기억의 구성요소
(The components of memory)
컴퓨터와 마음 : Philip N. Johnson-Laird 지음, 이정모. 조혜자 옮김, 민음사, 1991, Page 169~186 (원서 : The Computer and the Mind: An Introduction to Cognitive Science, Harvard Univ. Press, 1988)
아주 뜨거운 물건을 잡는 것은 거의 이익이 되지 않기 때문에 그것을 떨어뜨리는 생득적인 반사는 분명히 가치 있는 것이다. 그러나 살아간다는 것은 그러한 확실성을 가지고 예측하는 경우는 거의 드물기 때문에 학습하고 기억하는 능력이 필요하다. 만약에 여러분이 음식이 있는 곳을 발견했다면, 그 위치를 기억해 내는 것이 그 위치를 다시 찾아내는 것보다 여러분의 생존가능성을 더 크게 한다. 이것이 사실에 대한 학습의 예이다. 즉 경험이 기억 속에 저장되고, 후에 그것이 필요하게 될 때 마음으로 불려지는 것이다. 그 능력은 평범한 것처럼 보이지만, 인공지능의 연구자들은 그 능력을 부러워한다. 그들은 맥락에 따라 민감도가 달라지지 않고도 사실들을 인출하는 프로그램들을 고안해야 하기 때문이다. 여러분은 자신의 기억의 오류가능성에 대해 불평하면서 인생을 지내고 있을지 모르나, 정상적인 망각의 경향이 인간 기억의 설계에 있어서의 불행스러운 결함인지, 아니면 인간 기억의 전반적인 효율성을 증진시키는 특징인지 아무도 알지 못한다는 생각에서 위안을 받을 수도 있다.
기억의 복잡성은 하나의 사실을 기억하기 위해서 무엇이 요구되는지에 대해 생각하면 곧 드러난다. 기억체계는 적어도 다섯 가지 일을 행해야 한다. 첫째, 기억체계는 경험을 등록시키고, 그것이 기억할 가치가 있는지 여부를 평가한다. 둘째, 경험의 표상을 저장한다. 셋째, 기억을 오랜기간 동안 유지시킨다. 넷째, 요구될 때에는 빨리, 효과적으로 기억을 인출한다. 자신의 전화번호를 회상해야 할 때처럼 의도적 행위의 결과로나, 하나의 사건이 다른 사건을 생각나게 하는 때처럼 자동적으로나 기억을 인출한다. 다섯째, 인출된 기억이 사고에 기여하는 짧은 동안만 의식 속에 유지시킨다.
나는 이제 기억체계를 자세히 살펴보려고 한다. 나는 이해가 쉬운 한 종류의 기억, 즉 컴퓨터의 기억을 먼저 다루고, 그것을 인간 기억과 비교하면서 마음이 의존하는 많은 각기 다른 기억요소들에 대해 결론을 내리고자 한다. 다음에 나는 이러한 각각의 요소들이 일련의 계열적인 단계들로 연결되는지 아니면 자유롭게 상호작용하는 병렬체계로서 연결되는지에 대한 문제를 다룰 것이다. 이러한 물음에 답하기 위해 지금까지 수행되어 온 실험들에 대한 이야기는 심리학 연구가 어렵다는 것에 대한 교훈이 된다. 마지막으로 나는 로봇이 필요로 하는 기억의 요소들은 무엇일지에 대해 몇 가지 결론들을 내릴 것이다. 나는 가장 까다로운 문제, 즉 어떻게 무의식적인 정신과정이 기억의 인출을 통제하는지에 대한 문제는 다음 장에서 다루려고 한다.
기억은 계산에 결정적으로 중요하다. 나는 책의 앞 부분에서 특정 계산을 해내는 힘이 기억에 올바로 접근하느냐에 어떻게 의존하고 있는지를 기술했다. 이제 나는 기억이 실제 컴퓨터에서 어떻게 작용하는지를 검토하고자 한다.
실제로 컴퓨터는 세 개의 주 요소들을 갖는다 :
- 기계의 활동을 제어하는 중앙처리기
- 프로그램과 자료, 결과들을 저장하는 기억체계
- 정보를 타이핑하는 키보드 같은 단말장치와 정보를 교환하는 입력과 출력체계
컴퓨터는 입력에서부터 자료를 취하고, 그것들을 기억체계 내의 프로그램에 따라 조작하고, 결과를 출력한다. 그 프로그램은 중앙 처리기에 의해 실행되는데, 기억에서 다음의 지침을 꺼내어 그것을 실행한다. 이러한 행위는 중앙 처리기의 세 요소들에 의존한다. 그 하나는 조작들을 수행하는 수리 논리적 단위 (arithmatic - logic unit) 이고, 두 번째는 조작들의 시간을 맞추는 제어 단위 (synchronizer) 이며, 세 번째는 일시적인 적은 기억들이 담기는 등록기 (registers) 집합이다. 이 등록기들에는 프로그램 내의 현상태를 기억하기 위해서 우선 프로그램 카운터 (program counter) 라고 불리는 등록기가 있어 수행되어야 할 다음의 지침에 대한 기억 주소를 가진다. 그리고 누산기 (accumulator) 라고 불리는 또 다른 등록기는 등록기들의 내용들이 더해지고 빼질 수 있도록 어떤 수를 유지하는 데 사용된다. 그 외의 다른 등록기들은 일반적인 목적들을 위해 사용된다. 예를 들어 계산을 할 때 올림상태를 지적하는 것과 같은 것이다. 컴퓨터에 있어 모든 것은 이진 형태의 전압으로 표상되는 이진 숫자로 이루어진다. 그리고 중앙 처리기에 내장되어 있으며 상이한 이진 숫자에 의해 시발되는 백여 개의 기본적인 명령들이 있다. 그것들은 숫자에 적용되어 수리적이거나 논리적인 연산을 (등록기나 기억 내에서) 수행하고, 한 위치에서의 자료를 다른 위치로 바꾸며, 어떤 프로그램의 한 부분에서 다른 부분으로 제어를 전송하며 (프로그램 카운터에 작용하여), 자료를 입력하고 출력하며, 프로그램의 마지막에는 처리기가 정지하도록 하는 식으로 처리기 자체를 제어한다.
