중요한 경기를 앞둔 운동선수들은 ‘긴장’을 하기 마련입니다. 긴장은 누구나 하지만 과도한 긴장은 평소보다 저조한 성적으로 이어집니다. 프로야구 정규시즌 내내 잘하다가 한국시리즈에서 맥을 못 추는 선수, 평소 너무 잘하는 선수였는데 결정적인 순간 기회를 놓치는 축구 선수, 종료 직전, 성패를 가르는 자유투를 놓치는 농구 선수 등 이러한 일은 자주 볼 수 있습니다.
미국 카네기멜런대의 신경과학자 스티븐 체이슨 교수는 보상과 수행능력이 미치는 영향에 대한 실험을 기획합니다. 어떠한 임무를 진행하는 상황에서 ‘보상 압박’이 가해졌을 때 뇌에 어떤 변화가 일어나는지를 살펴보는 것입니다.
이를 위해 연구진은 ‘히말라야 원숭이(Resus Macaquw)’를 훈련시킵니다. 훈련 내용은 간단합니다. 원숭이는 컴퓨터 화면에 표시된 ‘커서’를 움직여 목표물을 맞히는 과제를 수행합니다. 모니터에 특정한 ‘공간’이 표시되면, 손을 움직여 커서를 이 공간으로 이동시키는 임무입니다. 이 실험은 크게 지연 기간, 도달 기간, 그리고 유지 기간으로 구성됩니다. 연구진은 이 과정을 수행하는 동안 원숭이의 뇌의 전두엽에 전극을 심은 뒤 어떤 현상이 일어나는지를 관찰했습니다.
원숭이가 손을 움직여 커서를 이동시키는 동안 시간이 오래 걸리면 ‘실패’로 간주합니다. 목표물에 제시간에 가지 못하거나 목표물로 간 뒤 400ms(밀리세크) 초 이내에 커서가 벗어나도 실패가 됩니다. 성공할 경우는 보상(먹이)을 통해 자신이 무엇을 해야 보상을 얻을 수 있는지 훈련시킵니다.
이후 과제에 따라 보상의 크기를 달리했습니다. 커서를 목표물로 이동시키는 시간을 짧게 제시하거나 커서가 놓여야 하는 공간의 크기를 작게 하는 과제를 어렵게 만듭니다. 원숭이가 이전보다 어려운 과제 수행에 성공하면 더 많은 보상을 제공했습니다. 연구진은 원숭이의 과제 성공 확률을 90%, 70% 등으로 조절합니다. 실제로 원숭이는 어려운 과제를 수행할 때 성공 확률이 떨어졌습니다.
연구진은 원숭이가 이 과제를 수행할 때 과제가 어려우면 보상이 크다는 것을 인식하도록 수십 차례 훈련을 시킵니다. 그리고 ‘잭팟’ 보상을 도입합니다. 즉 원숭이가 “지금 네가 해야 하는 과제는 이전보다 어렵다. 하지만 성공하면 이전보다 훨씬 큰 보상을 줄 거야”라는 생각을 가질 수 있도록 한 것입니다.
실험 결과 많은 보상이 따르는 상황, 즉 잭팟 보상 직전에 원숭이 뇌에 있는 ‘운동 준비’와 관련된 뉴런의 활동이 감소한다는 사실을 밝혀냈습니다. 운동 준비란 어떻게 움직일지를 미리 계산하는 영역입니다. 이 영역의 활성이 저하됐다는 것은 그동안 뇌가 열심히 준비해왔던 상황에 문제가 생김을 뜻합니다. 즉 운동 능력이 이전보다 떨어질 가능성이 커진 상황이라는 것입니다.
실제 실험 결과도 비슷했습니다. 보상의 크기를 x축으로, 성공 확률을 y 축으로 놓은 뒤 실험 결과를 표시했더니 어린 왕자에 등장하는 코끼리를 잡아먹은 ‘보아뱀’과 같은 그래프를 그릴 수 있었습니다. 즉 보상이 증가하면 성공 확률도 어느 정도 높아지지만 ‘아주 많은’ 보상이 주어질 경우에는 성공 확률이 오히려 떨어진 것입니다. 연구진은 “보상의 크기가 커질수록 준비 상태가 약해지기 시작하면서 뇌가 특정한 과제를 수행하기 위한 최적의 지점에서 벗어나게 된다”라며 “우리는 이를 ‘신경 편향 가설(the neural-bias hypothesis)’이라고 부른다”라고 설명했습니다.
