지만 만약 그 물체를 다른 모습의 것으로 바꿨을 때 소가 다시 갑자기 느려진다면, 그것은 소가 변화를 감지했다는 뜻입니다. 마치 당신이 평소 좋아하던 나무 옆을 지나가는데, 어느 날 그 나무가 파란색으로 칠해져 있다면, 이유를 모르더라도 아마 멈춰 서서 빤히 쳐다보게 될 것과 같습니다. 연구진은 이 "멈춰 서서 바라보기(stop-and-stare)" 방식을 사용하여 어떤 특징이 소를 "와, 저건 좀 다른데!"라고 생각하게 만드는지 확인했습니다.

연구진은 약 8.7미터 길이의 축사 패널로 된 길고 좁은 통로를 설치했습니다. 연구 대상은 애완용으로 키워지는 작고 친근한 소들인 미니어처 제부(Zebu) 소 10마리였습니다. 먼저, 연구진은 소들에게 딱 한 가지만 가르쳤습니다. 통로를 걸어가면 끝에서 맛있는 알팔파 큐브를 얻는다는 것입니다. 그들은 소들에게 모양이나 크기를 보라고 가르치지 않았습니다. 그저 소들이 그 길을 걷는 것에 익숙해지기를 바랐을 뿐입니다. 소들이 걷기에 익숙해지자, 진짜 테스트가 시작되었습니다.

첫 번째 실험에서 연구진은 소들이 단순히 새로운 것 주변에서 전반적으로 느려지는 것인지 테스트했습니다. 그들은 통로 중간에 사람이나 흔한 물체(쓰레기통이나 교통 콘 같은 것)를 놓았습니다. 이 중 일부는 소들이 매일 보는 것들이었고, 일부는 완전히 새로운 것들이었습니다. 소들은 새로운 물체에 접근할 때 익숙한 물체에 비해 눈에 띄게 느려졌습니다. 또한 소들은 사람을 지날 때보다 물체를 지날 때 더 느리게 걸었습니다. 이는 소들이 새로운 것들에 대해 주의를 기울인다는 점과, 이러한 주의력이 느린 보행 속도로 나타난다는 점을 확인시켜 주었습니다.

다음으로, 연구진은 정확히 무엇이 소들을 느려지게 만드는지 알고 싶었습니다. 그들은 '습관화-탈습관화(habituation-dishabituation)'라는 영리한 기법을 사용했습니다. 당신이 노래를 반복해서 듣고 있다고 상상해 보세요. 처음에는 모든 비트가 느껴집니다. 하지만 열 번쯤 듣고 나면, 당신은 그것에 익나서 더 빨리 걷기 시작합니다. 그러다 노래가 갑자기 다른 장르로 바뀌면, 당신은 다시 귀를 기울이게 됩니다. 연구진은 이 방식을 종이 판지로 만든 도형에 적용했습니다. 그들은 소들에게 똑같은 모양을 세 번 연속으로 보여주었습니다. 예상대로 소들은 그 모양에 익숙해졌고, 매번 더 빨리 걸었습니다. 그러다 네 번째 시도에서, 그들은 물체를 새로운 것으로 교체했습니다.

두 번째 실험에서 그들은 크기가 중요한지 테스트했습니다. 모양은 그대로 유지한 채, 물체를 '큰 것'(91.4 x 30.5 cm)에서 '작은 것'(45.7 x 15.2 cm)으로 바꾸었습니다. 소들은 속도가 느려지지 않았습니다. 크기를 바꾸는 것은 그들의 주의를 끌지 못한 것 같았습니다. 그러나 크기는 그대로 두고 모양을 바꿨을 때(예를 들어 정사각형을 원형으로 바꿨을 때), 소들은 즉시 속도를 늦췄습니다. 이는 이 소들에게 있어 물체의 전체적인 모양이 크기보다 훨씬 더 중요한 요소임을 시사했습니다.

세 번째 실험에서 그들은 더욱 구체적으로 들어갔습니다. 그들은 소들이 '전체적인 형상(global skeleton)'에 신경을 쓰는지, 아니면 '가장자리의 미세한 디테일(local contours)'에 신경을 쓰는지 알고 싶었습니다. 그들은 전체적인 윤곽은 같지만 가장자리 질감이 다른 모양들을 사용했습니다. 어떤 것은 물결 모양의 가장자리를 가졌고, 어떤 것은 톱니 모양의 들쭉날쭉한 가장자리를 가졌습니다. 큰 모양은 유지한 채 물결 모양을 톱니 모양으로 바꿨을 때, 소들은 속도를 늦췄습니다. 반대로, 가장자리 질감은 유지한 채 전체 모양을 바꿨을 때도 소들은 속도를 늦췄습니다. 사실, 소들은 두 가지 변화를 모두 똑같이 중요하게 여기는 것처럼 보였습니다. 즉, 큰 모양을 바꾸든 미세한 디테일을 바꾸든 소들은 이를 알아차렸습니다.

그래서 그들은 무엇을 발견했을까요? 이 연구는 소들이 매우 유연한 관찰자라는 점을 시사합니다. 그들은 단 한 가지만 보는 것이 아니라, 물체의 전체적인 모양과 가장자리의 미세한 디테일 모두에 주의를 기울입니다. 이 중 하나라도 변하면, 소는 "어, 이거 새로운데?"라고 생각하며 조사하기 위해 속도를 늦춥니다. 흥미롭게도, 그들은 크기 자체가 이 특정 설정에서는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다. 소들은 모양이 함께 변하지 않는 한, 물체가 크거나 작은 것에 크게 개의치 않는 듯 보였습니다.

연구진은 또한 자신들의 방식이 기존의 방식보다 크게 개선된 것이라고 언급했습니다. 소들에게 먹이를 위해 버튼을 누르도록 몇 달 동안 훈련시키는 대신, 그들은 그저 소들이 자연스럽게 걷는 모습을 관찰했습니다. 이 "걷고 보기(walk-and-see)" 방식은 빠르고 쉬우며 동물에게 스트레스를 주지 않습니다. 이는 우리가 동물의 움직임을 관찰하는 것만으로도 그들이 무엇을 인지하는지에 대해 많은 것을 배울 수 있음을 보여줍니다. 비록 이 연구가 작은 규모의 애완용 소들을 대상으로 진행되었지만, 결과는 소들이 큰 형태와 작은 세부 정보를 모두 사용하여 주변 상황을 파악하는, 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 똑똑하고 관찰력이 뛰어난 동물일 수 있음을 암시합니다.