컴퓨터의 기억은 칸들의 집합처럼 조직되어 있다. 각각의 위치는 숫자로 된 특별한 주소를 가지며 고정된 양의 이진 숫자 형태로 된 정보를 보유한다. ROM (read - only memory) 은 영구적이다. 그 속에 있는 정보는 그 컴퓨터의 전원이 꺼질 때도 없어지지 않기 때문이다. 그것은 기계에 절대 필요한 프로그램들을 담고 있다. RAM (random - access memory) 은 중앙 처리기에 의해 변경될 수 있는 내용들을 가진다. 즉 그것은 수행되어지는 프로그램과 그 프로그램에서 요구되는 자료, 그리고 결과를 저장하는 데 사용된다. 자기 (magnetic) 테이프나 디스크와 같이 이차기억은 현재 소용되지 않는 프로그램과 자료를 장기적으로 저장하는 데 사용된다.
컴퓨터의 요소들은 세 개의 분리된 고속통로나 <버스들> 에 의해 정보가 유통된다. 주소버스는 기억 내의 위치에 대한 이진 주소들을 운반한다. 자료버스는 이러한 위치에 정보를 전달해 주고 정보를 받아온다. 제어버스는 처리기의 통제단위에 의해 그러한 전달의 시간을 맞추기 위해 생성되는 명령들을 운반한다. 기계의 전반적인 구조는 그림 8.1 에 요약되어 있다.
그림 8.1 : 단순화시킨 컴퓨터의 구조.
컴퓨터에서의 기억은 다른 기능을 한다. 항상 기계가 쓸 수 있는 기본 <기술들> 의 저장소의 역할을 하는 기억장치가 있는데, 그것은 정상적으로는 변화될 수 없다 (ROM). 프로그램이나 다른 정보에 대한 영구적인 기록들은 장기기억 (테이프나 디스크)에 저장된다. 그것들은 주기억 (RAM) 으로 전송될 수 있다. 주기억의 내용은 프로그램의 수행에 의해 쉽게 변화될 수 있다. 마지막으로 계산의 중간 결과나 영구적인 가치가 없는 지엽적인 자료는 단기기억 (누산기나 중앙 처리기의 다른 등록기들) 에 저장된다.
컴퓨터는 많은 다른 구조들이 가능하다. 내가 묘사한 것은 수학자 노이만 (John von Neumann) 이 만들어낸 구조를 예로 든 것이다. 그것은 프로그램과 자료가 동일 기억 내에 함께 저장되며, 중앙 처리기는 계열적으로 작동한다는 점에서 보면 튜링기계의 후예이다. 지금은 여러 처리기가 병렬적으로 작동하는 아주 다른 구조들을 가진 기계들이 점차 더 보편화되고 있다. 프로그램과 자료들이 종종 분리된 기억체계에 저장되기는 하지만, 그러나 그것들도 단기기억과 주기억, 장기기억 장치를 지니고 있다.
인지심리학자들은 여러 해 동안 인간의 기억이 어떻게 구조화되어 있는지를 발견하기 위해 노력해 왔다. 그들은 모든 경험들이 얼마나 잘 학습되었느냐에 따라 저장되는 기간이 결정되어 그 기간 동안 저장되는 단일한 일원체계의 기억이 있다고 생각하곤 했다. 그러나 점차로 심리학자들은 적어도 세 개의 구별되는 기억체계, 즉 감각 저장소, 단기기억, 장기기억이 있다는 것을 믿게 되었다.
