수학을 할 때 뇌에선 무슨 일이 일어날까?

우리는 어떻게 수를 이해하게 되었을까? 수를 다루는 기술은 우리 인간만이 가진 능력일까? 수리 능력은 한 개인에서 어떻게 발달하고, 생명의 역사 전체에서 어떻게 진화해왔을까? 우리가 수를 세고 계산할 때 우리 뇌에서는 어떤 일이 일어날까? 독일 튀빙겐대학교의 동물생리학자이자 신경생물학자인 안드레아스 니더의 《수학하는 뇌》는 다양한 동물실험과 최신 뇌과학 연구를 바탕으로 우리의 수 인지 능력의 신경학적 기반과 진화적 토대를 탐구한다. 니더는 유아와 신생아는 물론 동물들에게도 수리 능력이 있으며, 우리 뇌 속에는 수를 전문적으로 처리하는 ‘수 뉴런’이 있음을 밝히고, 수리 능력과 언어 능력의 관계, 수학 천재들의 뇌와 일반인의 뇌의 차이, 수학을 잘하는 아이의 비결과 수학 학습장애를 개선하는 법 등 수학과 뇌에 관련한 다양한 궁금증에 답한다.

수가 없는 삶은 상상할 수 없다. 사물을 세고 값을 계산하는 일에서부터 모든 과학기술과 문명이 우리의 수리 능력에 기초해 있다. 하지만 우리가 어떻게 이 능력을 얻게 되었는지는 오랫동안 수수께끼였다. 최근 20년 동안 수리 능력에 대한 연구가 커다란 진전을 이루었는데, 주로 동물 행동실험과 단일 뉴런 활성 기록, 뇌 영상 스캔(fMRI, PET, TMS 등) 같은 신경생물학의 성과였다. 원숭이와 까마귀의 수리 능력에 대한 연구로 유명한 독일의 신경생물학자 안드레아스 니더는 자신의 여러 실험과 발견은 물론 지난 20년 동안의 학계 연구 성과를 상세히 소개하며, 수 인지 능력의 신경학적 기반과 그 진화 과정에 대한 놀랍고 흥미로운 이야기를 들려준다.

우리는 수를 헤아리는 법을 배우지 않고도 직관적으로 안다. 마치 감각적 대상을 지각하듯이, 우리는 따로 훈련받지 않아도, 시각 자극에 노출되는 것만으로도 수량을 감지할 수 있다. 어느 것이 더 크고 작은지, 무엇이 더해지거나 없어졌는지 즉각 알아차린다. 이것은 우리가 수에 대한 근본적 이해, 선천적 직관을 가지고 태어나기 때문이다. 이 선천적 능력을 ‘수 감각’ 또는 ‘수 본능’이라고 한다. 이것은 어떻게 가능할까? 우리의 모든 인지는 뇌가 담당하고, 뇌는 생물학적 진화의 산물이므로, 수 감각의 미스터리는 두 가지 측면으로 접근할 수 있다. “수리 능력을 이해하기 위해서는 이러한 수 본능의 근본적인 생물학적 메커니즘을 진화적으로(계통발생) 그리고 발달학적으로(개체발생) 이해할 필요가 있다.” 즉 뇌의 진화와 생리학을 이해하는 것이 수리 능력의 비밀을 푸는 열쇠다.