The Science of Cognition

By 김한결 (hgk0426@naver.com)

출처 : The Science of Cognition, Chapter 1, Cognitive Psychology and Its Implication 7th, John R. Anderson.

 

목  차

1.       Motivations for Studying Cognitive Psychology

2.       The History of Cognitive Psychology

3.       Information Processing

4.       Organization of the Brain

 

인지심리학cognitive psychology은 마음이 지적 사고를 산출하기 위해 어떻게 조직되는지, 그리고 지적 사고가 뇌에서 어떻게 실현되는지를 연구하는 과학이다.

이 장에서는 사람들이 왜 인지심리학을 공부하는가와 인지심리학의 역사에 대해서 소개하고 있다. 또한 인지가 뇌에서 어떻게 실현되는지를 연구하기 위해, 뇌 세포가 어떻게 정보를 처리하고 뇌의 각 부위는 어떤 기능을 하는지를 알려주고 있다.

1. Motivations for Studying Cognitive Psychology

지적호기심과 함의 Intellectual Curiosity and Implications for other Fields

인지심리학자들은 복잡한 시계의 작동 방식을 알려는 시계공처럼 사람 마음의 작동방식을 알고 싶어하는 사람들이다. 사람의 마음에서 일어나는 내적 작용들은 오늘날 가장 복잡한 기술 공학 체계보다 훨씬 복잡하다. 현재 인간이 만든 어떤 인공지능 artificial intelligence(AI) 프로그램도 인간에 필적할 정도로 사실을 회상하고, 문제를 풀고, 추론하고, 학습하고 언어를 처리하지 못한다. 인지심리학자들은 이러한 지적 정교함intellectual sophistication을 가능하게 하는 기제mechanism를 이해하려고 한다. 1978년 노벨상을 수상한 허버트 사이먼Hebert Simon은 위대한 과학적 발견도 인간의 기초 인지 과정의 산물이라고 하였다.

인간의 사고를 지배하는 기본 기제들은 다른 사회과학 분야에서 연구하는 인간의 행동 유형을 이해하는데 중요하다. 예를 들어, 어떤 사고가 왜 역기능을 하는지(임상심리학), 사람들이 집단 속에서 어떻게 행동하는지(사회심리학), 경제에 관한 결정이 어떻게 이루어지는지(경제학)를 이해하는데 사람들이 어떻게 사고하는지가 중요하다.

2. The History of Cognitive Psychology

초기 역사Early History

초기 인간의 인지에 관해 관심을 각기 시작한 것은 플라톤과 아리스톨레스가 지식의 성질과 기원을 논하면서 기억과 사고를 다루면서부터이다. 초기의 이러한 철학적 논의들은 모든 지식이 경험에서 비롯된다는 경험론empiricism과 아이가 이미 상당한 지식을 가지고 태어난다는 생득론nativism의 논쟁으로 발전하였다.

독일 심리학: 내성 관찰에 초점 Psychology in Germany

심리학이 과학의 한 분야로 시작된 것은 빌헬름 분트Wilhelm Wundt가 내성introspection 실험을 한 1879년 이후부터다. 내성에서는 고도로 훈련된 관찰자들이 치밀하게 통제된 조건에서 자신의 의식consciousness 내용을 보고했다.

미국 심리학: 행동에 초점Psychology in America

실용주의가 중심이 되었던 1920년대 미국에서는 분트의 내성심리학이 환영 받지 못하고 실제 문제에 적용할 수 있는 행위 지향적 심리학이 인기를 끌었다. 행동주의behaviorism는 심리학이 겉으로 드러난 행동에만 관여하고 이 행동이 내제하는 심리작용은 분석하려고 하지 말아야 한다고 했다. 일례로 행동주의자 존 왓슨John Watson은 의식consciousness이란 분명하지도 않고 유용한 개념도 아니라고 주장하였다

현대 인지심리학: 정보론, AI, 언어학The Cognitive Revolution

오늘날의 인지심리학은 1950년부터 1970년까지 20년에 걸쳐 형성되었다. 현대 인지심리학 발달에 영향을 준 세 가지 요인들은 다음과 같다. 첫째, 인지를 ‘정보’라는 추상적 실재가 처리되는 일련의 단계로 분석한 정보론information theory의 대두이다. 둘째, 컴퓨터과학의 발달, 특히 인공지능AI의 발달이다. 컴퓨터과학에서 나온 여러 개념과 이론이 심리학에 사용되며 큰 영향을 미쳤다. 마지막 요인으로는 언어의 구조를 연구하는 언어학linguistics을 들 수 있다. 1950년대에 MIT의 언어학자인 노암 촘스키Noam Chomsky는 언어의 구조를 분석하는 방법을 발전시켰다. 그에 의해 밝혀진 언어 구조의 복잡성은 행동주의의 기초 이론으로는 설명할 수 없는 것이었다.