첫 발견은 1950 년대에 일어났고, 인지과학의 주요 선구개념, 즉 마음이 정보를 처리하는 장치라는 생각을 등장시켰다. 밀러 (G. Miller) 는 그의 고전적인 1956 년 논문 <신비의 수 7 ± 2 (The magical number seven, plus or minus two)> 에서, 많은 현상들이 정보 보유용량이 제한되어 있는 단기기억의 존재를 지시해 준다고 언급하였다. 여러분은 평균적으로 몇 초 동안 별 어려움 없이 일곱 개의 숫자로 된 전화번호를 기억할 수 있다. 여러분이 이진 숫자를 보유하는 능력도 더 낫지는 않다. 다음의 숫자열을 읽어 보자 :
101000100111
그리고 나서 그것을 지우고 반복하려 해보자. 여러분은 이 과제가 아주 어렵다는 것을 발견할 것이다. 여러분은 이 숫자를 몇 기억술 부호에 따라 더 큰 덩이 (chunk) 로 묶음으로써 과제 수행을 개선시킬 수 있다. 예를 들어 각각을 세 개의 집단으로 만든 뒤, 그것을 십진수로 번역해 보자.
101 = 5
000 = 0
100 = 4
111 = 7
이제 여러분이 기억해야 하는 것은 5047 이다. 만약에 여러분이 숫자들을 다섯 집단으로 묶고, 그 결과들을 십진수로 번역하는 것을 학습할 수 있다면 여러분은 40 개의 이진 숫자들에 대한 열을 기억해 암송할 수 있을 것이다. 그러나 밀러가 지적했던 것처럼 여러분이 보유할 수 있는 덩이의 수는 약 일곱 항목 (둘이 많거나 적을 수 있음) 으로 대략 일정하다. 그러나 그 반대로 여러분의 장기기억의 용량은 아주 커서 무제한적인 듯이 보인다.
1958 년에 브로드벤트 (D. Broadbent) 는 『 지각과 통신 (Perception and Communication) 』이란 책에서 감각과 단기기억, 장기기억 간의 정보의 흐름에 대해 한 이론을 제안했다. 그는 그 이론을 당대에는 신기했을 네모칸 도표 방식을 사용해서 요약했다. 이는 그림 8.2 에서 제시되고 있다. 그의 이론의 핵심은 인간이 충분히 처리하기에는 너무 많은 정보가 감각기관들에 부딪쳐온다는 것이다. 따라서 선택적 여과기가 작용하여, 어떤 정보가 추후의 처리를 위해 제한된 용량의 <경로 (channel)> 를 통과해 가야 할지를 결정한다는 것이다. 예를 들어 만약에 여러분이 칵테일 파티에 참석해 있다면, 선택적인 여과기는 여러분으로 하여금 하나의 특정 대화에 주의를 집중하게 하고 모든 다른 소리들은 귀에 들리지만 무시하도록 할 수 있다. 그 여과기는 장기기억에 의해 통제되며, 따라서 만약에 여러분의 이름이 다른 대화에서 언급되면 그 여과기는 즉시 여러분의 주의를 그 대화로 돌려놓는다. 만약에 여러분이 배가 고프다면 여과기는 여러분의 신체적 욕구에 적절한 정보를 선택하도록 조절될 것이고, 여러분의 행동을 통제하는 체계는 그러한 상태의 사건을 만날 기회들을 증가시키도록 작용할 것이다. 여러분의 행동은 과거 경험의 기억들에 의해 지배된다. 과거 경험은 어떤 사건이 일어났을 때 다른 한 사건이 일어날 확률에 대한 지식의 형태로 저장된다. 여러분의 단기기억은 들어온 감각정보를 그것이 여과기에 의해 선택되거나 아니면 다른 입력정보에 의해 대치될 때까지 몇 초 동안 붙잡아둔다. 이 대신에 제한된 용량의 경로를 통과한 정보는 단기기억의 통로를 통해 재순환될 수 있다. 이러한 노선은 여러분이 마음속으로 되뇌일 때 자료가 계속 순환되어 루프에서 돌고 도는 것을 허용한다. 그러나 여러분이 반복 암송하는 동안, 그 제한된 용량의 경로에서는 어떤 다른 것을 다룰 용량은 아주 적어질 것이다.
그림 8.2 : 브로드벤트가 1958
년 제안한 감각에서부터 기억까지의 정보흐름 도식.
(After D. E. Broadbent, Perception and Communication. Oxford : Pergamon,
1958, p. 299)
정보의 흐름에 대한 이런 초기의 청사진은 후속 실험들의 결과에 의해 점진적으로 수정되어 왔다. 여러분이 주의집중하지 않는 대화는 최소로 (minimally) 처리될 뿐이라고 가정이 되었었으나, 후속 연구들은 그러한 자료들도 더 많이 처리될 수 있다는 것을 보여주었다. 예를 들어 한 귀에 제시된 애매한 문장의 해석은 (다른 귀에) 내용을 지각하지도 못할 만큼 약하게 들린 자료에 의해 편향될 수 있다는 것이다. 따라서 트라이즈만 (Anne Treisman) 과 같은 이론가들은 보다 융통성 있는 기제가 존재하여 주의집중하지 않은 자료의 처리를 약화시키는 것이라고 주장한다.
