일본 도호쿠대학 대학원 의학계 연구팀은 28일 원숭이를 이용한 실험에서 뇌에 덧셈, 뺄셈을 실행할 때 강하게 반응하는 세포가 있다는 사실을 세계 최초로 발견했다. 계산에 특화된 세포가 뇌에 있는 것이 아니라 손 운동을 제어하는 세포를 재이용(리사이클)함으로써 계산을 가능하게 하고 있다고 한다. 향후 뇌 기능을 통해 본 수학 학습법 등에 대한 응용이 기대된다.

덧셈은 오른손, 뺄셈은 왼손
도호쿠대학 대학원 의학계 연구과 생체시스템생리학 분야의 무시아케 하지메 교수팀에 따르면 발견된 세포 대부분은 좌우 손 운동에도 강하게 관여하고 있어 덧셈 세포는 오른손 운동, 뺄셈 세포는 왼손 운동과 관련돼 있다.

계산할 때 대뇌의 손 운동을 조절하는 세포를 재이용한 것으로 보이며, 언어를 갖고 있지 않은 영장류에서도 기본적인 덧셈, 뺄셈이 가능하다는 것을 시사했다.

간단한 덧셈, 뺄셈을 하는 행동은 원숭이나 침팬지, 오랑우탄 등 인간 이외의 포유류에서 확인되고 있다. 이를 통해 계산에는 말은 필요 없고, 종족을 뛰어넘어 계산을 가능케 하는 뇌세포가 있음이 시사되어 왔다. 하지만 이 활동은 뇌세포 단계에서 발견되지 않았다.

연구팀은 덧셈, 뺄셈 등 계산을 훈련한 원숭이가 덧셈, 뺄셈을 실행하는 순간의 뇌 신경 활동을 조사한 결과 덧셈과 뺄셈에 강하게 반응하는 신경세포가 다수 발견됐다.

이들 세포는 좌우 손동작에도 관련된 것으로 나타났다. 덧셈 세포는 오른손 동작에, 뺄셈 세포는 왼손 동작에 호응하도록 세포가 나타내는 정보가 변화하고 있는 것으로 밝혀졌다.

본래 영장류가 지닌 능력일까
계산을 실시하는 데 특별한 세포가 있는 것이 아니라 손 움직임과 관련된 세포군을 재이용해 계산을 가능하게 한 것으로 보인다. 손가락으로 세거나 주판을 쓰는 등 계산과 운동의 밀접한 관계성은 뇌 기능으로 설명할 수 있다고 할 수 있다.

사람은 무의식적으로 숫자를 수직선으로 나열해 생각하고 있는 것으로 알려져 있다. 이는 ‘멘탈 넘버라인’이라고 불린다. 멘탈 넘버라인은 최근 덧셈, 뺄셈에도 존재하는 것으로 알려진다.

우리가 일상에서 겪는 사례를 보면 음악 플레이어로 음량을 키울 때 볼륨키를 오른쪽으로 돌리기, 차량 속도를 높일 때 오른쪽 가속 페달 밝기, 불을 킬 때 오른쪽으로 스위치 누르기 등 수량을 더할 때는 오른쪽, 줄일 때는 왼쪽이라는 것을 볼 수 있다.

영장류 뇌에서 비슷한 양상이 나왔다는 점에서 멘탈 넘버라인은 인간 문화와 교육에 따른 것이 아닌 본래 영장류의 뇌에 갖춰져 있었을 가능성이 시사된다. 향후 뇌 기능에 근거한 수학 교육 등 교육 분야에서 응용할 수 있다고 한다.

무시아케 교수는 “수학은 일반적으로 문자 등 문화적 배경에서 숫자가 있고, 나아가 연산도 규칙을 학습함으로써 획득한다고 생각된다”며 “원숭이도 덧셈, 뺄셈, 크고 작은 수 등을 신체나 시각 운동 기능을 통해 할 수 있다는 점에서 비언어적인 단계에서 대상의 수를 감각적 신체적으로 조작을 구사함으로써 나중에 숫자나 규칙을 사용하는 학습 준비가 가능하다”고 말했다.

나아가 “뇌 기능 장애로 연산이 어려워졌을 때는 신체적인 조작으로 돌아가 봄으로써 연산의 신체 감각을 불러일으킬 수 있다고 생각된다. 이러한 뇌 기능의 신체 기반을 알게 되면 좀더 수학에도 신체 감각을 사용해 배우는 게 중요하게 될 것”이라고 말했다.

이 논문은 28일(일본 시간) ‘Scientific Reports’ 온라인판에 실렸다. (기쿠치 아키미쓰)