초기 경험은 어떻게 평생 배움의 토대가 되는가

지금, 기회의 창이 열려있다

유아기는 인간의 뇌가 평생 어느 때보다도 유연한 상태인 시간입니다. 신경과학자들은 이 상태를 뇌 가소성(brain plasticity) 이라 부릅니다. 가소성이란 뇌가 경험에 반응하여 스스로의 구조와 연결을 바꿀 수 있는 힘을 말합니다.

이 가소성은 평생에 걸쳐 어느 정도 유지되지만, 어떤 능력에 대해서는 특별히 열려 있는 짧은 기회의 창이 따로 있습니다. 신경과학자 에릭 크누드센(Eric Knudsen)은 이런 창을 민감기(sensitive period)라 부르며, 이 시기의 경험이 신경 회로가 정보를 처리하고 표상하는 방식을 형성한다고 설명했습니다. 이러한 관점에서 유아기의 경험이 평생 학습에 영향을 미친다는 명제가 도출됩니다. 교육학계나 신경과하계 모두에서 합의하는 바이기도 합니다.

여기서 조금 더 나아가, 초기 경험이 어떻게 평생 배움의 토대가 되는지 그 작동 원리를 조금 더 구체적으로 살펴보도록 할까요?

1. 뇌 건축은 위계적이며 상향식으로 지어진다

인간의 뇌는 모든 영역이 동시에 동일한 속도로 발달하지 않습니다. 발달은 위계적입니다. 단순한 회로가 먼저 만들어지고, 그 위에 더 복잡한 회로가 지어집니다. 하버드 대학교 Center on the Developing Child 가 정리한 발달 신경과학의 합의는 이 점을 분명히 합니다. 시각, 청각, 기본 운동, 정서적 안정과 같은 기초 회로 는 생후 첫 1~2년에 가장 빠르게 형성됩니다. 그 위에서 언어와 초기 인지 회로가 자라고, 다시 그 위에서 실행 기능과 추상적 사고의 회로가 자라납니다.

생물학적 수준에서 이 과정은 세 가지 신경 작용을 통해 일어납니다. 첫째, 시냅스 형성(synaptogenesis) 으로 뉴런 사이에 새로운 연결이 만들어집니다. 둘째, 시냅스 가지치기(synaptic pruning) 를 통해 자주 사용된 연결은 강화되고 사용되지 않은 연결은 정리됩니다. 셋째, 수초화(myelination) 에 의해 신호 전달의 속도와 효율이 높아집니다.

이 세 작용은 모두 경험에 의해 매개됩니다. 어떤 연결이 강화되고 어떤 연결이 사라질지, 어떤 회로가 빠르게 효율화될지를 결정하는 것은 다름 아닌 아이가 매일 마주하는 경험입니다.

핵심은 이것입니다. 기초 회로가 약하면, 그 위에 지어질 모든 고차 회로 역시 흔들립니다. 약한 기초 위에 높은 건물을 지을 수 없는 것과 같은 원리입니다. 초기 경험은 평생 학습의 비유적 토대 가 아니라 문자 그대로의 건축적 토대 입니다.

2. 경험은 특정 시기에 특히 강력하게 회로를 조직한다

뇌의 모든 회로가 같은 속도로 형성되는 것이 아니듯, 각 회로마다 가장 강력하게 형성되는 시기 가 다릅니다. 신경과학자 그리노프(William Greenough)와 동료들은 초기 경험을 두 유형으로 구분했습니다. 먼저, 경험 기대적 발달(experience-expectant development) 은 종(種)의 모든 구성원에게 공통으로 필요한 환경 자극 — 시각, 청각, 사회적 상호작용 — 을 통해 보편적 회로가 조직되는 과정입니다. 다음으로, 경험 의존적 발달(experience-dependent development) 은 개체마다 다른 경험 — 특정 언어, 특정 음악, 특정 기술 — 에 의해 개별적 회로가 형성되는 과정입니다. 두 발달 모두 초기 경험에 결정적으로 의존합니다. 그러나 첫 번째 유형이 좌절될 경우의 결과는 특히 광범위합니다. 시각이 형성되어야 할 시기에 시각 자극이 차단되면, 이후의 시각 능력은 동일한 수준으로 발달하기 어렵습니다. 언어가 자라야 할 시기에 언어적 상호작용이 빈약하면, 이후의 어떤 언어 교육도 동일한 깊이를 만들어내지 못합니다.