다음의 혁신은 단기기억을 두 개의 분리된 요소들로 나눈 것이었다. 그런 분리를 이끈 현상은 쉽게 예시해 보일 수 있다. 만약에 여러분이 밤에 거실에 있다가 불을 끄면, 불 꺼진 후 1 초 미만 동안은 사라진 방에 대한 시각적 영상이 유지된다. 그러한 상황과 유사한 실험에서 스펄링 (George Sperling) 은 사람들이 잠시 비추어준 글자들의 배열에 대한 전체 내용들을 보고할 수는 없지만, 그들이 전체 배열을 실제로 보았고 아주 짧은 동안 그것들을 마음에 수록하고 있었음을 보여주었다. 글자열을 제시해 준 다음 즉시 글자열의 특정부분을 회상토록 신호를 주면 사람들은 그 부분을 회상할 수 있다. 그러나 신호가 더 오래 지연될수록 사람들의 수행은 더 떨어졌다. 약 1/4 초 동안 지속되는 시각상에 대한 감각 기억이 분명히 존재하는 것이다. 이러한 기억은 번갯불 속에서 신문을 읽는 데는 유용할지 모르지만, 회의론자인 헤이버 (Ralph Haber) 의 지적처럼 그것의 기능은 무엇일까? 답변은 그 기억은 일차 스케치 (primal sketch) 로부터 다음 수준의 표상을 포착하는 데 필요한 계산을 할 수 있을 때까지 일차 스케치를 유지시키는 것이라는 것이다. 사실상 시각에서 요구되는 각 종류의 표상 (일차 스케치, 2¹/₂차원 스케치, 삼차원 모델) 각각에 대해서는 별개의 그리고 새 정보에 의해 계속 새로워지는 기억들이 각각 존재함이 틀림없다. 그리고 번갯불 이후에 생기는 상의 지속은 아마도 복잡한 방식으로 그러한 표상들에 의존하여 일어날 것이다. 유사한 효과가 청각에서도 보고되어 왔다. 여러분은 빨리 사라지는 어떤 사람의 말소리에 대해 짧은 <잔향 (echo)> 을 보유한다. 각각의 감각은 그 자체의 기억체계를 가지고 있음이 틀림없고, 그것의 내용들은 끊임없이 새로 입력되는 정보에 의해 대치되고, 반복 되뇌어질 수 없다. 이러한 감각 기억들은 몇 초 동안 정보를 유지해 주는 단기기억과는 별도의 것이다.
단기기억과 장기기억 간의 차이는 특수한 형태의 뇌손상에서 아주 잘 보여진다. 특히 밀너 (Brenda Milner) 가 보고했던 <H. M.> 이라고 알려진 한 환자의 비극적인 경우가 잘 말해 주고 있다. H. M. 은 해마 (뇌의 피질 아래쪽에 위치한 기관) 가 손상되었고 그 결과로 그의 장기기억 내에 경험들을 저장할 능력이 중단되었다. 그는 뇌손상을 입은 후, 손상 이전의 사건들은 회상할 수 있었지만, 손상 이후 일어났던 일은 회상하지 못하고 단지 현재 시제에서만 살았다. 그는 전날에 만난 의사들을 다음날에는 알아보지 못했으며, 똑같은 잡지를 전에 읽었다는 사실을 깨닫지 못하면서 반복적으로 읽었다. 그러나 그는 전화번호를 기억하는 단기기억의 능력은 손상되지 않았으며 손으로 하는 새로운 기술을 학습할 수는 있었다.
샬리스 (Tim Shallice) 와 워링턴 (E. Warrington) 이 연구했던 <K. F.> 의 경우는 거의 반대 양상의 증후들을 보인다. 이 환자는 뇌손상의 결과로 단어나 숫자에 대한 단기기억은 없으나 장기기억에 경험들을 저장할 수 있고, 그것들을 회상할 수 있었다. 그의 능력은 장기기억에 저장을 하고 인출하는 것은 단기기억에서의 처리에 크게 의존하지 않을 수도 있음을 보여주었다.
여러분은 K. F. 가 언어상에 문제가 없는지의 여부를 의아해 할 수 있다. 나는 한 번 그와 이야기할 기회를 가졌었다. 그는 어려움 없이 대화를 지속할 수 있었다. 그러나 자연히 드러나는 징표가 하나 있었다. 내가 그에게 다음의 문장을 따라 하도록 할 때 그는 아주 완벽하게 따라 할 수 있었다.
The dog bit the man and the man died.
그러나 다음의 문장을 따라하게 했을 때, 그는 따라할 수가 없었다 :
The man the dog bit died.
이 문장은 청자로 하여금 주어인 <the man> 을 주 동사인 <died> 가 나올 때까지 삽입된 관계절에 처리되는 동안 기억에 붙잡아둘 것을 요구한다. 이러한 종류의 문장들은 실제로 단기기억에 부가적인 짐이 된다. 파워 (Michael Power) 는 사람들에게 이야기를 하면서 움직이는 목표물은 지적봉 (pointer) 으로 추적케 했을 때, 관계절 문장을 말해야 할 때에는 더 오류율이 많아짐을 밝혀내었다. 즉 K. F. 의 제한된 단기기억은 주 동사가 나타나는 시점에 이르러서는 그 문장의 주어를 잊어 버리도록 했고, 따라서 그는 그 문장을 이해할 수가 없고 그것을 반복할 수 없었던 것으로 추정된다.
