아동기 외국어 구사, 인지능력 향상·뇌연결망 변화 확인 

아동기 외국어 구사 여부가 인지능력을 향상시키고 뇌 연결망에 변화를 가져오는 것으로 밝혀졌다.

정용 KAIST 교수팀(바이오및뇌공학)과 마빈 천 미국 예일대 교수팀(심리학)은 미국 국립보건원(NIH) 청소년 뇌 인지 발달 연구(ABCD Study) 데이터를 사용해 발달단계에 있는 910세 아이들의 인지기능 점수와 기능적 자기공명영상(fMRI)을 분석한 결과, 모국어 외 다른 언어를 추가로 사용하는 아이들은 모국어만 사용하는 아이들에 비해 기억을 측정하는 인지 과제에서 높은 점수를 나타냈다. 또 다언어 사용은 아이들의 뇌 전체 연결망에도 영향을 주는 것으로 확인됐다.

권영혜 KAIST 바이오및뇌공학과 박사과정이 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 11월 118권 49호에 출판됐다. 논문 제목은 Predicting multilingual effects on executive function and individual connectomes in children: an ABCD Study.

뇌는 과제를 수행할 뿐만 아니라 쉬고 있을 때도 특정 영역들이 활성화된다. 기능적 자기공명영상을 통해 활성화되는 각 영역을 관찰할 수 있고, 이 영역들이 서로 어떻게 연결이 돼 있는지 기능적 뇌 연결망을 계산할 수 있다.

뇌 모든 영역 간의 연결 패턴을 나타내는 뇌 전체 연결망은 사람마다 다르고, 나이지능인지기능 등 고유한 특성을 내포하고 있다고 알려져 최근 뇌 과학 분야에서 활발히 연구되고 있다.

연구팀은 뇌의 특정 영역에 국한하지 않고 뇌 전체의 연결망에 초점을 맞춰, 여러 언어를 하는 아이들과 하나의 언어만 사용하는 아이들이 서로 다른 뇌 전체 연결망을 갖는 것을 관찰했다.

기억 관련 과제를 수행할 때 다언어 사용 아이들은 단일언어 사용 아이들에 비해 뇌 후두엽과 피질하 영역 간 강한 연결망을 보였다. 아이들이 아무 과제를 수행하지 않는 휴지기에도 두 그룹 간 차이가 관찰됐는데, 다언어 사용 아이들에게서 뇌 후두엽과 전전두엽 간 강한 연결성을 보였다.

이와 함께 기계학습을 통해 아이들이 기억 관련 과제를 수행할 때와 휴지기일 때 나타나는 뇌 전체 연결망만으로 그 아이가 여러 언어를 사용하는지 한 언어를 사용하는지를 성공적으로 예측할 수 있었다.

또 다언어 사용 아이들이 기억 관련 과제를 수행할 때 관찰되는 기억 관련 연결망만으로 해당 과제에서 어떤 점수를 얻었는지 예측할 수 있었다.

단일 언어사용 아이들에게서는 이런 현상이 발견되지 않았는데, 이는 다언어 사용 아이들의 뇌 전체 연결망이 그들의 행동과 더 밀접한 관계를 맺고 있다는 것을 시사한다.

연구팀은 이번 연구를 통해 발달단계에 있는 910세 아이들의 다언어 사용 여부가 뇌 전체 연결망에 변화를 주는 것을 확인했다.

이 연구를 바탕으로 다언어 사용의 영향이 발달단계를 거치며 성인이 될 때까지 어떻게 변화하는지 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 이에 더해 다언어 사용은 알츠하이머와 같은 퇴행성 뇌질환에 동반되는 인지기능 저하를 방어하는 뇌인지 예비능을 가져오는데, 이 현상을 연구에도 도움을 줄 것으로 기대된다.

권영혜 박사과정은 성인보다 언어사용 기간이 짧은 910세 아이들에게서도 여러 언어의 사용이 인지기능과 뇌 연결 패턴에 영향을 주는 것을 확인했다라며 향후 연구를 통해 어렸을 때부터 형성된 이런 차이가 시간이 흐르면서 어떤 형태로 자리잡아 성인이나, 노인이 되어서까지 영향을 주는지를 이해하는 데 도움이 되길 바란다라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단, 산업통상자원부, 미국 국립보건원 등의 지원으로 이뤄졌다.