테리 세이노프스키 박사: 신경과학과 AI를 활용해 학습 능력을 향상하는 법
학습은 흔히 더 많은 정보를 흡수하는 일로 여겨집니다. 앤드루 휴버먼과의 대화에서 계산신경과학자 테리 세이노프스키 박사는 더 유용한 모델을 제시합니다. 오래가는 지식은 예측, 행동, 피드백, 그리고 생물학적 공고화를 통해 형성됩니다. 읽기와 듣기는 중요하지만, 그 과정의 일부일 뿐입니다.
세이노프스키는 신경과학, 인공지능, 교육, 수면, 운동, 동기 부여 사이의 연결을 짚어 봅니다. 그의 핵심 메시지는 고무적입니다. 뇌는 성인기 내내 적응력을 유지하며, 수동적인 노출이나 의지력에만 기대지 않고 뇌의 시스템을 활용할 때 학습은 더 나아질 수 있습니다.
알고리즘 수준에서 뇌 이해하기
세이노프스키는 솔크 연구소의 계산신경생물학 연구실을 이끌며, 그의 연구는 수학, 신경과학, 컴퓨팅, 인공지능을 결합합니다. 이러한 관점은 과학의 가장 어려운 질문 중 하나, 즉 세포와 회로의 활동이 어떻게 지각, 사고, 행동으로 이어지는가에 접근하는 방식을 형성합니다.
뉴런, 분자, 연결에 대한 상세한 목록만으로는 뇌가 어떻게 작동하는지 설명할 수 없습니다. 반대로 외부에서 행동을 관찰하는 것만으로도 그 기반이 되는 기계적 작동이 어떻게 행동을 만들어 내는지 완전히 밝힐 수는 없습니다. 세이노프스키는 이 두 관점 사이에 중간 단계인 알고리즘적 수준이 있다고 설명합니다.
알고리즘은 요리법과 비슷합니다. 어떤 결과에 도달하기 위해 시스템이 수행해야 하는 작업을 규정합니다. 신경과학에서 이러한 작업을 식별하면 회로가 어떻게 경험을 더 나은 판단이나 더 숙련된 행동으로 바꾸는지 설명할 수 있습니다. 또한 이 수준에서 신경과학과 AI는 점점 더 겹칩니다. 두 분야 모두 시스템이 피드백으로부터 어떻게 학습하고, 이전 사례를 넘어 일반화하며, 목표에 가까워지는 행동을 선택할 수 있는지를 묻습니다.
기저핵, 도파민, 그리고 결과로부터 배우기
중요한 학습 시스템 중 하나는 행동의 연속을 다듬는 데 도움을 주는 뇌 구조들의 집합인 기저핵과 관련됩니다. 연습을 통해 이 회로는 테니스 스트로크, 골프 스윙, 또는 다른 복잡한 기술을 향상할 때 움직임을 더 부드럽고 자동적으로 만듭니다.
세이노프스키는 이와 같은 광범위한 기제가 인지적 전문성에도 기여한다고 주장합니다. 의학, 금융, 물리학, 신경과학에 능숙해지려면 고립된 사실을 저장하는 데 그치지 않고 생산적인 사고의 순서를 배워야 합니다.
기저핵은 “실행”과 “억제” 신호를 모두 조직하는 데 도움을 줍니다. 효과적인 수행은 올바른 행동을 시작하는 동시에 경쟁하는 행동을 억제하는 데 달려 있습니다. 예를 들어 외과의사는 무관한 생각을 배제하면서 정밀한 수술 절차를 수행해야 합니다. 휴버먼과 세이노프스키는 이러한 구분을, 자제와 억제에 관여하는 시스템이 아직 발달 중인 청소년기까지 확장합니다.
도파민은 이 회로를 업데이트하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 뇌는 어떤 행동 뒤에 따라올 보상을 예측하고, 그 예측을 실제 결과와 비교하며, 결과가 기대와 다를 때 연결을 조정합니다. 반복된 경험을 거치며 이 과정은 계산 연구자들이 가치 함수라고 부르는 것을 형성합니다. 이는 어떤 선택이 유익하거나 해로운 결과를 낳을 가능성이 있는지에 대한 축적된 추정치입니다.
이 원리는 실험실에만 국한되지 않습니다. 습관, 직업적 판단, 사회적 행동, 개인적 선호에 영향을 미칩니다. 작은 긍정적 결과는 유용한 패턴을 점진적으로 강화할 수 있는 반면, 강한 부정적 사건은 단 한 번의 경험 뒤에도 빠른 학습을 일으킬 수 있습니다.
이와 관련된 강화학습 방법은 AlphaGo와 같은 시스템을 가능하게 하는 데 기여했습니다. 이 비교가 뇌와 AI가 동일하다는 뜻은 아닙니다. 오히려 비교적 간결한 학습 규칙도 다양한 상황에서 반복적으로 작동하면 정교한 행동을 만들어 낼 수 있음을 보여줍니다.