장기기억과 단기기억은 각기 뇌손상으로 인해 독립적으로 방해받을 수 있으므로 그들간에는 <이중의 분리> 가 있으며, 이는 그것들이 뇌 속의 별도의 단원들 (modules) 에 의존함을 시사한다.
여러분은 컴퓨터의 기억과 인간 기억 사이에 많은 괴리가 있음을 주목했을 것이다. 컴퓨터는 영구적인 장기저장 (테이프나 디스크의) 과 중간 계산결과에 대한 단기기록 (등록기들의) 의 두 기억의 중도에 있는 주기억 (RAM) 장치를 지닌다. 그러나 사람들은 쉽게 접근할 수 있으면서도 (RAM처럼), 비교적 영구적인 (테이프나 디스크처럼) 장기기억 장치가 되어 있는 것 같다. 사람들은 또한 감각기억들을 가지나, 컴퓨터는 대부분의 감각기관들이 결핍되어 있기 때문에 그러한 기억을 갖지 못한다. 이전에 언급한 바 있는 시각 장치를 갖춘 우리 로봇은 그것이 계산하는 다양한 시각 표상들을 임시 보유하는 큰 기억체계를 필요로 할 것이 분명하다.
인간 기억과 컴퓨터 기억 간의 유추는 배들리 (Alan Baddeley) 와 히치 (Graham Hitch) 에 의해 개선된 최근 이론 내에서 더 가까워졌다. 그들은 사람들이 여덟 개의 수 - 이는 단기 기억이 전적으로 동원되도록 하는 과제이다 - 를 암송하면서도 다른 다양한 과제들을 수행할 수 있음을 발견했다. 사람들은 보통 때보다는 느린 속도이기는 했지만 문장들을 이해하고 판단할 수 있고, 일련의 항목들을 회상해야 하는 다른 독립적인 기억과제를 수행할 수도 있었다. 배들리와 히치는 지금까지 단기기억으로 다루어져 왔던 것은 몇 개의 구별적인 요소들을 내포한 <작업기억> 으로 이해되어야 한다고 논의한다. 이에 들어가는 요소로는, 어떤 종류의 자료이건 제한된 양의 자료를 처리할 수 있고 전체적인 체계를 조절하는 중앙집행기관과, 시각이나 공간적 정보에 대한 단기 저장소, 브로드벤트의 모델에서 언어 자료를 암송하기 위해 사용된 <루프> 와 같은 기능을 할 수 있는 말소리 (speech) 에 대한 단기 저장소가 있다.
이 이론에서 나온 결론 중 하나는 전화번호나 이진 숫자 등을 기억하는 제한된 용량은 2 내지 3 초의 기간 동안 얼마나 많은 자료를 속으로 되뇌일 수 있는가에 달려 있다는 것이다.이 용량은 보통 약 일곱 단어이지만, 배들리는 단어들 내에 음절의 수가 많을수록 여러분의 수행은 저조해진다고 주장했다. 앞에서 언급했던 청크 묶기의 효과는 속으로 되뇌어야 하는 항목의 수를 줄여주는 것이다. 여러분은 시각적인 모습들을 (그것들을 명명할 수 없다면) 속으로 되뇌일 수는 없기 때문에 그러한 것들을 보유하는 능력은 아주 저조하여 둘이나 셋에 불과하다. 이 이론은 장(Guojun Zhang) 과 사이먼 (H. Simon) 의 최근 실험에서 멋있게 확증되었다. 그들은 몇몇 중국인들에게 두 개의 다른 종류의 한자들 집합을 기억하도록 하였다. 두 종류의 집합은 모두 한자의 부수들로 이루어졌지만, 한 종류는 이름이 붙여진 부수였고, 다른 종류는 이름이 없는 부수였다. 실험에 참가한 피험자들은 이름 붙은 것들은 약 6 개를 기억할 수 있었으나 이름 없는 것들은 3개 정도도 기억할 수가 없었다.
재래식 디지털 컴퓨터와 달리 뇌는 단일 처리기로 되어 있는 기관이 아니다. 의식 경험의 흐름은 계열적인 듯이 보이지만, 많은 처리과정들이 병렬적으로 일어난다. 브로드벤트의 초기 이론은 감각에서부터 장기기억까지 일련의 계열적 단계들을 거치는 정보의 흐름이 있다고 가정하였다 (그림 8.1 참조). 그것은 일련의 처리기들이 정렬해 있는 생상 라인 (a production line) 같은 것을 가정한다. 즉 조합되고 있는 <생산품> 을 만들기 위해 하나의 일이 일어난 후 다음 일이 차례로 일어난다는 것이다. 작업기억에 대한 개념과 브로드벤트 자신의 최근 이론은 여러 개의 처리기들의 동일한 정보를 동시적으로 처리하기 위해 작동한다는 것을 시사한다. 이는 자동차 생산 라인의 동일 단계에서 여러 로봇들이 동일한 차에 조작을 가하는 것과 같다. 또한 생산 라인과 비슷하게 정보는 한 종류의 기억에서 다른 종류의 기억으로 직접 전해질 수 있다.
