외국어는 어떻게 뇌에 저장될까요?
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2026-04-01 23:36:58
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두 언어의 단어는 뇌의 특정 영역에 함께 저장된다는 사실 밝혀져
외국어가 뇌에 저장되는 방식은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 현재 두 가지 이론이 있다. 하나는 새로 배운 언어가 모국어와 같은 뇌 영역에 저장된다는 것이고, 다른 하나는 완전히 다른 뇌 영역에 저장된다는 것이다.
캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 수석 저자 파트마 데니즈(Fatma Deniz)는 "과거에 두 가설 모두를 뒷받침하는 실험적 증거가 있었다"고 말했다. 따라서 연구진은 실제 저장 방식은 이 두 가지 가설의 중간 어디쯤에 있을 것이라고 추측했다.
새로운 단어는 뇌의 어디에 저장될까?
이를 규명하기 위해 데니즈와 캐서린 첸(Catherine Chen) 연구팀은 외국어 기억에 관한 기존 연구를 재검토했다. 연구팀은 중국어 원어민으로 영어를 제2언어로 배운 여섯 명의 참가자를 선정했다. 이들은 기능적 자기공명영상(fMRI)을 이용해 언어 처리 과정에서 뇌 활동을 분석했다.
참가자들은 뇌 스캐너에 누워 몇 시간 동안 중국어와 영어 이야기를 읽었다. 연구팀은 fMRI 데이터를 활용하여 단어가 읽힐 때마다 혈류량이 가장 많은 뇌 영역을 확인했다. 이는 언어 학습 과정에서 해당 단어가 저장되는 부위일 가능성이 높다고 추정할 수 있었다.
뇌를 조각으로 나누다.
연구진은 뇌에서 언어가 어떻게 처리되는지 자세히 알아보기 위해 뇌를 "Voxel 복셀”=Volume +pixel"이라고 하는 작은 공간 영역으로 나누었다. 또한, 인공지능 언어 모델을 사용해 이야기 속 단어들을 주제별로 분류했다. 연구진은 단어들의 내용적 연관성과 유사한 맥락에서 얼마나 자주 등장하는지 분석했다. 데니즈 연구원은 "의미 있는 결과를 얻기 위해 매우 복잡한 통계 분석을 수행해야 했다"고 설명했다.
연구진은 머신러닝을 사용해 분석의 신뢰성을 검증했다. 먼저, 네 명의 참가자 데이터를 기반으로 AI 모델을 학습시켜 뇌에서 측정된 패턴을 재현하도록 했다. 그런 다음, 이 모델을 추가 두 참가자의 데이터에도 적용할 수 있는지 테스트했다. 실제로, 인공지능은 두 참가자의 복셀(voxel)의 주제 분포를 놀라울 정도로 정확하게 예측했다.
언어 간의 미묘한 차이
핵심 발견:
우리 뇌는 외국어를 학습할 때, 새롭게 습득한 단어와 연결을 모국어에서 해당 개념이 저장되었던 뇌 영역에 저장한다. 그러나 뇌 위치와 개별 단어를 자세히 살펴보면 외국어와 모국어 사이에 미묘한 차이가 나타난다.
각 복셀은 언어와 관계없이 본질적으로 동일한 것에 "관심"을 보였다. 하지만 어떤 단어가 어떤 복셀을 활성화하는지 더 자세히 살펴보니, 동일한 큰 주제 내에서 미묘한 차이가 드러났다.
예를 들어, "공간 방향"이라는 포괄적인 주제 아래, 특정 뇌 영역은 중국어 텍스트를 읽을 때 주로 "도착하다"나 "함께"와 같이 관계를 묘사하는 단어에 반응했다. 영어 텍스트를 읽을 때는 이러한 반응이 바뀌어, 동일한 뇌 영역이 "북쪽"이나 "7킬로미터"와 같이 방향이나 숫자와 관련된 단어에 더 강하게 반응했다.