아는 것과 할 수 있는 것은 다릅니다
대화의 주요 주제는 인지적 학습과 절차적 학습의 차이입니다. 인지적 학습은 개념, 설명, 규칙, 사실처럼 명시적인 지식을 제공합니다. 절차적 학습은 그 지식을 효율적으로 활용할 수 있는 능력으로 바꿉니다.
기술에 관해 읽는 것만으로 테니스를 배울 수는 없습니다. 마찬가지로 조종사는 실습 훈련 없이 교과서만으로 유능해질 수 없습니다. 학문적 과목도 절차적 발달을 필요로 합니다. 방정식을 암기하는 것과 언제 그것을 사용해야 하는지 알아차리고, 낯선 문제에 적용하며, 답이 타당한지 점검하는 것은 다릅니다.
따라서 두 시스템은 서로를 뒷받침해야 합니다. 방법이 작동하는 이유를 이해하면 연습의 방향을 잡을 수 있고, 연습은 수동적 학습 중에는 드러나지 않는 빈틈을 보여줍니다. 세이노프스키는 숙제, 문제 해결, 또는 다른 형태의 능동적 반복을 축소하는 교육 방식에 비판적입니다. 반복적인 적용이 없다면 학생들은 자료를 알아볼 수는 있어도 그것을 능숙하게 다루지는 못할 수 있습니다.
생산적인 학습 주기는 다음과 같습니다.
기초가 되는 아이디어를 학습합니다.
곧바로 답을 확인하지 말고 문제를 풀어 봅니다.
예측과 결과 사이의 불일치를 파악합니다.
방법을 수정하고 새로운 맥락에서 다시 시도합니다.
시간이 지난 뒤 해당 자료로 돌아옵니다.
이 주기에서 시험은 인출 자체가 학습 사건이기 때문에 가치가 있습니다. 시험은 오류를 드러내고 지식에 접근하는 능력을 강화하며, 학습자가 답을 단순히 알아보는 것이 아니라 직접 산출하도록 훈련합니다.
능동적 학습은 일반화를 구축합니다
세이노프스키는 뇌가 컴퓨터가 파일을 복사하듯 정보를 저장하지 않는다고 강조합니다. 학습에는 시도, 예측, 실수, 행동 수정이라는 상호작용이 필요합니다.
이 능동적 과정이 바로 일반화, 즉 이전에 배운 것을 훈련 사례와 정확히 같지 않은 상황에서 사용할 수 있는 능력을 뒷받침합니다. 이는 현대 AI의 결정적인 목표이기도 합니다. 학습 데이터를 단지 재현하는 언어 모델보다 새로운 질문에 일관성 있게 답할 수 있는 언어 모델이 훨씬 더 유용합니다.
인간은 때때로 매우 적은 사례만으로도 일반화할 수 있지만, 그 능력은 이전 경험과 기존의 정신적 구조에 달려 있습니다. 실질적인 의미는 학습자가 연습에 변화를 주어야 한다는 것입니다. 같은 유형의 문제를 반복해서 풀면 익숙함은 높아질 수 있지만, 맥락을 섞고 낯선 사례에 맞서는 편이 전이 가능한 이해를 더 잘 시험합니다.
세이노프스키와 교육자 바버라 오클리는 이러한 원리를 바탕으로 무료 온라인 강좌 Learning How to Learn을 개발했습니다. 처음에는 학생을 염두에 두고 만들어졌지만, 새로운 기술을 익혀야 하는 직장인을 포함한 폭넓은 국제적 청중을 끌어모았습니다. 이 강좌의 인기는 현대의 현실을 반영합니다. 정규 교육은 끝나지만, 배워야 할 필요는 끝나지 않습니다.
기억은 뇌 전체에 분산되어 있습니다
뇌 기능에 대한 오래된 설명은 각 과업을 좁게 정의된 영역에 배정하곤 했습니다. 시각 정보는 시각 피질, 청각 정보는 청각 피질, 움직임은 운동 영역에 속한다는 식입니다. 이러한 구분은 여전히 유용하지만, 새로운 기록 방법은 훨씬 더 광범위한 협응을 보여 줍니다.
세이노프스키는 과업과 관련된 활동이 여러 영역에서 나타나는 연구를 논의합니다. 때로는 전통적으로 해당 과업의 핵심으로 간주되지 않았던 영역에서도 상당한 입력이 관찰됩니다. 복잡한 인지는 하나의 저장 위치가 아니라 분산된 시스템들의 상호작용에서 나오는 것으로 보입니다.
간질 환자로부터 얻은 기록은 이러한 역학을 들여다볼 수 있는 특히 귀중한 창을 제공했습니다. 일부 환자는 임상 치료의 일부로 전극을 이식받으며, 이는 연구자들이 인간의 신경 활동을 직접 관찰할 수 있는 드문 기회를 만듭니다. 적절한 연구 협력을 통해 과학자들은 참가자들이 학습할 때와 수면 중일 때 활동이 어떻게 변하는지 연구할 수 있습니다.
이러한 발견은 기억을 한 칸에 놓인 물체라기보다 기존 네트워크에 통합된 패턴으로 보이게 합니다.
