[책 요약] 에고라는 적 : 라이언 홀리데이

 

우리의 뇌는 어떻게 배우는가: 배움의 모든 것을 해부하다 (

 

1. 개요

우리의 뇌는 어떻게 배우는가: 배움의 모든 것을 해부하다 (How We Learn: Why Brains Learn Better Than Any Machine . . . for Now)는 프랑스의 인지신경과학자 스타니슬라스 드앤이 2020년에 출간한 책이다. 인지과학, 신경과학, 인공지능, 교육학 분야의 최신 연구 성과를 바탕으로 인간의 뇌가 학습하는 방식을 심층적으로 탐구한다.

한 줄 소개: 인간의 뇌가 가진 놀라운 학습 능력의 비밀을 파헤치고, 더 나은 학습과 교육을 위한 과학적 통찰을 제시한다.

 

2. 저자 소개

스타니슬라스 드앤 (Stanislas Dehaene)

• 프랑스의 저명한 인지신경과학자이자 콜레주 드 프랑스(Collège de France) 교수이다.
• 인간 뇌의 언어, 수, 의식 처리 과정을 연구하는 세계적인 권위자이다.
• 주요 저서로는 뇌의식의 탄생, 글 읽는 뇌, 숫자 감각 등이 있다.
• 프랑스 과학 아카데미, 미국 국립 과학 아카데미, 교황청 과학원 등 여러 학술 단체의 회원이다.

 

3. 책의 전체 흐름

이 책은 크게 세 부분으로 구성되어 있다.

1. 배움이란 무엇인가?
   • 배움의 정의를 생물학적, 인지과학적, 인공지능적 관점에서 다각도로 조명한다.
   • 인간의 뇌와 인공지능 알고리즘의 학습 방식을 비교 분석한다.
   • 베이지안 추론(Bayesian inference)을 중심으로 인간 뇌의 학습 원리를 설명한다.
2. 우리의 뇌가 배우는 법
   • 아기의 뇌 발달 과정을 중심으로 인간 뇌의 선천적 능력과 학습 메커니즘을 탐구한다.
   • 뇌 가소성(brain plasticity)의 역할과 한계를 다양한 사례를 통해 제시한다.
   • 읽기, 수학 등 특정 학습 영역에서 뇌의 변화 과정을 분석한다.
3. 배움의 네 기둥
   • 효과적인 학습을 위한 네 가지 핵심 요소, 즉 주의(attention), 적극적 참여(active engagement), 에러 피드백(error feedback), 통합(consolidation)을 제시한다.
   • 각 요소의 신경과학적 기반과 교육적 함의를 설명한다.
   • 수면, 호기심, 사회적 상호작용 등이 학습에 미치는 영향을 분석한다.

 

4. 상세 요약

4.1. 1부: 배움이란 무엇인가?

• 배움의 정의: 드앤은 배움을 "외부 세계의 내부 모델을 만드는 것"이라고 정의한다. 뇌는 감각을 통해 들어오는 데이터를 바탕으로 세상을 이해하고 예측하기 위한 자신만의 모델을 구축한다.
• 조합 폭발(combinatorial explosion): 인간의 뇌는 수많은 매개변수를 조정하여 무한대에 가까운 조합을 만들어낼 수 있다. 이러한 조합 능력은 언어, 수학, 추론 등 고차원적인 인지 기능의 기반이 된다.
• 경사 하강 알고리즘(gradient descent algorithm): 인공신경망의 학습 방식 중 하나로, 에러를 최소화하는 방향으로 매개변수를 조정하는 방식이다. 드앤은 인간의 뇌 역시 이와 유사한 방식으로 학습한다고 주장한다.
• 베이지안 추론: 뇌는 통계학자처럼 행동하며, 확률과 불확실성을 다루면서 학습 능력을 최적화한다. 즉, 새로운 데이터를 접할 때마다 기존의 믿음(prior)을 업데이트하여 더 나은 가설(posterior)을 선택하는 방식으로 학습한다.

4.2. 2부: 우리의 뇌가 배우는 법

• 아기의 뇌: 아기는 결코 백지 상태(tabula rasa)가 아니다. 아기의 뇌는 이미 물체, 숫자, 언어, 사람 등에 대한 기본적인 지식과 직관을 갖고 태어난다.
• 뇌 가소성: 뇌는 경험에 따라 구조와 기능이 변화하는 능력을 가지고 있다. 특히 어린 시절에는 뇌 가소성이 매우 활발하여 학습에 유리하다. 하지만 뇌 가소성에는 한계가 있으며, 특정 시기(민감기, sensitive period)가 지나면 학습 능력이 감소한다.
• 신경세포 재활용(neuronal recycling): 읽기, 수학 등 새로운 문화적 기술을 배울 때, 뇌는 기존의 뇌 회로를 재활용하여 새로운 기능을 수행한다. 예를 들어, 읽기를 배울 때는 시각 단어 형태 영역(visual word form area)이 활성화되는데, 이 영역은 원래 얼굴 인식을 담당하던 영역의 일부를 재활용한 것이다.