이중 언어 사용자의 뇌에 대한 새로운 통찰
또한 각 복셀이 하나의 주제에만 반응하는 것이 아니라, 다양한 확률로 여러 주제를 동시에 처리한다는 사실이 밝혀졌다. 예를 들어, 한 복셀은 "남쪽", "앞쪽", "아파트"와 같이 공간 방향을 나타내는 단어에 80%의 활동을 보였다. 같은 복셀에서는 "차량"과 관련된 단어를 포함하여 다른 주제들도 약 20% 정도 나타났다.
따라서 이러한 결과는 모국어와 외국어가 뇌에서 공간적으로 분리되어 처리되는지 아니면 동일한 영역에서 처리되는지에 대한 논쟁적인 질문에 대한 해답을 제시합니다. 동시에 이러한 새로운 연구 결과는 향후 외국어 학습을 더욱 효율적으로 만드는 데 도움이 될 수 있으며, 특정 뇌 부위 손상으로 인해 말이나 글을 정확하게 이해하거나 표현하는 데 어려움을 겪는 실어증 환자들을 지원하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.
추가 실험 계획
"전반적으로, 우리의 기초 연구는 외국어 이해와 학습, 나아가 사람들 간의 소통을 향상시키고자 하는 모든 사람에게 중요한 토대를 제공한다"고 데니즈는 말했다. 연구진은 이제 실험을 다른 언어, 특히 이탈리아어나 스페인어처럼 중국어와 유사한 언어로 확장할 계획이다. 또한, 연구 설계를 반대로 해 모국어가 영어이고 외국어로 중국어를 배운 참가자를 대상으로 연구를 진행할 예정이다.
참고: 미국국립과학원회보
Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026, doi:10.1073/pnas.2503721123
출처: Technische Universität Berlin 베를린공과대학
두 언어의 단어는 뇌의 특정 영역에 함께 저장된다는 사실 밝혀져
외국어는 어떻게 뇌에 저장될까요?
두 언어의 단어는 뇌의 특정 영역에 함께 저장된다는 사실 밝혀져
외국어를 배울 때 새로운 단어는 정확히 어디에 저장될까? 모국어와 같은 영역에 저장될까, 아니면 완전히 다른 영역에 저장될까? 연구진은 새로운 단어가 주로 모국어와 같은 뇌 영역에 저장된다는 사실을 발견했다. 다만, 단어의 어원에 따라 저장 위치가 약간씩 달라지기도 한다.
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| ▲ 모국어와 외국어는 뇌의 같은 영역에 저장된다. pixabay |
외국어가 뇌에 저장되는 방식은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 현재 두 가지 이론이 있다. 하나는 새로 배운 언어가 모국어와 같은 뇌 영역에 저장된다는 것이고, 다른 하나는 완전히 다른 뇌 영역에 저장된다는 것이다.
캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 수석 저자 파트마 데니즈(Fatma Deniz)는 "과거에 두 가설 모두를 뒷받침하는 실험적 증거가 있었다"고 말했다. 따라서 연구진은 실제 저장 방식은 이 두 가지 가설의 중간 어디쯤에 있을 것이라고 추측했다.
새로운 단어는 뇌의 어디에 저장될까?
이를 규명하기 위해 데니즈와 캐서린 첸(Catherine Chen) 연구팀은 외국어 기억에 관한 기존 연구를 재검토했다. 연구팀은 중국어 원어민으로 영어를 제2언어로 배운 여섯 명의 참가자를 선정했다. 이들은 기능적 자기공명영상(fMRI)을 이용해 언어 처리 과정에서 뇌 활동을 분석했다.
참가자들은 뇌 스캐너에 누워 몇 시간 동안 중국어와 영어 이야기를 읽었다. 연구팀은 fMRI 데이터를 활용하여 단어가 읽힐 때마다 혈류량이 가장 많은 뇌 영역을 확인했다. 이는 언어 학습 과정에서 해당 단어가 저장되는 부위일 가능성이 높다고 추정할 수 있었다.
뇌를 조각으로 나누다.
연구진은 뇌에서 언어가 어떻게 처리되는지 자세히 알아보기 위해 뇌를 "Voxel 복셀”=Volume +pixel"이라고 하는 작은 공간 영역으로 나누었다. 또한, 인공지능 언어 모델을 사용해 이야기 속 단어들을 주제별로 분류했다. 연구진은 단어들의 내용적 연관성과 유사한 맥락에서 얼마나 자주 등장하는지 분석했다. 데니즈 연구원은 "의미 있는 결과를 얻기 위해 매우 복잡한 통계 분석을 수행해야 했다"고 설명했다.
