수면 & 학습

분산학습으로 보는 수면과 학습의 관계

몰아치기 학습 vs 매일매일 학습

질문입니다. 

다음중 효과적인 학습은 무엇일까요?  

    몰아치기 2시간  

    매일매일 20분 1주일  

질문은 벼락치기 vs 분산학습에 관한 질문입니다. 

학습을 연구하는 심리학자들은 분산학습이 더 오래, 더 깊게 머리속에 새겨진다고 이야기합니다. 

심리학자 폴 푐슬러 Paul Pimleur 는 단어를 외울때 다음과 같이 외우기를 추천합니다. 

<5의 N제곱초마다 반복하라> 이 말의 의미를 환산하면 5초, 25초, 2분, 10분, 1시간, 5시간, 1일, 5일, 25일, 4개월, 2년 입니다. 

즉 처음에는 집중적으로 반복하다가 서서히 반복의 간격이 늘어나는 방식을 추천하는 것입니다. 

에빙하우스의 망각곡선을 이용한 복습의 주기를 이야기 할 때도 처음에는 복습간격을 촘촘히 하다가 서서히 늘리는 전략을 이야기합니다. 

< 작심 > 책 인용 

다음은 바닷달팽이 실험의 결과입니다. 왜 우리 사람의 뇌를 이야기하는데 바다달팽이가 나올까요? 바다달팽이의 신경이 인간의 뇌신경연결을 알려주기 때문입니다. 실제로 바다달팽이는 몇가지를 학습 할 수 있습니다. 아래 그림에서 수관이라는 부위를 건드리면 아가미가 수축을 합니다. 이러한 연결은 반사반응이지요. 수관 아가미 반사라고 부릅니다. 이때 수관을 건드리면 아가미가 더 강하게, 더 오래 수축하도록 학습을 시킬 수가 있습니다. 마치 우리가 공부하듯이 바다달팽이도 학습을 하는 것입니다. 이때 4가지로 방법으로 훈련을 시킵니다. 

  

<작심> 책 인용 

    수관자극을 1번만 준다.   

    수관자극을 4번을 몰아서 준다.   

    수관자극을 4번 약 0.5시간(30분) 간격으로 준다.   

    수관자극을 4번 약 0.5시간(30분) 간격으로 4일간 자극을 준다.   

아래는 그 학습의 결과입니다. 훈련의 경과 그래프 1일이 아가미의 반응시간입니다. 즉 학습의 결과이지요. 그리고 약 7일까지 학습의 효과가 얼마나 오래가는지를 관찰할 수 있습니다. 학습의 결과 1,2,3,4 번 순으로 효과가 좋습니다. 그리고 또하나 학습의 지속성도 마찮가지입니다. 1,2,3,4 번의 순서로 지속성이 높습니다. 여기서 눈여겨 보고 싶은 점은 마지막 4번의 탁월성입니다. 훈련의 결과도 거의 9배, 지속도 제일 오래가는 탁월함이 관찰됩니다. 

즉, 집중학습 (벼락치기, 4번 한번에 몰아친 자극)  보다 매일 꾸준한 자극 (분산학습, 4일동안 4번 나누어서 자극)이 더 탁월한 방식이라고 보여집니다.

매일매일의 학습, 분산학습이 더 뛰어난 학습법이라 여겨집니다.

최적의 분산간격은?

그렇다면 최적의 분산간격은 어떻게 될까요? 푐슬러박사의 5의 N 제곱이 정답일까요? 아니면 30분씩? 아니면 하루? 

미국의 심리학자 할 패쉴러 Hal Pashler 는 기억을 하고자 하는 목표기간의 약 20% 간격이 좋다고 이야기 합니다. 즉 만약 10개월 동안 기억을 하고자 한다면 약 2개월에 한번의 간격으로 학습을 하라고 이야기합니다. 

결론적으로는 최적의 분산간격은 각각의  주장이 서로 다르게 느껴집니다. 하지만 대체적인 이야기를 모아 정리해보면  다음과 같습니다. 

