개인의 뇌-행동 연관성 감추는 '집단 평균'의 맹점
스탠퍼드 의대 연구진에 따르면, 여러 사람의 뇌 스캔 데이터를 단순 평균 내는 방식은 개인이 뇌를 사용하는 고유한 방식을 숨기고 왜곡할 수 있습니다. 특히 목표 지향적 과제에 어려움을 겪는 아동들의 경우, 집단이 아닌 개인 단위로 데이터를 분석했을 때 완전히 다르고 뚜렷한 뇌 활동 패턴이 나타났습니다. 이는 인지 조절 연구에 있어 개인 맞춤형 접근법의 중요성을 시사하며, ADHD 등 여러 정신의학적 질환을 이해하는 데 실질적인 도움을 줄 수 있습니다.
스탠퍼드 의대(Stanford Medicine)의 새로운 연구에 따르면, 여러 사람의 뇌 스캔 데이터를 평균 내어 인지를 연구하는 방식은 개인이 자신의 뇌를 어떻게 사용하는지 감추는 것으로 나타났습니다.
특히 목표 지향적 과제에 어려움을 겪는 아동들의 경우, 다양한 능력을 가진 아동들의 집단의 일부로 분석하는 대신 개별적으로 데이터를 분석했을 때 뚜렷하고 구별되는 뇌 활동 패턴을 보였습니다. 이번 발견은 주의력 결핍/과다행동 장애(ADHD)와 같은 질환에서 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하는 데 시사하는 바가 크며, 관련 연구 결과는 4월 27일 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재될 예정이다.
정신의학 및 행동과학 연구원인 퍼시 미스트리(Percy Mistry) 박사는 "개별 뇌 내에서 역학이 어떻게 전개되는지 조사하면 개인 차이에 대한 신경과학적 통찰력을 크게 제공하고, 기존의 접근 방식으로는 답할 수 없었던 질문들을 해결하는 데 도움이 될 수 있다"고 말했다.
미스트리 박사는 정신의학 및 행동과학 연구 데이터 분석가인 니콜라스 브래니건(Nicholas Branigan) 석사와 공동 제1저자를 맡았다. 교신저자는 정신의학 및 행동과학 교수이자 레이첼 L. 그리고 월터 F. 니콜스(Rachael L. and Walter F. Nichols) 의학 석좌교수를 겸임하고 있는 비노드 메논(Vinod Menon) 박사이다.
이 연구는 4,000명 이상의 아동을 대상으로 억제성 인지 조절(inhibitory cognitive control), 즉 누군가 과제를 수행하는 동안 뇌가 주의를 산만하게 하거나 관련 없는 정보를 억제하는 과정을 평가했다. 연구진은 아동들의 뇌 스캔 데이터를 단순 평균한 결과와, 동일한 과제를 반복 수행하는 각 아동의 시간적 역학(temporal dynamics)을 개별적으로 분석한 결과를 비교했다.
브래니건은 "우리의 연구는 인간 신경과학, 심리학 및 정신의학에서 개인화(personalization)를 향한 커져가는 움직임에 이론적 근거를 제공한다"고 말했다.
이러한 개별적 접근 방식은 인지 조절 및 수행 모니터링(performance monitoring, 오류를 범한 후 자신의 전략을 수정하는 능력) 수준이 다른 아동들의 하위 그룹을 식별할 수 있었다.
예를 들어, 양호한 인지 조절 및 수행 모니터링 능력을 가진 아동들과 이러한 능력이 떨어지는 아동들은 매우 다르고 종종 정반대의 뇌 역학적 특성을 보여주었다.
행동과 뇌 활동의 연관성을 밝히는 연구들이 일반적으로 집단 데이터의 평균을 바탕으로 결론을 도출한다는 점을 지적하며, 메논 교수는 "우리의 연구는 집단 평균이 뇌가 역동적으로 행동을 조절하는 방식에 대해 근본적으로 우리를 오도할 수 있음을 명확히 보여준다"고 말했다.
속도-정확도 트레이드오프(Speed-accuracy trade-off)가 주는 단서 심리학자들은 집단을 대상으로 연구했을 때 특정 방식으로 연결되어 보이는 행동들이 개인 수준에서는 동일한 방식으로 연관되지 않을 수 있다는 사실을 오랫동안 알고 있었다. 이를 보여주는 가장 좋은 예는 속도-정확도 트레이드오프 현상이다. 빠르게 산술 문제를 푸는 것과 같은 과제를 집단에게 주었을 때, 더 빠른 사람들이 일반적으로 더 정확한 경향이 있다. 하지만 한 개인에게 더 빨리 하라고 하면 정확도는 떨어질 가능성이 높다. 또는 한 사람에게 더 정확하게 하라고 하면 아마도 속도가 느려질 것이다.
전문가들은 유사한 현상이 뇌 내부에 숨겨진 방식으로 작용하는지 궁금해했다.
스탠퍼드 의대 연구팀은 억제성 조절(inhibitory control)을 측정하는 과제를 수행하는 아동들의 뇌 스캔 데이터를 분석했다. 업무나 목표에 집중하기 위해서는 주의를 산만하게 하는 요소나 관련 없는 사항에 주의를 기울이고 싶은 충동을 억제하는 동시에 목표 달성에 역행하는 행동이나 충동적인 행동을 억눌러야 한다.
억제성 조절은 과제를 완수하게 해준다. 낮은 억제성 조절 능력은 ADHD, 조현병(양극성 장애), 중독을 포함한 여러 정신과적 진단의 핵심 특징이다. 억제성 조절이 정상적으로 어떻게 작동하며 어떻게 오작동하는지 이해하는 것은 이러한 질환에 대한 더 나은 행동 치료법 개발을 안내하는 데 도움이 될 수 있다.
다르게 나타나는 개인별 결과 연구팀은 청소년 뇌 및 인지 발달(Adolescent Brain and Cognitive Development) 연구의 기준 방문의 일환으로 수집된 9~10세 아동 4,000명 이상의 데이터를 분석했다. 해당 연구는 뇌 성숙도를 추적하는 장기적인 연구이다.