뇌파를 통해 인간의 언어를 분석하다

현재 세계 언어는 중국어, 영어, 스페인어, 아랍어 등을 포함하여 7000개 이상의 언어가 존재하는 가운데, 세계화가 진행감에 따라 인간은 한 가지 언어만 사용하는 것이 아니라 제 1외국어, 제 2외국어 등을 익혀가며 그 언어들을 사용한다. 우리나라도 한국어를 모국어로 사용하여 대부분의 의사소통을 한국어로 사용하지만 외래어의 도입, 한국어가 고립어라는 특성으로 인한 외국어의 필요성 등을 이유로 많은 한국인들이 영어를 익혔다. 이런 사람들은 발화 과정에서 한국어와 영어가 혼재하는 상황을 종종 마주한다.

 

 

 

연구자들은 이와 같은 언어와 관련된 뇌파 연구나 신경언어학 연구를 위해 사건관련전위(Event-related potential, ERP)를 이용하였다. ERP는 외부의 자극 혹은 내부의 심리적 과정에서 발생되는 전기적인 변화인데, 뇌 기능 연구 중 시간해상력이 가장 뛰어나기 때문이다. 여기에 더하여 본 연구에서는 근육을 움직여서 발화를 시작하는 경우는 노이즈가 매우 심하기 때문에 근육을 사용하지 않는 단계, 즉 발화를 계획하는 단계에서의 측정을 위하여 뇌에서 발생하는 뇌파(Electroencephalography, EEG)를 이용하였다. 이는 최근 유망한 분야로 떠오르고 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface, BCI) 기술을 이용하여 인간 언어의 중요한 의미 전달 수단인 단어 발화 계획, 문장 발화 계획단어의 EEG 패턴을 분류하고자 했다.

 

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이번 연구는 ERP와 EEG 파형을 분석하여 언어에 따른 뇌파 발생 패턴을 구분할 수 있는 기계학습 알고리즘을 시도하고, 인간이 언어를 이해하고 발화할 때 발생하는 뇌파를 연구하여 '뇌를 이용한 언어 인식 시스템'을 개발하는 것을 목표로 한다. 

 

연구는 2개의 실험으로 이루어져 있는데, 두 실험을 통해 의미적으로 비슷한 단어들로 이루어진 두 개의 그림을 배치하여 의미적 방해 효과(semantic blocking effects)으로 인한 발화를 하기 전 뇌파의 상태를 비교하였다. 경쟁에 의한 어휘 선택(lexcial selection by competition) 가설에 의하면, 어휘의 선택에 걸리는 시간은 이와 경쟁하는 다른 어휘의 활성화 수준에 영향을 받는다. 따라서 우리가 의미가 비슷한 두 그림을 볼 때 어휘들은 서로 경쟁하기 때문에 이에 따른 딜레이가 발생할 것이고, 본 연구에선 이러한 딜레이에 대한 뇌파의 변화를 관찰하는 것을 목표로 삼았다.

 

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관찰된 실험 결과를 토대로 뇌파 신호를 효율적으로 분석하는 다차원 알고리즘을 개발을 진행하였다. 기존의 ERP 연구 결과와 함께, 발화 전 에서 발생되는 언어들 간의 의미적 방해 효과로 인한 EEG 신호의 차이 등을 통한 연구의 뇌파 분석의 정확도를 높인 연구를 진행했는데, 이로 인하여 다음과 같은 활용방안이 기대될 수 있다.

 

첫 번째 언어 구조 및 언어를 처리하는 과정에 대한 연구는 이제껏 언어학, 전선언어학 등 각각의 분야에서 독립적으로 연구해왔지만 본 연구를 통해 이러한 과정을 통합함으로써 독립적으로 진행하던 연구결과를 상호 검증하여 연구의 질을 배 이상 향상시킬 수 있는 상승 효과를 기대할 수 있다. 

 

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두 번째로 교육적 효과를 기대할 수 있다. 앞서 언급한 것 처럼 세계화가 진행되는 가운데 2개 국어 이상을 원하는 사람들의 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 이러한 가운데 이중 언어 화자들의 언어 구조를 연구함으로써 외국인들의 한국어 공부 방법의 개발이 가능해질 것이다. 뿐만 아니라 우리나라 사람들의 영어 교육 방법을 효과적으로 개발하여 수능영어의 절대평가제도에도 불구하고 계속해서 늘어나는 영어 사교육비를 획기적으로 줄일 수 있는 계기가 마련될 수 있다.

 

자료: 교육부

세 번째로 두 번째 결과의 의의로 인한 파생적인 효과로 우리나라 문화에 기여할 수 있다. 우리나라는 고립어라는 특성 때문에 한국어, 한글을 통해 다른 나라로 자국의 문화를 퍼뜨리기 쉽지 않다. 물론 BTS가 빌보드 차트에서 1위를 하는 등 유명인들의 각고의 노력으로 문화 확산이 효과적으로 퍼지고 있는 가운데, 우리나라 사람들의 효율적인 영어 학습 개발과 외국인들의 한국어 학습 모델을 제시함으로써 세계화에 더욱더 전진할 수 있도록 본 연구가 일조할 것이다.

 

개인적인 바람으로 이러한 연구와 같이 언어들 간의 구조 차이에 관한 연구가 지속적으로 이루어진다면 같은 언어를 쓰지 않는 사람들간의 의사소통을 자유롭게 해줄 수 있는 통역기의 개발도 가능해질 것으로 보인다. 영화 '설국열차' 에서도 영어를 사용하는 주인공 커티스(배우 크리스 에반스님)와 한국어를 사용하는 남궁민수(배우 송강호님)가 하나의 통역기를 이용하여 자유롭게 의사소통을 하는 모습이 여러 장면을 통해 연출된다. 이러한 통역기가 있다면 창세기전에서 바벨탑을 만들 때의 사람들처럼, 우리도 마치 하나의 말처럼 서로 의사소통을 하며 온 지구인이 하나가 되는 날이 되지 않을까 기대해본다.

 

영화 설국열차에서, CJ E&M 

 

본 게시글은 NRF 시민참여단의 공식적인 포스터가 아니며, 조사 자료를 위해 만든 글입니다.

 

참고 문헌:

우리 뇌는 어떻게 말할 계획을 세울까: 브레인-컴퓨터의 인터페이스에서의 증거

www.krm.or.kr/krmts/search/detailview/research.html?metaDataId=&m201_id=10064598&local_id=10064598&dbGubun=SD&m310_arti_id=&dataTypeCd=&category=Research

우리 뇌는 어떻게 말할 계획을 세울까: 브레인-컴퓨터의 인터페이스에서의 증거

Ethnologue.com - Languages of the world, www.ethnologue.com/

Ethnologue: Languages of the World

권준수. (2000). 인지 기능 연구에서의 사건관련전위의 이용. Journal of Cognitive Science, 1(1), 79-98.

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김윤혜. "그림-단어 간섭 과제에서 방해 단어의 가시성에 따른 의미 효과." 국내석사학위논문 이화여자대학교 대학원, 2018. 서울, www.riss.kr.proxy.cau.ac.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=e70e76cf8d80194cffe0bdc3ef48d419

http://www.riss.kr.proxy.cau.ac.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=e70e76cf8d80194cffe0bdc3ef48d419

구은서 기자, 작년 사교육비 총액 19조5000억원…1인당 月 29만원 '사상최대', www.hankyung.com/society/article/2019031275121

작년 사교육비 총액 19조5000억원…1인당 月 29만원 '사상최대'