연구진은 이러한 일을 피하기 위해 적절한 ‘균형점’을 찾는 게 중요하다고 이야기합니다. 즉 대담해지라는 얘기입니다. 한국시리즈 7차전, 2대 2로 동점인 상황에서 9회말, 투아웃 주자 삼루인 상황. 안타 하나면 상황을 역전할 수 있고 자신은 ‘스타’가 될 수 있습니다. 후반전이 거의 끝나가는 축구 경기, 추가 시간이 주어진 상황에서 얻은 페널티킥을 차기 전의 선수. 이들이 평소처럼 좋은 결과를 내려면 상황이 주는 압박을 이겨내야 한다는 얘기입니다.
Athletes who have an important game to play tend to get nervous. Everyone is nervous, but excessive tension leads to lower-than-usual performance. This is a common occurrence, such as a player who plays well throughout the regular season of professional baseball but fails to perform in the Korean Series, a soccer player who is usually too good at a critical moment misses a chance, and a basketball player who misses a free throw that determines success or failure right before the end of the game.
Professor Stephen Chayson, a neuroscientist at Carnegie Mellon University in the United States, plans an experiment on the effects of compensation and performance. It is to look at what changes occur in the brain when a 'compensation pressure' is applied in a task.
To that end, the researchers train the "Resus Macaquw." The training is simple. Monkeys are tasked to hit a target by moving a cursor displayed on a computer screen. When a specific "space" is displayed on a monitor, the task is to move the cursor to the space by moving the cursor. The experiment largely consists of delay, arrival, and retention periods. During the process, the researchers planted electrodes in the frontal lobe of the monkey's brain and observed what would happen.
If the monkey takes a long time to move the cursor by moving its hands, it is considered a "failure." If it does not make it to the target on time or if the cursor deviates within 400 ms (milliseque) seconds after going to the target, it will fail. If successful, train yourself to do what you can to get rewards through rewards (feeding).
The reward size was then varied depending on the task. It makes the task of shortening the time to move the cursor to the target or reducing the size of the space where the cursor should be placed difficult. If the monkey succeeded in performing a more difficult task than before, it offered more rewards. The researchers adjusted the monkey's success rate to 90 percent, 70 percent, and so on. In fact, the monkey was less likely to succeed when performing a difficult task.
The researchers train the monkeys dozens of times to recognize that if the task is difficult, the reward will be great. Then, they introduce a "jackpot" reward. In other words, they allow the monkeys to think, "The task you have to do now is harder than before. But if you succeed, you'll get a much bigger reward than before."
The experiment found that the activity of neurons in the monkey's brain, which is related to 'exercise preparation', decreases just before the jackpot compensation. Exercise preparation is an area that calculates how to move in advance. The decreased activity of this area means that there is a problem with the situation that the brain has been preparing hard for. In other words, there is a greater possibility that the ability to exercise will decline than before.
The results of the actual experiments were similar. When the size of the reward was set on the x-axis and the probability of success was set on the y-axis, the results were displayed, and the graph was like that of the boa constrictor who ate the elephant in the little prince. In other words, if the reward is increased, the probability of success increases to a certain extent, but if the reward is given "very large," the probability of success decreases. "As the size of the reward increases, the preparedness begins to weaken, and the brain is removed from the optimal point for performing certain tasks," the researchers said. "We call this the neural-bias hypotheosis."
The researchers say that it is important to find an appropriate "balance point" to avoid such situations. In other words, they are advised to be bold. In the seventh game of the Korean Series, when the score is tied at 2 to 2, a runner on the third base is reached at the bottom of the ninth inning. A single hit can reverse the situation and make themselves a "star." A soccer game in which the second half is almost over, and a player before kicking a penalty kick given extra time. In other words, if they want to produce good results as usual, they should overcome the pressure from the situation.