크누드센(Eric Knudsen)이 종합적으로 정리한 바와 같이, 이러한 시기는 시각·청각·언어·정서 등 다양한 발달 영역에 걸쳐 존재하며, 각 영역마다 시작과 종료의 시점이 다릅니다. 이 시기를 우리는 결정적 시기(critical period) 또는 민감기(sensitive period) 라 부릅니다. 신경과학자 헨쉬(Takao Hensch)의 연구는 이 점을 분자 수준까지 추적합니다. 특정 시기 동안 신경 회로의 가소성을 활성화시키는 분자적 메커니즘이 작동하다가, 이후에는 가소성을 안정화시키는 분자적 제동장치(molecular brakes) 가 작동한다는 것입니다.

이러한 발견들의 교육적 함의는 분명합니다. 유아기는 모든 학습에 똑같이 중요한 시간이 아니라, 어떤 학습에는 다른 어느 시기보다도 중요한 시간입니다.

3. 능력은 누적적이며, 일찍 형성된 능력일수록 더 멀리 작용한다

2000년 노벨 경제학상 수상자인 경제학자 헤크먼(James Heckman)은 이후 인적 자본 형성에 관한 일련의 연구를 통해, 발달 신경과학의 발견을 경제학적으로 정식화했습니다. 쿠냐(Flavio Cunha)와 헤크먼이 제안한 능력 형성의 기술(technology of skill formation) 프레임은 세 가지 명제로 요약됩니다.

첫째, 능력은 자기 생산적이다(self-productivity). 한 시점에 형성된 능력은 그 다음 시점에 새로운 능력이 형성되는 데 직접 기여합니다. 일찍 언어를 풍부하게 경험한 아이는 이후 읽기를 더 잘 배우고, 읽기를 잘 배운 아이는 이후 글쓰기와 사고를 더 잘 배웁니다.

둘째, 능력은 서로 상호 보완적이다(cross-productivity). 인지 능력과 사회 정서 능력은 한 아이 안에서 서로 보완하며 자랍니다. 한 영역의 발달이 다른 영역의 발달을 더 효율적으로 만듭니다. 사회 정서 능력이 안정적으로 자란 아이는 인지 능력 또한 더 풍부하게 자라나며, 그 반대도 성립합니다.

셋째, 능력과 투자는 동학적으로 보완된다(dynamic complementarity). 일찍 형성된 능력은 이후에 주어지는 경험과 학습의 효율 자체를 높입니다. 같은 경험이라도 더 풍부한 토대 위에서 주어질 때 더 큰 학습 효과를 만들어냅니다.

이 세 명제가 결합하면 하나의 강력한 결론이 도출됩니다. 초기에 투입된 경험은 후기에 투입된 경험보다 누적 효과가 압도적으로 큽니다. 헤크먼이 인적 자본 정책의 가장 효율적인 단계가 유아기임을 실증적으로 보여 준 근거가 바로 이 동학적 보완성입니다.

여기서 투자 라는 단어가 경제학적 용어임에 주의해야 합니다. 그것은 더 많은 학습을 강요하라는 뜻이 아닙니다. 발달 단계에 정확히 알맞은 경험을, 정확히 알맞은 시기에 제공하라는 뜻입니다. 그렇게 형성된 능력만이 다음 능력의 토대가 됩니다.

4. 관계는 회로를 빚고, 자기 조절은 학습의 인프라가 된다

유아기에 형성되는 가장 결정적인 능력 중 하나는 자기 조절(self-regulation) 과 실행 기능(executive function) 입니다.

발달심리학자 다이아몬드(Adele Diamond)는 실행 기능을 세 가지 핵심 구성 요소로 정리했습니다. 작업 기억(working memory), 억제 통제(inhibitory control), 인지 유연성(cognitive flexibility) 입니다. 이 세 능력은 학교에서 배우는 모든 교과의 밑바닥에 깔린 인프라 와 같습니다. 작업 기억이 약하면 긴 문장을 이해하기 어렵고, 억제 통제가 약하면 충동적 반응에 휘둘리며, 인지 유연성이 약하면 새로운 문제 상황에서 사고를 전환하지 못합니다.