  

    매일매일의 간격이 좋아보인다.   

    처음에는 집중반복을 하면서 서서히 간격을 넓힌다.   

이 두가지 방법에서 2번을 살펴보면 크랩이 형성될 때를 떠오릴 수 있습니다. 2시간 동안  약 15분에 한번씩 자극할 때 뇌신경이 연결되는 실험이 있습니다. 이 실험은 뇌신경 한개와 뇌신경 한개를 놓고 실험한 실험실 데이타이지요. 하지만 우리가 학습을 할 때는 뇌신경 한개만 자극되는 것이 아닌 몇만개, 몇십만개가 동시 발화되는 상황이 되지요. 즉 몇십만개의 뇌신경이 함께 발화하는 것이기에 때로는 발화가 안되는 뇌신경도 있고, 여러번 발화되는 뇌신경도 있을 수 있기에 2시간 5~6번 반복보다는 좀더 집중 반복자극이 더 효과적일 거라고 생각합니다. 

위의 1번, 매일 간격학습에 대한 것으로 고민을 더 진행해보겠습니다. 

왜 매일 간격으로 간격학습이 좋아보이는 걸까요? 몇가지 가설을 세워보겠습니다. 

  

    회상효과  - 매일 간격으로 자극을 하면 잊은 것을 확인하고 잊은 것을 중점으로 다시 되새길 수 있다.   

    수면효과  - 잠을 자면서 망각을 막는다.   

두가지 가설이 모두 합당해보입니다.  

첫번째 가설은 우리가  학습했다고 모두 장기기억 수준으로 넘어가는 것은 아닙니다. 학습하면서 단기기억 수준으로만 기억된 것을 다음날 확인이 가능합니다. 즉 생각이 안나는 것은 단기기억으로만 남고 장기기억으로 넘어가지 못한 것입니다. 장기기억으로 넘어가지 못한 것을 찾고, 이를 다시 반복자극할 수 있기에 학습은 치밀하게 진행될 수 있을 것으로 보입니다. 

2번 <잠을 자면서 망각을 막는다> 라는 내용은 더 합당한 증거들이 많습니다.  

수면의 구조를 살펴보도록 하겠습니다.  수면 6~8시간을 자면 4~5번의 수면 싸이클을 돌게 됩니다. 한 싸이클은 5단계의 수면단계로 나뉩니다. 렘수면 단계 + 비렘수면 1,2,3,4 단계로 나뉩니다. 비렘수면의 1,2단계는 얕은 수면, 3,4단계는깊은 수면의 단계로 불립니다. 렘수면은 REM (rapid eye movement) 으로 빠른 안구운동이 특징이지요. 꿈을 꾸는 수면의 단계입니다. 약 30~50분정도 진행됩니다. 얕은 수면은 깨우면 깨워지고 약 10분정도로 구성되고 깊은 수면은 면역반응, 장기기억화, 뇌내 노폐물 제거 등이 30~50분 정도로 진행된다고 알려져 있습니다. 

잠자면서 초반에는 깊은 단계의 수면이 진행되고, 점점 얕은 단계의 수면이 진행되어 갑니다. 

심리학자들은 수면이 학습에서 도움을 준다는 수많은 증거를 확보하고 있습니다. 

미국 심리학자 칼 달렌바흐 Karl Dallenbache와 존젠킨스 John Jenkins 는 에빙하우스의 망각곡선 실험을 살피던 중 이상한 현상을 관찰합니다. 망각곡선이 작동하지 않는 마의 시간대가 관찰된 것입니다. 즉 8~14시간대의 시간동안 망각곡선의 그래프가 아래로 떨어지지 않고 멈춰있는 것을 알아낸 것이지요. 이들은 8시간까지는 같은날 망각곡선을 실험한 것이고, 14시간 이후부터 다음날로 망각검사를 진행한 것이라고 보았습니다. 잠자는 동안 기억의 하강곡선을 멈추었다고 본 것입니다. 그리고 잠자는 동안 시간에 역행하여 외운것들이 안정적으로 유지 되는 것으로 해석했습니다. 

