인지심리 매니아

인간의 사고과정은 신비하다. 인간이 언어를 배우고, 인과관계를 파악하고, 의사결정을 하는 과정은 매우 복잡하며 베일에 가려져 있다. 도대체 인간이 사고를 할 때 뇌에서는 어떤 일이 일어날까? 우리가 그 과정을 상세히 기술할 수는 없을까?

그런데 인간의 사고과정을 수학 공식으로 설명하는 관점이 있다. 바로 ‘베이지안 접근법’이다. 이 관점은 인간의 사고과정을 베이즈 정리로 설명한다.

P(h|d) = P(d|h) / P(d)
(h: 가설 d: 증거 )

이 간단한 공식으로 어떻게 복잡한 인간의 사고방식을 설명할 수 있을까? Perfors et al(2011)^[각주:1]은 어린아이의 귀납적 일반화 과정을 베이지안 추론으로 설명하고 있다.

범주이름 학습
 

출처: http://www.clublabrador.com

아이의 머리 속은 폭발 직전일 것이다. 아이는 어쨌든 자기 앞에 있는 이 동물이 ‘래브라도’라는 사실을 배웠다. 하지만 아이는 며칠 전 공원에서 비슷한 동물(진돗개)을 본 적이 있다. 그럼, ‘래브라도’라는 단어는 며칠 전 본 동물을 부를 때도 사용하는가? 아니면 ‘네 발로 걸어다니는 모든 동물’을 일컫는 것일까?

다행히 아이의 머리 속에는 이 문제를 해결할 규칙이 있다. 그 규칙은 바로 ‘가장 좁은’ 범주를 선택하는 것이다. 즉, 아이는 자기 눈앞에 있는 이 동물만 ‘래브라도’이며, 지난 번에 본 동물(진돗개)은 래브라도가 아니라고 생각한다. 만약 아빠가 이 신기한 동물과 똑같이 생긴 동물이 나타날때마다 ‘래브라도’라고 부른다면, 이 가정은 더욱 견고해진다. 반면, 아빠가 며칠 전 봤던 동물(진돗개)도 ‘래브라도’라고 부른다면 이 단어가 특정 동물(개)을 지칭한다고 가정할 것이다. 하지만, 그 때도 역시 최소 범위(개)를 가정한다. ‘래브라도’가 동물 전체를 지칭한다고 생각하지는 않는 것이다.

베이지안 관점은 이 현상을 ‘우도’로 설명한다. 앞에서 살펴봤듯이 우도란 P(d|h), 즉 가설이 참일 때 증거가 출현할 확률이다. 만약 이 동물(A)의 이름이 래브라도라고 가정하면, 이 가정이 맞을 때 실제로 이를 뒷받침하는 증거가 출현할 확률은 P(래브라도라고 부름|A)가 될 것이다. 반면, 모든 개(B)를 지칭하는 단어가 래브라도라면 우도는 P(래브라도라고 부름|B)이 된다. 둘 중 어느 확률이 가장 높은가? 당연히 첫번째다. A는 B보다 발생빈도가 훨씬 적기 때문이다 (Fig.3 i에서 가장 작은 사각형이 A에 해당한다). 아이는 이렇게 증거가 참일 확률이 높은 가설을 선택한다(그림을 보면 검은 점은 가장 작은 사각형에서 나왔을 확률이 높아 보인다).

또 이 가정은 증거가 축적되면서 강화되는데, 이것 역시 우도와 관련있다.. 만약 아빠가 이 개랑 똑같이 생긴 개(A)가 출현할 때마다 ‘래브라도’라고 한다면, P(래브라도라고 부름|A)는 더욱 증가하기 때문이다(Fig 3. ii). 따라서 가장 진한 사각형(래브라도)이 지지를 받게 되는 것이다.

제약 
 

그 외에도 어린아이는 복잡한 귀납화 과정에서 사용하는 몇 가지 규칙(제약, Constraint)을 가지고 있다. 예를 들어, 단어를 배울 때 그 단어가 사물의 일부분보다 전체를 지칭할 것이라는 가정, 주체는 객체와 달라서 스스로 움직일 수 있다는 가정 등이다.

어린아이의 머리 속에 있는 제약은 선천적으로 타고나는가? 베이지안 관점은 제약이 학습된다고 설명한다. 예를 들어 보자. 이제 ‘개’라는 개념을 이해하기 시작한 아이가 돼지와 골든 리트리버을 봤다고 가정해보자. 아이의 머리는 또 다시 복잡해진다. 이 이상한 동물들도 ‘개’일까? 아이에게는 이 복잡한 문제를 정리해줄 제약이 필요하다.

그림4는 제약이 학습되는 과정을 잘 설명해준다. A가 래브라도, b가 골드 리트리버, c가 돼지라고 가정해보자. 학습자는 먼저 기존 경험을 바탕으로 가설(개)의 범위를 설정한다. 즉, 개는 몸통 길이가 다양하지만(w)  몸무게(l)가 크게 차이 나지 않는다. 따라서 가설공간은 l x w 의 긴 직사각형 모양이라는 제약이 형성된다. 그렇다면 b는 a와 같은 범주에 속할 확률이 높고, c와 a는 확률이 낮을 것이다. 학습자는 소수의 사례만으로도 재빠르게 제약을 만들어낸다.
 

베이지안 통계학을 배운 사람은, 이쯤에서 무언가가 번득 떠오를 것이다. 베이지안 관점은 가설에 대한 가설(l과 w, hyperparameters)을 ‘베이지안 계층적 모형’으로 설명한다. 계층적 모형을 사용하면 제약 뿐만 아니라 인간이 어떻게 개념을 추상화하고, 그 개념을 또 추상화하는지 추적할 수 있다. 정말 신기하다. 수학적 모형으로 인간의 개념 구조를 설명할 수 있다니 말이다.

