아동청소년기 수학성적, 수리인지능력 신경전달물질 ‘가바’에 영향
수학 어렵다고 공부 않거나 포기할 경우 뇌인지기능 또래보다 퇴화

초, 중, 고등학교를 다니는 자녀가 있는 부모들은 아이들이 자신들보다 공부를 잘 했으면, 특히 대학입시와 직결되는 수학과목을 잘 했으면 하는 바람을 갖고 있다.

방학을 맞아 서점을 찾거나 오프라인 서적 교육분야만 봐도 수학공부를 잘할 수 있는 ‘비법’(?)을 공개한 책들이 상당히 많다는 것을 알 수 있다. 공통적으로 공부를 잘 하기 위해서는 오랜 시간 자리에 앉아 집중해야 하며 수학시험에 익숙해지기 위해서는 기본 개념을 완벽하게 이해하고 문제를 많이 풀어보라고 조언하고 있다. 그렇지만 오랜 시간 책상 앞에 앉아 교과서와 문제집을 열심히 공부하는데도 생각만큼 성적이 오르지 않는 경우도 적지 않다. 책이나 전문가라는 사람들이 조언하는 것 말고 다른 것이 있는 것이 아닐까.

이런 상황에서 뇌신경과학자, 인지과학자, 심리학자들은 뇌 속 특정 신경전달물질이 많은 아이들이 수학성적이나 학업성취도가 높다는 연구결과를 내놨다.

영국 옥스포드대 실험심리학과, 스완지대 심리학과, 러프버러대 수학인지연구센터, 서리대 심리학과, 애스턴대 심리학부, 미국 퍼듀대 보건·인간과학부 공동연구팀은 학업성적, 특히 수학성적은 뇌 후두정엽의 두정엽내고랑 부분 ‘가바’(GABA)와 ‘글루타메이트’라는 신경전달물질의 양과 비율이 좌우한다는 사실을 확인했다. 이번 연구결과는 미국공공과학도서관에서 발행하는 생물학 분야 국제학술지 ‘플로스 생물학’ 7월 23일자에 실렸다.

연구팀은 20세 이상 성인과 6~19세 아동, 청소년 255명을 대상으로 수학시험(60분)과 일반 인지능력 평가(30분)를 실시했다. 또 1년 6개월이 지난 뒤 다시 수학과 인지능력 분야 평가를 했다. 이와 함께 연구팀은 시험 전후에 실험참가자들의 뇌를 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 촬영했다. 연구팀은 fMRI를 통해 뇌신경전달물질 중 가바(GABA)와 글루타메이트 분비에 주목했다.

가바(GABA)는 억제성 신경전달물질이며 글루타메이트는 글루탐산으로 불리는 흥분성 신경전달물질이다. 흔히 가바는 수면 유도에 도움이 되며 글루타메이트가 체내에 과다분비될 경우는 치매나 각종 신경정신질환을 앓을 가능성이 높은 것으로 알려져 있다. 가바는 학습능력과 뇌 가소성에도 영향을 미친다는 연구결과들이 있다. 뇌 가소성은 개인이 평생동안 겪는 환경변화나 자극 등으로 조금씩 변할 수 있는 능력이다.

분석 결과부터 보면 가바와 글루타메이트의 농도가 수학과 같은 복잡한 학습능력과 밀접한 관계를 갖고 있으며 아동·청소년과 성인의 수리인지능력과 두 신경전달물질의 농도는 서로 다른 상관관계를 보이는 것으로 조사됐다. 연구팀에 따르면 20대 이하 아동, 청소년에게 있어서는 두정엽내고랑 부분의 가바 수치가 높을수록 수에 대한 인지능력이 뛰어나고 수학성적도 높은 것으로 조사됐다. 글루타메이트 수치가 아동, 청소년들의 수학성적은 그에 못 미치는 것으로 조사됐다.

반면 20대 이상 성인에게 있어서 두정엽내고랑 부분 가바 수치가 높으면 오히려 수학성적이나 수리인지능력이 떨어지는 것으로 나타났다. 오히려 글루타메이트 수치가 높은 성인들이 수리에 밝은 것으로 확인돼 전혀 반대의 결과를 보인 것이다.연구를 이끈 영국 옥스포드대 로이 코언 카도시 교수(인지신경과학)는 “이번 연구는 뇌 가소성에 관여하는 신경전달물질이 연령으로 표현되는 인간의 발달단계에 따라 관여하는 정도가 달라진다는 것을 보여주고 있다”라고 설명했다. 카도시 교수는 “신경전달물질이 학업성취도나 수학성적에 상당한 영향을 미치는 것도 사실이지만 수학공부를 중도에 포기하거나 하지 않는 경우는 수학을 더 못하게 되고 학업성적까지 떨어지게 된다”라며 “앞서 연구에서 수학공부를 중도 포기할 경우 전체적인 뇌인지기능이 떨어진다는 사실도 염두에 둬야할 것”이라고 덧붙였다.

카도시 교수는 수학·수리인지와 학습인지능력 분야에서 세계적인 학자이다. 카도시 교수가 이끄는 옥스포드대 연구진은 러프러버대 수학인지연구센터, 웰컴 통합신경이미지연구센터와 함께 아동, 청소년기에 수학 공부를 포기하거나 중단하면 뇌인지기능 발달에 부정적인 영향을 미친다는 연구결과를 지난 6월 8일 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’에 발표하기도 했다.