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- 뇌는 고체 물체를 액체나 가루와 다르게 처리하고 인식한다.
- 뇌의 시각 처리: 컴퓨터 게임용 3D 그래픽 객체를 생성하는 컴퓨터 프로그램의 시각 처리 방식과 유사

물체와 물질 - 뇌는 어떻게 이를 인식할까?
뇌는 고체 물체를 액체나 가루와 다르게 처리하고 인식한다.

뇌의 분업:
공은 만질 수 있는 물체이지만, 샴푸는 그렇지 않다. 샴푸는 액체 물질이다. 한 실험을 통해 뇌가 두 범주의 차이를 어떻게 인식하는지 밝혀졌다. 이 실험에 따르면, 뇌는 시각 경로의 각기 다른 하위 영역에서 "물체"와 "물질"이라는 범주를 처리한다. 이러한 처리 방식은 연구자들이 "Current Biology"에 보고한 바와 같이 3D 컴퓨터 그래픽을 생성하는 프로그램의 처리 방식과 놀랍도록 유사하다. 

▲ 연구 개요(출처:July 31, 2025 / Dissociable cortical regions represent things and stuff in the human brain / Current Biology)

우리 주변에서는 부드러운 실크 스카프와 단단한 콘크리트부터 커피콩, 꿀, 샴푸에 이르기까지 매우 다양한 특성을 가진 수많은 물질을 접한다. 가장 근본적인 차이점 중 하나는 물체와 물질의 차이다. 물체는 힘에 하나의 단위로 반응하는 고체다. 반면 물, 모래, 꿀과 같은 물질은 액체이거나 여러 개의 작은 입자로 구성되어 있다. 유체처럼 움직이고, 나뉘거나 섞일 수 있다.

"우리는 액체나 흐르는 물질과는 다른 방식으로 고체 물체와 상호작용한다. 물체는 잡을 수 있지만, 물질을 위해서는 용기나 다른 도구가 필요하다."라고 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 비비안 폴룬과 동료들은 설명한다. "5개월 된 영아조차도 액체나 가루가 고체 물체와 다르게 행동한다는 것을 본능적으로 이해한다.“

▲ 구와 액체는 근본적으로 다르다. 하나는 물체이고 다른 하나는 물질이다. 하지만 우리의 뇌는 이 차이를 어떻게 받아들일까? © MIT

두 가지 뇌 영역이 중요

우리의 뇌는 이러한 차이를 어떻게 그리고 어디에서 인식할까? "이전 연구는 거의 전적으로 우리의 뇌가 고체 물체를 어떻게 처리하는지에 초점을 맞췄다."라고 연구진은 설명했다. 연구 결과에 따르면, 후두엽의 외측 후두엽 복합체(LOC)는 시각적 물체의 3차원 형태를 인식한다. 그러나 무게, 안정성, 표면 질감과 같은 다른 물체의 특징을 평가할 때는 뇌의 두정엽 영역에 있는 전두엽 두정엽 네트워크(FPN)에서 이러한 활동이 일어난다.

▲ 두 물체 인식 센터의 위치. 하지만 이 센터들이 물질 인식에도 관여할까? © MIT

폴룬과 동료들은 이 두 뇌 영역이 물질에도 반응하는지, 그리고 어떻게 반응하는지 조사했다. 실험을 위해 연구진은 먼저 단단하거나 탄력 있는 공, 액체, 또는 가루가 계단에서 굴러떨어지거나, 바닥에 떨어지거나, 투명한 상자 안에서 앞뒤로 흔들리는 등 다양한 동작을 하는 모습을 담은 100개의 짧은 비디오 클립을 제작했다. 피험자들은 이 비디오 클립이나 스크린샷을 시청하는 동안 기능적 자기공명영상(fMRI)을 통해 뇌 활동을 기록했다.

분리 처리

분석 결과, 전체적으로 두 뇌신경망인 LOC와 FPN은 물체와 물질 모두에 반응하는 것으로 나타났습. 따라서 외측 후두엽 복합체는 고체 물체의 3차원 형태뿐만 아니라 액체나 입자 물질의 형태 변화도 처리한다. 전두두정엽 네트워크는 두 범주의 물리적 특성을 평가한다. 

특이한 점은 이러한 처리가 두 네트워크의 각기 다른 하위 영역에서 발생한다는 것이다. 폴룬은 "두 신호 전달 경로는 두 영역으로 나뉜다. 한 하위 영역은 물체에 더 강하게 반응하고, 다른 하위 영역은 물질에 더 강하게 반응한다"라고 보고했다. "아무도 연구하지 않았기 때문에 이전에는 이런 현상을 전혀 알아차리지 못했다." 따라서 뇌는 사물이나 물질을 인식하고 평가할 때 일종의 분업을 활용하는 것으로 보인다.

이는 우리 뇌가 각 범주에 대해 서로 다른 정신 "알고리즘"을 사용한다는 것을 의미할 수 있다. 그렇다면 뇌의 시각 처리는 컴퓨터 게임용 3D 그래픽 객체를 생성하는 컴퓨터 프로그램의 시각 처리 방식과 유사할 것이다. "이러한 그래픽 프로그램에서 객체는 일반적으로 격자망으로 표현되고, 액체는 입자 흐름으로 표현된다."라고 폴룬과 그녀의 동료들은 설명했다.

마찬가지로 우리 뇌는 근본적으로 다른 두 가지 전략을 사용할 수도 있다. 주 시각 중추가 두 범주 중 하나에 대한 초기 단서를 얻는 즉시, 신호를 두 가지 처리 경로 중 하나로 보낸다. 이러한 이분법은 우리가 객체와 물질의 행동에서 중요한 차이점을 효율적으로 이해하고 그들과의 상호작용을 계획하는 데 도움이 될 수 있다.

동시에, 이는 유아조차도 객체와 물질의 차이를 본능적으로 이해하는 이유를 설명할 수도 있다. 유아의 뇌는 이미 이러한 이분법에 맞춰 설계되어 있기 때문이다.
참고: Current Biology, 2025; doi: 10.1016/j.cub.2025.07.027
출처: MIT

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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