연구진은 머신러닝을 사용해 분석의 신뢰성을 검증했다. 먼저, 네 명의 참가자 데이터를 기반으로 AI 모델을 학습시켜 뇌에서 측정된 패턴을 재현하도록 했다. 그런 다음, 이 모델을 추가 두 참가자의 데이터에도 적용할 수 있는지 테스트했다. 실제로, 인공지능은 두 참가자의 복셀(voxel)의 주제 분포를 놀라울 정도로 정확하게 예측했다.
언어 간의 미묘한 차이
핵심 발견:
우리 뇌는 외국어를 학습할 때, 새롭게 습득한 단어와 연결을 모국어에서 해당 개념이 저장되었던 뇌 영역에 저장한다. 그러나 뇌 위치와 개별 단어를 자세히 살펴보면 외국어와 모국어 사이에 미묘한 차이가 나타난다.
각 복셀은 언어와 관계없이 본질적으로 동일한 것에 "관심"을 보였다. 하지만 어떤 단어가 어떤 복셀을 활성화하는지 더 자세히 살펴보니, 동일한 큰 주제 내에서 미묘한 차이가 드러났다.
예를 들어, "공간 방향"이라는 포괄적인 주제 아래, 특정 뇌 영역은 중국어 텍스트를 읽을 때 주로 "도착하다"나 "함께"와 같이 관계를 묘사하는 단어에 반응했다. 영어 텍스트를 읽을 때는 이러한 반응이 바뀌어, 동일한 뇌 영역이 "북쪽"이나 "7킬로미터"와 같이 방향이나 숫자와 관련된 단어에 더 강하게 반응했다.
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| ▲ 언어 간 의미 표현: 다섯 가지 색상으로 구분된 의미 클러스터는 가족(녹색), 의사소통(노란색), 인지(주황색), 장소(빨간색), 숫자/이름(파란색)과 관련이 있다. 모든 참가자의 평균값을 기준으로 대뇌 피질에서 이러한 의미 클러스터의 분포를 보여준다. © Technische Universität Berlin / University of California, Berkerley |
이중 언어 사용자의 뇌에 대한 새로운 통찰
또한 각 복셀이 하나의 주제에만 반응하는 것이 아니라, 다양한 확률로 여러 주제를 동시에 처리한다는 사실이 밝혀졌다. 예를 들어, 한 복셀은 "남쪽", "앞쪽", "아파트"와 같이 공간 방향을 나타내는 단어에 80%의 활동을 보였다. 같은 복셀에서는 "차량"과 관련된 단어를 포함하여 다른 주제들도 약 20% 정도 나타났다.
따라서 이러한 결과는 모국어와 외국어가 뇌에서 공간적으로 분리되어 처리되는지 아니면 동일한 영역에서 처리되는지에 대한 논쟁적인 질문에 대한 해답을 제시합니다. 동시에 이러한 새로운 연구 결과는 향후 외국어 학습을 더욱 효율적으로 만드는 데 도움이 될 수 있으며, 특정 뇌 부위 손상으로 인해 말이나 글을 정확하게 이해하거나 표현하는 데 어려움을 겪는 실어증 환자들을 지원하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.
추가 실험 계획
"전반적으로, 우리의 기초 연구는 외국어 이해와 학습, 나아가 사람들 간의 소통을 향상시키고자 하는 모든 사람에게 중요한 토대를 제공한다"고 데니즈는 말했다. 연구진은 이제 실험을 다른 언어, 특히 이탈리아어나 스페인어처럼 중국어와 유사한 언어로 확장할 계획이다. 또한, 연구 설계를 반대로 해 모국어가 영어이고 외국어로 중국어를 배운 참가자를 대상으로 연구를 진행할 예정이다.
참고: 미국국립과학원회보
Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026, doi:10.1073/pnas.2503721123
출처: Technische Universität Berlin 베를린공과대학
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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