박재천의 디지털경제이야기 <50> 뇌가 기억하는 방식; 연상기억(associative memory) > News Insight

인간의 뇌에서 작동되는 기억은 연상기억 능력을 가져​

인간의 뇌에서 작동되는 기억은 관련된 정보를 연결하고 특정 단서나 자극을 통해 다른 정보를 떠올리는  특징을 가지고 있다. 이른바 연상기억 능력을 가지고 있다. 이 과정은 신경 네트워크로 연결된 뇌의 특정 영역들간의 상호작용을 통해 무의식적으로 이루어진다. 기억은 뉴런들이 연결(시냅스)되어 저장되며, 어떤 감각적 또는 언어적 자극이 뉴런을 활성화하면 관련된 뉴런들이 함께 활성화된다. 또 헤브의 법칙에 따르면 자주 함께 활성화되는 뉴런 간 연결은 강화되며, 이로 인해 연관된 정보가 쉽게 떠오르게 된다. 예를 들어, "사과"라는 단어를 통해 "빨간색"이나 "시원달콤함" 같은 시각적이나 미각적으로 연관된 정보가 활성화될 수 있다. 

연상 기억에 관여하는 주요 뇌 구조​

연상 기억에 관여하는 주요 뇌 구조로는 해마, 전두엽, 편도체, 측두엽 후두엽 등이 있으며, 이 부분들은 뇌신경 네트워크에 의하여 연결되어 있다. 뇌신경 과학자들에 의해 지금껏 밝혀진 바에 의하면, 이런 뇌 조직들은 각각 고유의 기능들을 가지고 작동하고 있다. 해마는 기억 형성과 초기 저장에 중요한 역할을 하며, 새로운 연관성을 학습하고 단서를 통해 관련된 기억을 떠올리게 한다. 전두엽은 정보를 맥락적으로 조합하고 문제 해결과 논리적 판단을 가능하게 하고, 신체의 자발적 운동을 실행하는 중요한 역할을 한다. 편도체는 감정과 관련된 기억을 처리하고 저장하며, 감정적 단서를 통해 연상을 강화한다. 측두엽은 언어를 이해하고, 소리 감각 정보를 처리 연결하는 기능을 갖는다. 후두엽은 주로 시각정보를 처리하고 패턴을 인식한다. 뇌 조직들의 각기능은 뇌신경망에 의해 연결되어 있어, 뇌의 전반에 펼쳐져 있는 데이터를 체계화하며, 단어, 개념, 의미, 감각들을 서로 연결하여 연상기억을 생성되게 된다. 

연상기억의 작동

연상 기억은 어떤 자극을 통해 특정 뉴런이 활성화되고, 관련된 뉴런으로 신호가 확산되는 과정을 통해 작동한다. 활성화되어 서로 연결된 뉴런 간의 정보는 통합되어 회상된다. 감정과 맥락도 이 과정에 관여한다. 연상 기억 능력으로 인하여 사람은 의미적, 감정적,  논리적 연관성이 자동적으로 활성화 되어 기억된다. 의미, 감정, 맥락적으로 연결된 정보를 회상해 낼 수 있다. 이때 연결 강도가 높은 뉴런일수록 활성화될 가능성이 높아진다. 연결의 강도는 특별하고도 차별적인 관심과 주의를 끌었던 기억일수록 강하게 되어 연상이 쉽게 이루어진다. 이런 연상 기억은 무의식적으로 작동하여 특정 단서가 과거의 경험을 자동적으로 떠올리게 한다. 예를 들어, 특정 냄새가 어린 시절의 추억을 불러일으킬 수 있다. 우연히 들리는 어떤 노래가 과거의 행복한 여행을 떠올리게 하기도 한다. 

연상 기억은 학습, 창의성, 그리고 심리 치료에 유용하게 활용​

연상 기억은 학습, 창의성, 그리고 심리 치료에 유용하게 활용된다. 새로운 지식을 기존 지식이나 기억과 연결하면 더 잘 이해하고 기억할 수 있다. 시간이 지나면서 연결이 약화되어 망각될 수 있지만, 반복적인 연상과 학습을 통해 기억을 강화할 수 잇다. 뉴런 간의 연결강도를 유지하고 기억을 지속시키는 데 중요하기 때문이다. 공부할 때 기존의 다른 기억과 연결시키면 더 잘 기억된다. 학습 시점에 일어난 특별한 사건과 연결되어도 더 잘 기억된다. 연상과정은 생각지도 못한 새로운 아이디어를 생성할 수도 있다. 심리 치료에서는 특정 단서를 통해 억압된 기억을 회상하는 데 사용되기도 한다. 마케팅에서도 매우 적극적으로 활용된다. 이렇게, 연상기억은 인간의 학습, 창의성, 감정 회상, 마케팅 등 일상 활동에서 핵심적인 역할을 하고 또 활용된다. 

인공지능은 인간의 연상기억 능력을 수학적으로 모델링한 체계​

인공지능은 인간의 연상기억 능력을 수학적으로 모델링한 체계이다. 홉필드네트워크가 인간의 연상기억을 저장하고 회상할 수 있는 장치로 개발 된 것이다. 이는 컴퓨터가 저장장치에 자료를 저장하고 인출하는 기존의 방식과는 근본적으로 다른 방식을 사용하고 있다. 기존의 검색방법은 같은 단어 또는 데이터를 찾아가고 있다. 그러나 인공지능의 연상기억장치는 작은 단서 또는 질문을 사용하여 의미와 맥락적으로 부합하는 정보들을 찾아낸다. 인공지능은 이렇게 새로운 세계로 컴퓨터의 능력을 확장하고 있다. 

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