4.3. 3부: 배움의 네 기둥

1. 주의(Attention): 뇌는 주의를 통해 중요한 정보를 선택하고 증폭시킨다. 주의를 기울이지 않으면 학습이 제대로 이루어지지 않는다.
2. 적극적 참여(Active Engagement): 수동적인 학습보다는 적극적인 참여와 탐구가 학습 효과를 높인다. 뇌는 스스로 가설을 세우고 검증하는 과정에서 더 잘 배운다.
3. 에러 피드백(Error Feedback): 뇌는 예측과 현실의 차이, 즉 에러를 통해 학습한다. 실수는 배움의 필수적인 과정이며, 긍정적인 피드백은 학습 의욕을 높인다.
4. 통합(Consolidation): 뇌는 수면 중에 낮에 배운 내용을 복습하고 통합하여 장기 기억으로 전환한다. 충분한 수면은 학습 효과를 극대화하는 데 중요하다.

 

5. 핵심 개념 및 아이디어

• 베이지안 뇌(Bayesian Brain): 뇌는 확률과 통계를 활용하여 외부 세계를 모델링하고 예측하는 베이지안 추론 기계와 같다.
• 신경세포 재활용(Neuronal Recycling): 새로운 문화적 기술을 배울 때, 뇌는 기존의 뇌 회로를 재활용하여 새로운 기능을 수행한다.
• 배움의 네 기둥(Four Pillars of Learning): 주의, 적극적 참여, 에러 피드백, 통합은 효과적인 학습을 위한 필수 요소이다.
• 메타인지(Metacognition): 자신의 인지 과정을 인식하고 조절하는 능력으로, 효과적인 학습을 위해 중요하다.
• 호기심(Curiosity): 새로운 정보를 탐구하고 배우려는 욕구로, 학습의 중요한 동기 요인이다.

 

6. 평가 및 반응

• 호평: 인지과학, 신경과학, 교육학 분야의 최신 연구 성과를 종합하여 인간의 학습 메커니즘을 명쾌하게 설명했다는 평가를 받는다.
• 비판: 일부 독자들은 과학적 내용이 다소 어렵고 전문적이라고 느낄 수 있다. 또한, 교육 현장에 적용하기 위한 구체적인 방법론이 부족하다는 지적도 있다.

 

7. 여담 및 트리비아

• 드앤은 이 책을 자신의 딸 오로르(Aurore)와 "한때 아기였던 모든 이"에게 바쳤다.
• 책의 서문에는 브라질에서 만난 펠리페(Felipe)라는 소년의 이야기가 소개된다. 펠리페는 총상으로 시력과 운동 능력을 잃었음에도 불구하고 놀라운 언어 능력과 창의력을 보여주었다.
• 드앤은 자신의 연구실에서 개발한 교육용 소프트웨어(예: The Number Race, The Number Catcher)를 통해 학습의 과학적 원리를 실제 교육 현장에 적용하려는 노력을 기울이고 있다.

 

8. 관련 문서

• 스타니슬라스 드앤
• 뇌의식의 탄생
• 글 읽는 뇌
• 숫자 감각
• 인지과학
• 신경과학
• 인공지능
• 베이지안 추론
• 뇌 가소성
• 메타인지

 

9. 각주

[1] Dehaene, S. (2020). How we learn: Why brains learn better than any machine . . . for now. Viking.
[2] Locke, J. (1690). An essay concerning human understanding.
[3] Rousseau, J.-J. (1762). Emile, or On Education.
[4] Piaget, J. (1949). Traité de psychologie expérimentale.
[5] Turing, A. M. (1950). Computing machinery and intelligence. Mind, 59(236), 433–460.
[6] LeCun, Y., Bengio, Y., & Hinton, G. (2015). Deep learning. Nature, 521(7553), 436–444.
[7] Gopnik, A., Meltzoff, A. N., & Kuhl, P. K. (1999). The scientist in the crib: What early learning tells us about the mind. William Morrow & Co.
[8] Friston, K. (2005). A theory of cortical responses. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 360(1456), 815–836.
[9] Spelke, E. S., & Kinzler, K. D. (2007). Core knowledge. Developmental Science, 10(1), 89–96.
[10] Hattie, J. (2008). Visible learning. Routledge.
[11] Dunlosky, J., Rawson, K. A., Marsh, E. J., Nathan, M. J., & Willingham, D. T. (2013). Improving students’ learning with effective learning techniques: Promising directions from cognitive and educational psychology. Psychological Science in the Public Interest, 14(1), 4–58.