결론

인간의 사고과정은 신비하게 보이지만, 설명 가능한 과정임이 점점 드러나고 있다. 특히 베이지안 관점에 의하면 인간의 사고방식은 합리적인 수학적 판단과 다를 바가 없다. 물론 베이지안 관점에 대해서 비판이 없는 것은 아니지만 비교적 다양한 사고과정을 수학적으로 무리없이 설명해 내고 있다. 카네만과 트버스키의 비판에도 불구하고, 인간은 어쩌면 정말 직관적인 수학자일지도 모른다.

글: Choke
번역: 인지심리 매니아

부모의 언어습관은 자녀에게 큰 영향을 준다. 자녀가 부모의 언어와 행동을 모방한다는 사실은 이미 잘 알려져 있다. 하지만 그 영향력이 어느 정도인지는 잘 알려져 있지 않다. Developmental Science 저널이 지난주 소개한 연구^[각주:1]에서, 심리학자 수잔 레빈와 연구팀은 부모가 자녀에게 공간 관련 단어를 얼마나 자주 사용하는지에 따라 (물체의 공간적 특징이나 속성을 말해 주는 것. 예, 크다, 길다, 원형이다, 둥그렇다, 날카롭다) 자녀의 학령 전 문제해결 능력이 영향을 받는다는 사실을 발견했다.

출처: Cognitive daily

번역: 인지심리학 매니아

Posted on: October 29, 2009 3:53 PM, by Dave Munger

Take a look at this face:

이 그림은 화난 얼굴일까 공포에 질린 얼굴일까? 아마 확답을 하기 어려울 것이다. 성인의 절반은 위 그림이 화난 얼굴이라고 한 반면 나머지 절반은 공포에 질린 얼굴이라고 답했다. 하지만 아이들의 경우 이야기가 달라진다. 연구자들은 아이들이 어른처럼 표정을 통해 감정을 포착하는 데 능하지 못하다는 사실을 알아냈다. 어린 아이들은 이 그림을 화난 얼굴이라기 보다 공포에 질린 얼굴이라고 말했다. 하지만 대부분의 연구자들은 아이들이 5세 정도가 되면 어른 수준만큼 표정을 잘 읽어낸다고 한다.

하지만 Neuroscientist들은 주요 감정을 다루는 뇌 부분이 청소년기를 걸쳐 계속적으로 발달한다고 주장해왔다. 만약 우리 뇌가 계속 변화하는 것이라면, 우리는 아이나 청소년들이 감정을 지각하는 방식에 개입해야하지 않을까?

Laura Thomas 연구팀은 아이들의 감정 지각에 대한 기존 연구들에 오점이 있다고 생각했다. 기존 연구들은 위 사진처럼 모호한 감정 대신 감정이 분명하게 드러나는 다소 쉬운 과제를 사용해왔다. 이 연구에서 다룬 것들이 정말 유아와 청소년들의 미묘한 감정 지각 발달일까?

연구팀은 102명의 어린이, 청소년, 성인에게 각기 다른 표정을 하고 있는 10장의 사진을 보여줬다. 이 사진들은 사전에 화, 공포, 중립적 감정을 나타내는지 평정을 한 사진들이다. 감정이 분명히 드러나는 사진 대신 이들은 morphing software를 이용하여 피험자에게 여러 단계에 걸쳐 있는 감정들을 보여줬다. 그 예는 아래 그림과 같다.

맨 윗줄에  그림 1은 22.22% 화난 사진이고 그림 6은 77.77% 화난 사진이다. 가장 아래줄 그림 4는 44.44% 공포에 55.55% 화난 얼굴이다. 각 줄에 있는 사진들을 피험자들에게 무선적인 순서로 보여주고 감정을 평가하게 했다(예: 중립-화남). 각각 10개의 다른 표정을 한 사진이었다는 사실을 기억해야 한다. 각 사진들을 3초 동안 본 다음, 피험자들은 사진의 감정을(예: 중립 또는 화남)가능한 빨리 말해야 한다. 아래는 '중립-화남'의 결과이다.

성인은 유아나 청소년보다 화남-중립 표정을 잘 포착했다. 그림 1과 2에서 성인들이 어떻게 평가를 했는지 다른 그룹과 비교자보자. 이 사진들은 22.22%, 33.33% 화난 상태이고 성인들은 대부분 이 사진이 화난 얼굴이 아님을 알았다. 그림 5의 경우와(66.66%) 6의 경우(77.77%) 화난 사진이라고 말하는 성인이 늘어나기 시작했다. 통계적으로 어른과 청소년의 차이는 유의미했다. 청소년과 어린이들의 차이는 유의미한 차이가 없었다.

유사한 패턴이 중립-공포, 공포-화남 조건에서 발견되었다. 연구자들은 이 패턴이야말로 부모와 십대간 의사소통이 힘든 이유라고 말한다. 십대들은 부모들처럼 표정을 잘 읽지 못한다. 갑자기 한가지 의문이 생긴다. 이런 현상은 피험자들이 '성인'의 사진을 봤기 때문이 아닐까? 이 실험에서 피험자 전부가 동일한 성인의 얼굴에 봤기 때문에 만약 유아나 십대의 얼굴을 대상으로 했다면 또 다른 결과가 나왔을지 모른다.

Thomas, L., De Bellis, M., Graham, R., & LaBar, K. (2007). Development of emotional facial recognition in late childhood and adolescence Developmental Science, 10 (5), 547-558 DOI: 10.1111/j.1467-7687.2007.00614.x