우리는 어떤 특정 심적 과제에서 처리과정이 계열적인지 병렬적인지를 어떻게 알 수 있는가? 실험결과들을 해석하는 데서 나타나는 어려움을 보여주는 경고적인 이야기가 여기에서 제기되게 된다. 이러한 문제는 어떤 결정을 내리기 위하여 단기기억의 내용들이 어떻게 사용되는가에서 보여진다. 이 이야기는 하나의 단순한 실험에서 시작한다.
만약에 내가 여러분에게 어떤 숫자 목록을 제시해 준 뒤 특정 숫자가 그 목록에서 있었는지를 묻는다면, 여러분은 어려움 없이 반응할 수 있을 것이다. 따라서 내가 여러분에게 417 이라는 목록을 제시하고 1이 있었는지를 물으면 여러분은 기억에서 1 이라는 숫자를 탐색하고 <예> 라는 반응을 할 것이다. 벨 연구소 (Bell Telephone Laboratories) 의 스턴버그 (Saul Sternberg) 는 반응에 걸리는 시간은 외울 목록 내의 숫자가 몇 개인가에 비례해서 증가한다는 것을 발견하였다. 각각의 수가 하나씩 첨가될 때마다 사람들의 반응은 1/25 초씩 더 오래 걸렸다. 만약에 사람들이 맞는 숫자를 탐지하자마자 그 목록에 대한 심적 탐색을 중지한다면 그들의 <예> 반응시간은 <아니오> 반응보다 덜 걸릴 것이다. <아니오> 반응은 그 목록에 목표자극 숫자가 포함되어 있는지를 확인하기 위해 전체 목록을 탐색해야 하기 때문이다. 그러나 사실상 <예> 반응과 <아니오> 반응이 목록 길이에 (숫자가 하나씩 더 첨가됨에) 비례해서 동일하게 반응시간이 느려졌다. 따라서 스턴버그는 사람들은 목표자극이 앞에서 나타나서 이를 맞추어 본 후에도 전체 목록을 다 탐색하며, 반응은 전체목록을 다 탐색한 후에 한다는 것이다.
어떤 과제가 어떤 단계들을 거쳐 수행되는지를 점검하기 위한 전통적인 방식은, 한 단계를 생략하는 변형과제를 고안하여 그 변형과제가 본래의 과제보다 얼마나 빨리 수행될 수 있는지를 측정하는 것이다. 만약에 전체 실험 내내 동일한 목표 숫자가 무엇인지를 별도로 파악하는 단계는 삭제될 것이다. 피험자들은 반응은 빨라질 것이 틀림없고, 그 절약된 시간은 목표 숫자를 파악하는 데 걸리는 시간의 추정치를 알려줄 수 있다. 그렇다면 각기 다른 단계들에 대한 추정시간들이 합쳐져 어떤 과제 전체에 걸리는 시간이 나오게 된다. 그러나 한 과제에서 단계들을 <빼나가는 것 (subtraction)> 은 위험한 방법이다. 단계들을 빼내고 하는 과제가, 남아 있는 다음 단계들에서 본래의 과제와 아주 똑같은 조작을 요구할 때만 그 추정치는 의미가 있는 것이다. 그러나 사실상 남은 단계들은 많이 변화해 버린다고 할 수 있다. 왜냐하면 때때로 한 단계를 빼는 것이 수행을 더 오래 걸리게 하는 과제를 만들어 버릴 수도 있는 것이다.
이 문제는 스턴버그로 하여금 새로운 <가산 (additive)> 법을 고안하도록 하였다. 만약에 어떤 과제가 일련의 독립적인 단계들에 의해 이루어진다면, 한 단계를 방해하는 어떤 것은 다른 단계를 방해하는 것과는 독립적인 영향을 가질 것이다. 예를 들어 목표 숫자를 시각적으로 (흐리게 하여) 파악하기 어렵게 하는 것은 반응시간을 늦추게 할 것이고, 그 목록에 가외의 숫자를 첨가하는 것 역시 비슷한 영향을 미칠 것이며, 이 두 영향은 (독립적이며) 가산적이어서 이 두 가지가 모두 일어난다면 사람들의 반응이 얼마나 느려지는지를 예언할 수 있을 것이다. 스턴버그는 실험을 실시하여 목표 숫자의 시각적 약화효과와 목록 크기의 증가효과가 가산적임을 발견했다. 이러한 결과나 또 다른 연구결과들은 과제가 처리과정의 계열적인 처리 단계들에 의존함을 증명하는 것처럼 보인다.
불행히도 스턴버그가 깨달았던 것처럼 그의 분석방법이 물샐틈없는 것은 아니다. 가산효과에 대한 해석은 과제가 독립적인 계열단계들에 의존적일 때에만 의미가 있다. 그런데 바로 그것이 사람들이 발견해 내기를 원하는 것이다. 그러나 실상 그 단계들은 독립적이 아닐 수도 있고, 병렬적으로 처리될 수도 있다. (주석 : 즉 독립적이 아닌 병렬적 처리단계들에 의해서도 스턴버그의 결과와 같은 결과가 얻어질 수 있다.)