이 세 능력은 모두 유아기에 가장 빠르게 발달하며, 그 발달은 어른과의 관계 안에서 일어납니다. 발달 신경과학의 핵심 개념인 주고받기 상호작용(serve and return) 은 이 메커니즘을 정확히 짚습니다. 아이가 어른에게 신호를 보내고(serve), 어른이 그 신호에 시기적절하게 반응할 때(return), 아이의 뇌 회로는 가장 풍부하게 조직됩니다. 쇤코프(Jack Shonkoff)와 동료들은 이 단순해 보이는 상호작용이 실행 기능과 정서 조절의 신경 기반을 만드는 핵심 동력임을 일관되게 보여 주었습니다. 반대로 이 상호작용이 만성적으로 결여되거나 만성적 스트레스 환경에 노출될 경우 — 쇤코프가 유독성 스트레스(toxic stress) 라 부르는 상태 — 아이의 스트레스 반응 시스템은 과도하게 활성화되고, 이는 다시 실행 기능과 학습 능력에 장기적 손상을 가져옵니다.

결국 유아기의 관계는 단지 정서적인 일이 아닙니다. 관계 그 자체가 학습의 신경 인프라를 만드는 일 입니다.

결론: 토대 라는 단어의 정확한 의미

초기 경험이 평생 학습의 토대가 된다는 명제는, 이상의 네 가지 메커니즘을 통해 학문적으로 충분히 정당화됩니다. 뇌 건축은 위계적이며, 기초 회로 없이는 고차 회로가 자라지 않습니다. 회로의 형성은 시기 의존적이며, 특정 시기를 놓친 회로는 동일한 깊이로 회복되지 않습니다. 능력은 누적적이며, 일찍 형성된 능력일수록 후속 발달에 미치는 동학적 영향이 큽니다. 그리고 이 모든 과정은 관계 안에서, 자기 조절과 실행 기능의 발달과 함께 진행됩니다.

그러므로 초기 경험이 평생 학습의 토대가 된다 는 말은 비유가 아닙니다. 그것은 신경 건축, 시기 특이성, 능력 누적성, 그리고 관계 의존성 이라는 네 축의 과학적 진술입니다. 이 진술의 교육적 함의는 다음과 같이 정리될 수 있습니다.

유아기 교육의 목표는 지식의 선행 학습이 아니라 평생 학습의 인프라 구축이다.

이것이 발달 과학이 부모와 교육자에게 일관되게 일러주는 결론입니다. 그리고 이것이 알티오라가 적기 교육 이라는 단어를 단순한 슬로건이 아닌, 과학적으로 정당화된 교육 원리 로 받아들이는 이유입니다

참고 연구

• Cunha, F., & Heckman, J. J. (2007). The Technology of Skill Formation. American Economic Review, 97(2), 31–47.

• Diamond, A. (2013). Executive Functions. Annual Review of Psychology, 64, 135–168.

• Greenough, W. T., Black, J. E., & Wallace, C. S. (1987). Experience and Brain Development. Child Development, 58(3), 539–559.

• Hensch, T. K. (2005). Critical Period Plasticity in Local Cortical Circuits. Nature Reviews Neuroscience, 6, 877–888.

• Knudsen, E. I. (2004). Sensitive Periods in the Development of the Brain and Behavior. Journal of Cognitive Neuroscience, 16(8), 1412–1425.

• National Scientific Council on the Developing Child. (2004–2014). Working Paper Series. Center on the Developing Child, Harvard University.

• Shonkoff, J. P., & Phillips, D. A. (Eds.). (2000). From Neurons to Neighborhoods: The Science of Early Childhood Development. National Academies Press.

• Shonkoff, J. P., Garner, A. S., et al. (2012). The Lifelong Effects of Early Childhood Adversity and Toxic Stress. Pediatrics, 129(1), e232–e246.