수학적 모델은 '무작위 트리' 구조를 사용하여 사람들이 이야기를 기억하는 방식을 설명합니다.

인간은 사실, 날짜, 사건, 심지어 복잡한 이야기까지 다양한 유형의 정보를 기억할 수 있습니다. 의미 있는 이야기가 인간의 기억 속에 어떻게 저장되는지 이해하는 것은 인지 심리학 연구의 주요 관심사입니다.

에모리 대학교 고등연구소(Institute for Advanced Study)와 바이츠만 과학연구소(Weizmann Institute of Science)의 과학자들은 최근 "무작위 트리(random tree)"라는 수학적 객체를 사용하여 사람들이 의미 있는 이야기를 어떻게 표현하고 기억에 저장하는지 모델링하는 연구를 시도했습니다. Physical Review Letters 에 게재된 이 논문은 수학, 컴퓨터 과학, 물리학을 기반으로 하는 인간의 기억 과정을 연구하기 위한 새로운 개념적 틀을 제시합니다.

"저희 연구는 중요한 필요성, 즉 서사와 같은 의미 있는 자료에 대한 인간 기억의 수학적 이론을 구축하는 것을 목표로 했습니다."라고 논문의 수석 저자인 미샤 초딕스는 말했습니다. "이 분야에서는 서사가 너무 복잡해서 그러한 이론을 구축할 수 없다는 의견이 있지만, 저는 우리가 그렇지 않다는 것을 보여주었다고 생각합니다. 서사의 복잡성에도 불구하고, 사람들이 이야기를 기억하는 방식에는 몇 가지 간단한 기본 원리로 예측할 수 있는 통계적 규칙성이 존재합니다."

무작위 트리를 사용하여 의미 있는 기억의 표상을 효과적으로 모델링하기 위해, 초딕스(Tsodyks)와 동료들은 온라인 플랫폼인 아마존(Amazon)과 프로리픽(Prolific)을 이용하여 다수의 참가자를 대상으로 이야기 회상 실험을 수행했습니다. 이 연구는 라보프(Labov)의 연구에서 발췌한 이야기를 사용했습니다. 총 100명의 참가자에게 20문장에서 200문장까지 다양한 길이의 이야기 11개를 회상하도록 요청한 후, 과학자들은 기억 전사본을 분석하여 이론을 검증했습니다.

"저희는 1960년대 저명한 언어학자 W. 라보프가 기록한 구술사 모음을 선택했습니다."라고 초딕스는 설명했습니다. "이렇게 방대한 양의 데이터를 분석하려면 최근에 개발된 대규모 언어 모델(LLM)과 같은 최신 인공지능 도구를 사용해야 한다는 것을 금방 깨달았습니다.

우리는 사람들이 이야기 속 개별 사건들을 단순히 기억하는 것이 아니라, 이야기의 상당히 큰 부분(예: 에피소드)을 한 문장으로 요약하는 경우가 많다는 것을 발견했습니다. 이를 통해 이야기가 기억 속에 나무처럼 저장되며, 뿌리에 가까운 마디는 더 큰 에피소드들의 추상적인 요약을 나타낸다고 생각했습니다.

초딕스와 그의 동료들은 이야기를 나타내는 나무는 사람이 이야기를 처음 듣거나 읽고 이해하는 순간 형성된다는 가설을 세웠습니다. 이전 연구에 따르면 사람마다 같은 이야기를 다르게 인식하기 때문에, 형성되는 나무는 고유한 구조를 갖게 됩니다.

"우리는 이 모델을 특정 구조를 가진 무작위 트리들의 앙상블로 구성했습니다."라고 초딕스는 말했다. "이 모델의 장점은 수학적으로 설명할 수 있고, 예측 결과를 데이터에 직접 검증할 수 있다는 것입니다. 바로 우리가 한 일입니다. 기억과 인출에 관한 무작위 트리 모델의 주요 혁신은 모든 의미 있는 자료가 일반적으로 기억 속에서 같은 방식으로 표현된다는 가정입니다.

우리의 연구는 인간의 인지 과정을 이해하는 데 더 광범위한 의미를 가질 수 있습니다. 왜냐하면 서사는 우리가 개인적 삶에서뿐만 아니라 사회적, 역사적 과정에서도 다양한 현상에 대해 추론하는 보편적인 방식으로 보이기 때문입니다."

이 팀의 최근 연구는 사람들이 기억 속에 의미 있는 정보를 어떻게 저장하고 표현하는지 연구하는 데 있어 수학적 및 AI 기반 접근법의 잠재력을 강조합니다. 향후 연구에서 초딕스와 그의 동료들은 자신들의 이론과 랜덤 트리 모델링 접근법이 소설과 같은 다른 유형의 서사에 어느 정도 적용될 수 있는지 평가할 계획입니다.

"향후 연구를 위한 더욱 야심찬 방향은 나무 모델에 대한 더욱 직접적인 증거를 찾는 것입니다."라고 초딕스는 덧붙였다. "이를 위해서는 단순한 재생 이외의 실험 프로토콜을 개발해야 합니다. 또 다른 흥미로운 방향은 서사 이해 및 재생에 참여하는 사람들에게 뇌 영상 기술을 사용하는 것입니다."