<가산> 법은 수많은 실험들을 하도록 만들었다. 그리고 인지심리학에서 종종 그랬던 것처럼, 절차상의 조그만 변화가 결과의 양상에 크게 영향을 미쳤다. 사람들에게 기억할 숫자 목록을 준 다음, 숫자들과 글자들을 시각적으로 제시하여 그것에 기억 목록 내에 있었던 것이 하나라도 있는지를 탐색하도록 하면, 목록의 길이에 전혀 영향을 받지 않는 조건이 있다. 슈나이더 (Walter Schneider) 와 시프린 (Richard Shiffrin) 이 발견했던 것처럼 시각적 제시물에서 나타나는 숫자들이 기억 목록 내에 있었던 것 중에서만 제시된다면 반응시간은 목록의 길이에 의해 영향받지 않는다. 피험자들이 해야 하는 것은 제시된 글자들 속에서 숫자를 알아내는 것이고, 숫자와 글자의 구별은 실험에서 많은 연습을 했기 때문에 피험자들은 자동적으로 반응할 수 있다. 기억 목록에 없던 숫자들이 제시될 수 있다면 과제는 의식적인 결정을 요구하고, 목록의 크기가 또다시 반응시간에 영향을 미치게 된다. 그러나 여기서조차도 결과는 스턴버그의 결과들과는 다르다. 목록이 점점 길어지면서 <예> 반응에서보다는 <아니오> 반응에서 더 많은 노력이 드는 경향이 있다. 이 결과는 사람들이 시각적 제시물 탐색하면서 긍정적인 부합이 발견될 때는 곧장 <예> 반응을 하지만, <아니오> 를 반응하기 위해서는 전체 제시물을 탐색해야 함을 시사한다.
브로드벤트는 그런 다양한 결과들 모두가 어떻게 단일한 기본적 병렬 (parallel) 기제에서부터 발생하는가를 보여주는 컴퓨터 모델을 발전시켰다. 그는 마음이 <예> 나 <아니오> 반응을 하기 위해 증거를 모으고 검토한다고 제안한다. 이는 마치 통계학자들이 불확실성에 당면하였을 때 결정을 내리는 과정과 같다는 것이다. 증거의 강도는 목록의 각 항목에 하나의 등록기가 할당되는 등록기들의 집합 내에 병렬적으로 모아진다. 즉 입력되는 각 항목은 목록의 모든 항목들과 비교되고, 긍정적인 부합이 일어나면 그것은 관련 등록기 내의 값을 특정 양만큼 감소시킨다. 문제를 복잡하게 하는 것은 체계 내에 무선적인 <잡음 (noise)> 이 존재한다는 것이다 ; 컴퓨터 시뮬레이션 과정에서 매번의 비교가 이루어진 후 각각의 등록기에는 상이한 임의의 수가 더해지거나 빼진다는 것이다. 어떤 등록기 내의 증거 강도가 특정 기준값을 넘어설 때마다 그 체계는 <예> 로 반응한다. 이 반응이 무선적인 변이의 결과로 생긴 오류라면, 그 기준은 훨씬 더 높은 값으로 조정되어 그러한 시기상조의 반응들을 막는다. 그러나 이에 후속되는 시행에서 정확반응이 일어나면 매 정확 시행에서 기준값은 또 다른 오류가 발생하지 않는 한 점차 약간씩 축소된다. <아니오> 반응도 비슷한 기준에 의존한다. 모든 증거 강도들이 기준값 이하일 때에는 체계가 <아니오> 라고 반응한다. 오류가 발생하면 그것은 기준값을 크게 떨어뜨리려 조정하도록 만든다. 후속되는 시행에서 정확한 <아니오> 반응이 뒤따르면 기준값은 점차 조금씩 증가된다.
브로드벤트는 컴퓨터 모의실험 (simulation) 을 실시하여, 체계 내 잡음의 상대적인 크기를 조작함에 따라 각기 다른 유형의 수행결과가 나타남을 발견하였다. 소량의 잡음을 가진 모의실험에서는 스턴버그의 결과와 같은 결과들이 산출되었다. 그러나 잡음이 제거되면서 목록 내 항목의 수에서 비롯된 영향은 많이 제거되었고 결과는 시각적인 글자열의 제시물 속에서 숫자를 탐색하는 것과 비슷했다. 이와 같이 연습은 의식적으로 조절하던 것은 자동적인 반응으로 전이시킨다기보다는 오히려 체계 내의 잡음을 제거하는 효과를 가지는 것인지 모른다. 브로드벤트가 그의 프로그램에 영향을 주는 다른 요인들, 즉 시각적인 항목들의 변별가능성에서의 차이 등을 허용했을 때, 목록에 한 항목이 첨가되는 것은 <예> 반응들에서보다는 <아니오> 반응들에 더 큰 지연효과를 가져왔다. 이는 슈나이더와 시프린의 결과와 일치한다. 그러므로 증거를 병렬적으로 집적하는 것과 같은 단일한 기저 기제가 여러 다른 유형의 결과들을 모두 설명할 수 있다.