3. Information Processing

뉴런The Neuron

그림 1.1 뉴런의 개괄적 모양

정보처리를 담당하는 신경계는 각 부위로부터 정보를 모으는 감각체계와 운동을 통제하는 운동 체계를 포함한다. 이러한 신경계의 기본 단위는 뉴런neuron이다. 뉴런은 전기 활동을 축적하고 전달하는 세포인데, 위치와 기능에 따라 크기가 다르다. 그러나 일반적인 뉴런의 원형이 있으며 이는 그림1.1과 같다. 뉴런은 몸체인 세포체soma, 세포체에 붙어 있는 작은 가지들인 수상돌기dendrite, 긴 튜브 모양으로 뻗어있는 축삭돌기axon으로 구성되어 있다.

축삭돌기는 뉴런이 소통하는 고정된 통로이다. 한 뉴런의 축삭돌기는 다른 뉴런의 수상돌기로 뻗어 있는데, 축삭돌기와 수상돌기의 접합을 연접synapse라 한다. 뉴런 간 소통은 한쪽 축삭돌기 끝에서 신경전달물지neurotransimitter가 나와 수상돌기 세포막의 전위를 변화시키며 이루어진다.

정보의 신경 표상Neural Representation of Information

뇌의 정보를 나타냄에 있어서 두 종류의 양적 정보가 중요하다. 첫째는, 세포막 전위이고 둘째는 매초 활성화된 신경의 수로서 점화율rate of firing이라고 한다. 한 축삭돌기의 점화율이 클수록 그와 연접된 세포들에 미치는 효과는 더 커진다. 뇌의 정보 표상은 1과 0으로 이루어진 컴퓨터의 정보 표상과는 다르게 연속적인 변화를 가진다.

뉴런이 정보를 어떻게 나타내느냐는 하는 표상 방식은 컴퓨터를 떠올리면 된다. 컴퓨터는 0과 1의 패턴으로 정보를 나타내듯이 뇌 역시 정보를 신경 활동의 패턴으로 나타낸다.

 

4. 뇌의 구성Organization of the Brain

그림 1.2 뇌의 주요 구성요소

뇌를 횡단으로 절단했을 때, 각 부분의 신경구조 명칭은 그림 1.2와 같다. 뇌의 하단부는 오래 전 진화된 부분으로 상대적으로 기초적인 기능을 맡고 있다. 연수medulla는 호흡, 삼키기, 소화 및 심장박동을 조절한다. 시상thalamus은 운동 및 감각 정보를 하부구조로부터 받아 대뇌피질로 전달하는 중계소이고, 시상하부hypothalamus는 기본욕구와 자율신경계를 조절한다. 소뇌cerebellum는 평형 및 수의운동에 관여한다.

신피질neocortex은 뇌에서 가장 최근에 진화한 부분으로, 정보의 인식, 해석, 판단, 기억, 운동조절을 담당하고 있다. 피질에서 불룩하게 나온 부분은 회gyros이고, 회 사이를 통하는 주름은 구sulcus이다. 신피질은 좌우 반구로 나뉘는데, 좌반구가 신체 우측의 운동조절과 감각을 맡고 우반구는 신체 좌측의 운동조절과 감각을 맡는다.

그림 1.3 신피질의 측면모습

피질영역은 보통 전두엽,두정엽,후두엽,측두엽 네 개의 엽(그림 1.3)으로 나뉜다. 후두엽occipital lobe은 1차 시각영역을 포함한다. 두정엽parietal lobe은 공간 처리와 신체 표상을 포함하는 지각 기능을 맡는다. 측두엽temporal lobe은 후두엽에서 정보를 받아 물체를 인식하는 일에 관여하고, 1차 청각영역과 베르니케 영역Wernicke’s area이 있다. 전두엽frontal lobe에는 두 가지 기능이 있다. 전두엽 뒷부분은 주로 운동기능에 관여하고, 전전두엽prefrontal lobe으로 불리는 앞부분은 계획 세우기 같은 고차적인 심리 과정을 조절한다.

신피질뿐만 아니라 구피질이라 불리는 변연계에도 고차 인지에서 중요한 역할을 한다. 변연계에서 해마hippocampus(측두엽 안에 있음)라고 불리는 구조는 기억력에 특히 중요하다. 또한 측두엽에 있는 신경핵인 편도amygdala는 기억에 감정성분을 제공하고 anxiety와 fear에 관여한다.

뇌의 우세반구에 언어를 담당하는 영역이 있는데, 전두엽에 브로카 영역Boraca’s area과 측두엽에 베르니케 영역Wernicke’s area이 있다. 각 영역이 손상되면 운동성 실어증motor aphasia와 감각성 실어증sensory aphasia라는 심각한 언어 장애를 초래한다.