1994년 한 연구에서는 망막의 막대탐지를 수행하는 실험을 합니다. 훈련으로 서서히 수행능력이 향상되다가 정체되는 구간을 만나는데, 잠을 자면 수행능력이 향상되고, 수행능력향상이 수일간 지속되는 현상을 이야기 합니다. 또 REM 수면 단계에서 잠을 깨우면 이러한 수행능력 향상이 사라진다고 보고했습니다. 

다양한 수면과 학습 실험은 한결같이 학습에 도움을 주는 것으로 이야기 합니다. 

수면이 망각을 막아주는 이유는 과연 무엇일까요?

여기도 가설을 세워봅시다.   

    독성물질 등을 제거해서   

    추가학습을 해서  

답은 잠자는 동안 추가학습이 일어나는 것으로 보입니다. 

수면에서의 학습의 역할은 크게 두가지로 말할 수 있습니다. 

  

    반복수행  

    통찰발견  

매튜 윌슨 Matthew Wilson 과 브루스 맥노튼 Bruce McNaughton 박사는 쥐를 이용한 실험을 합니다. 공간을 돌아다니는 쥐의 해마속 뇌신경발화를 기록한 것입니다. 그리고 각각의 공간 속에 발화되는 뇌신경의 순서대로 기록합니다. 그리고 쥐가 잠을 잘 때 해마에서 일어나는 뇌신경의 발화패턴을 확인합니다. 잠자는 동안 발화되는 패턴은 무작위적으로 일어나는 것이 아니었습니다. 낮에 돌아다닌 공간의 순서대로 발화하는 것입니다. 즉 해마의 장소세포가 발화된 순서대로 잠자는 동안 반복수행을 하고 있었던 것입니다. 그 활동은 20배나 더 활발히 진행되는 것으로 밝혀졌습니다. 짧게 잠자도 꿈속의 시간은 길게 느껴지는 것이 같은 시간 강렬하게 재경험을 하는 이유일 것입니다.

<우리의 뇌는 어떻게 배우는가> 그림 인용

통찰이 잠자는 동안 일어난다는 예시는 수도 없이 들 수 있습니다. 아인슈타인은 자기전 메모장을 잠자리 옆에 놓았다고 합니다. 발명왕 에디슨은 낮잠을 자면서 쇠구슬을 쥐었다고 합니다. 자면서 쇠구슬을 떨어뜨리면서 잠에서 얻은 통찰을 수집하려고 한 것입니다. 벤젠고리를 발견하고 신경전달물질을 알아낼 때에도 잠에서 통찰을 얻어낸 것으로 유명합니다. 

얀 본 연구팀은 복잡한 알고리즘 문제를 이용하여 수면 중 통찰력을 검증하였습니다. 알고리즘 문제에는 사실 숨겨진 간단 해법이 있었습니다. 즉 통찰이 도움을 주는 문제였습니다. 이 문제를 푸는 동안에 이 간단해법을 발견한 사람은 많지 않았습니다. 그런데 잠을 자고 나서는 간단 해법을 발견한 사람이 배로 늘어납니다. 하지만 수면을 취하지 못한 사람은 그 간단해법을 발견하지 못 했고 합니다. 

이러한 잠 속 통찰은 신경과학에서도 정설로 받아지기 시작하였습니다. 

간단히 위의 내용을 정리해봅니다. 

  

    벼락치기 보다는 분산학습이 중요하다.   

    분산의 간격은 매일 정도가 유용해 보인다.   

    분산학습이 유용한 이유로 수면이 중요하다.   

    수면하는 동안 낮동안의 경험을 반복자극하고, 통찰발견이 일어나게 된다.   

잠자는 뇌는 게으른 뇌가 아닙니다. 부지런하고 똘똘한 뇌입니다. 

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