이 이야기의 교훈은 무엇인가? 그것은 바로 어떤 특정한 심적 과제를 수행할 때의 처리양상은 정확하게 말하기가 아주 어렵다는 것이다. 여기에서는 기억에 대한 어려움만을 제시하였으나 그것은 도처에서 발견될 수 있는 것이다.
우리의 궁극적인 목표는 인간의 기억에 필적할 만한 기억체계를 갖춘 로봇을 만드는 것이다. 내가 이 장에서 논의해 온 연구는 그런 체계를 구성하는 방식에 대해 몇몇 단서들을 제공한다. 그러나 우리는 아직 그 일을 완성할 만한 입장에 있지 못하다. 우리는 기억의 각 요소들에 대해 얼마간 배웠고, 다섯 가지 주 요소들이 필요하다는 것을 알게 되었다 :
- 전체적인 체계를 조절하는 중앙 집행기
- 지각체계에서 요구되는 다양한 표상들을 저장할 감각 저장소들
- 공간표상들을 포함한 중앙 집행기의 중간결과들을 담고, 되뇌임을 위한 언어적인 루프를 제공하는 작업기억
- 주요 기술들에 대한 영구기억
- 경험과 지식에 대한 장기기억
이러한 증거가 시사하는 바는, 인간의 인지체계는 입력되는 어떤 정보를 추가처리하고 기억에 보존하기 위해 선택하는데, 그것은 두 가지 각기 다른 방식으로 일어날 수 있다는 것이다. 즉 하나는 중앙 집행기로부터 나오는 계획적인 결정들에 의존하는 것이고, 다른 하나는 어떤 류의 사건들에 대한 자동적인 <주의 집중 (attention - grabbing)> 효과를 반영하는 것이다.
그러나 두 개의 커다란 문제들이 아직 남아 있다. 첫째, 정보는 어떤 종류의 형태로 장기기억에 표상되는가? 그것은 어떤 심적 부호의 명제들로 이루어진 것인가, 심상인가. 심적으로 표상된 사건들간의 연합인가, 아니면 다른 어떤 형태인가? 둘째, 중앙 집행기는 장기기억에 정보를 저장하기 위해, 또는 정보를 인출하기 위해, 아니면 정보를 작업기억에서 조작하기 위해 어떻게 작동의 진행을 조절하는가? 여러분은 스턴버그의 기억과제를 수행할 자동적인 능력을 가지고 태어나지는 않았다. 여러분이 실험실로 가고, 실험자가 여러분이 해야 할 것을 설명하면, 여러분은 이 명령들을 과제를 수행할 수 있는 과정들로 번역할 수 있다. 그러나 여러분은 어떻게 자신의 마음이 필요한 정보의 흐름을 조절하는지를 깨닫지 못하고, 어떻게 적합한 조작 (operations) 연쇄가 설정되는지도 깨닫지 못한다. 실험 진행 동안 여러분은 더욱 숙련되어지고, 의식하기 힘든 여러 변화들이 여러분으로 하여금 더 효과적인 수행을 하도록 만들 수가 있다. 사람마다 각기 서로 다른 책략들을 발전시킬 수가 있고, 그것 역시 실험과정 동안 변화할 수가 있다.
이 장의 부차적인 요지는 심리학적 실험결과들을 통해 그러한 물음들에 답하기가 어렵다는 것이었다. 내가 논의해 왔던 이론들은 일련의 적절한 심적 조작들을 설정함으로써 심리학 실험결과들을 설명하려 노력하였다. 그러나 그것들은 그 심적 조작의 배열이 어떻게 설정되는지에 대해서는 거의 말하지 않고 있다. 뉴월은 스턴버그의 과제와 같은 독특한 실험 패러다임에서 나온 연구에 대해 다음과 같이 말한다 : <여러분은 자연과 스무고개놀이를 하여 이길 수는 없다.> 바꾸어 말해 전략적인 요구에 맞추어 아주 유동적으로 적응하는 마음의 제어과정들은 단순히 실험실 내에서 이런저런 과제를 연구하여 분리해 낼 수 없는 것이다. 우리는 전체적인 기억체계의 구조를 덧붙여 고려해야만 한다.
읽을거리
기억에 대한 훌륭한 개론서이자 지침서로는 배들리 (Baddeley, 1983) 를 보라. 홀살 (Halsall) 과 리스터 (Lister) (1980) 는 소형 컴퓨터의 기본적인 기억구조를 묘사하고 있다. 뇌상해로 고통받는 환자들의 <이중분리> 의 견해는 샬리스 (1978) 에서 논의된다. 삭스 (Sacks, 1985 는 호소력 있는 사례사 모음에서 <H. M.> 과 같은 환자인 <The Lost Mariner> 가 현재시재 속에서만 살고 있음을 보여준다. 의도적인 행동과 자동적인 행동의 구분은 심리학 문헌의 곳곳에서 논의된다. 예를 들어 노만 (Norman) 과 샬리스 (1980), 리즌 (Reason) 과 마이실스카 (Mycielska) (1982), 존슨 레어드 (Johnson - Laird, 1983) 에서 논의되고 있다.