수면은 연습이 시작한 것을 공고화합니다
학습은 학습 세션이 끝났다고 멈추지 않습니다. 비REM 수면 동안 뇌는 수면 방추파로 알려진 짧은 협응 활동의 폭발을 만들어 냅니다. 세이노프스키는 이러한 사건을 최근 경험이 장기적인 피질 지식에 편입되는 과정의 일부로 설명합니다.
해마는 일시적인 조직 역할을 하며, 수면 중 최근 경험의 요소를 재생합니다. 이 재생은 이미 학습한 내용을 단순히 덮어쓰지 않고 새로운 정보를 통합하는 데 도움을 줍니다. 따라서 충분한 수면은 공부 후의 회복만이 아니라 기억 형성의 능동적인 단계입니다.
대화에서는 일반적으로 Ambien으로 알려진 졸피뎀과 관련된 연구도 살펴봅니다. 세이노프스키가 논의한 한 실험에서 이 약물은 수면 방추파를 증가시키고 이전에 학습한 자료의 보존을 향상했습니다. 그러나 졸피뎀은 복용 후 발생하는 사건에 대한 기억을 손상시킬 수도 있습니다.
이러한 상충 관계는 더 광범위한 경고를 보여 줍니다. 하나의 생물학적 기제를 조작하면 다른 곳에서 이점과 비용이 함께 발생할 수 있습니다. 세이노프스키는 누트로픽과 호르몬 기반 개입에도 같은 주의를 적용합니다. 뇌와 신체는 서로 연결된 여러 형태의 균형을 유지하므로, 약리학적 향상을 고립된 시스템에 대한 대가 없는 개선으로 오해해서는 안 됩니다.
운동은 학습과 창의적 사고를 뒷받침합니다
세이노프스키는 신체 활동을 인지적 도구로 활용합니다. 운동은 뇌가 학습할 준비를 하게 하고, 수면 생리에 영향을 미치며, 아이디어가 더 자유롭게 결합할 수 있는 조건을 만들어 줍니다.
대화에서는 낮 동안의 운동과 그날 밤 늦게 나타나는 수면 방추파 사이의 연관성을 언급합니다. 운동은 운동 시스템에도 도전을 주며, 수면은 그 적응을 다듬고 공고화하는 데 도움을 줍니다. 이 관계는 인지 수행을 신체 행동과 깔끔하게 분리할 수 없다는 생각을 강화합니다.
학습자에게 주는 교훈은 분명합니다. 움직임은 반드시 지적 작업에서 빼앗기는 시간이 아닙니다. 규칙적인 운동은 특히 충분한 수면과 결합될 때 학습을 생산적으로 만드는 과정을 지원할 수 있습니다.
연결성, 환각제, 그리고 과학적 주의
세이노프스키는 일부 주요 우울증 환자에게서 개선을 보고한 임상 연구를 포함해 실로시빈 연구도 논의합니다. 뇌 영상은 실로시빈이 일반적으로 더 분리되어 있는 영역들 사이의 소통을 일시적으로 증가시킬 수 있음을 시사합니다. 이는 REM 수면 중 나타나는 광범위한 연결성과 일부 유사한 패턴을 만듭니다.
이는 흥미로운 질문을 제기합니다. 발달에는 연결 형성과 가지치기가 모두 포함되는데, 이는 신경 연결을 유지하는 데 대사적 비용이 들기 때문입니다. 새로운 기술을 배우려면 이전에 분리되어 있던 시스템 사이에 새로운 협응이 필요할 수 있지만, 더 많은 연결성이 자동으로 더 좋은 것은 아닙니다.
이 대화는 이 분야를 스스로 따라 할 수 있는 학습 프로토콜이 아니라 발전 중인 과학적 문제로 제시합니다. 가능한 치료적 이점은 임상적 감독, 개인별 위험, 법적 제약, 현재 증거의 한계와 함께 고려되어야 합니다.
신경과학에 기반한 실용적 학습 루틴
이 대화에서 얻을 수 있는 가장 유용한 아이디어는 학습을 정교한 최적화 프로젝트로 만들지 않고도 결합할 수 있습니다. 집중된 학습으로 시작하되, 빠르게 능동적 활용으로 옮겨가세요. 복습하기 전에 인출을 시도하고, 형태가 다양한 문제를 풀며, 오류를 다음 시도를 업데이트하기 위한 정보로 다루세요.
진전을 강화할 수 있을 만큼 작고 즉각적인 보상을 유지하세요. 힘이 드는 단계가 절차화될 수 있도록 규칙적으로 연습하세요. 운동으로 인지를 지원하고, 공고화를 위해 충분한 수면을 지키세요. 무엇보다 자료가 얼마나 익숙하게 느껴지는지가 아니라, 새로운 맥락에서 무엇을 만들어 내고, 설명하고, 수행할 수 있는지로 학습을 판단하세요.
세이노프스키의 설명은 단순한 “더 열심히 공부하라”는 메시지를 생물학적 순환으로 바꿉니다. 예측하고, 행동하고, 피드백을 받고, 업데이트하고, 쉬고, 다시 돌아오는 것입니다. 지식, 행동, 회복을 하나의 시스템을 이루는 부분으로 다룰 때 학습은 더 효과적이 됩니다.
