파블로프의 개와 조건형성의 과학

1901년 무렵 상트페테르부르크의 한 실험실에서, 어느 러시아 생리학자는 매우 실용적인 문제에 몰두하고 있었다. 소화계가 어떻게 소화액을 만들어 내는가 하는 문제였다. 침 분비를 정밀하게 측정하기 위해 그의 연구팀은 개들에게 작은 누관을 달아 침이 수집관으로 흘러 들어가게 했고, 그래서 한 방울 한 방울 무게를 재고 셀 수 있었다. 이 장치는 훌륭하게 작동했지만, 한 가지 끈질긴 불규칙성이 있었다. 먹이가 혀에 닿기도 전에 개들이 침을 흘리기 시작한 것이다. 개들은 평소에 먹이 그릇을 들고 오던 사육사의 모습을 보고도 침을 흘렸고, 복도에서 들리는 그의 발걸음 소리에도, 심지어 급식 장치를 준비하는 달그락거리는 소리에도 침을 흘렸다.

대부분의 실험자에게 이것은 잡음이었고, 제거해 통제해야 할 거추장스러운 데이터 오염이었다. 이반 파블로프는 더 드문 일을 했다. 그는 그 오염이야말로 흥미로운 부분이라고 판단했다. 그가 우연히 마주친 것은 소화 실험의 결함이 아니라, 생리학이 아직 던지는 법을 배우지 못한 질문으로 들어가는 문이었다. 즉, 동물은 어떻게 그 자체로는 아무런 의미도 없는 신호에 반응하게 되는가 하는 질문이었다. 주의를 돌린 그 한 번의 전환이 새어 나오는 침 한 방울을 심리학의 가장 오래 지속된 틀 가운데 하나를 세운 최초의 실험으로 바꾸어 놓았다.

소화관에서 조건반사로

이반 파블로프는 1849년에 태어나 19세기 생리학의 엄격한 전통 속에서 훈련받았는데, 이 학파는 마음이나 정신에 대한 모호한 이야기보다 정확한 측정과 물리적 설명을 중시했다. 그는 본래 배경상 심리학자가 전혀 아니었다. 그의 위대한 초기 업적은 소화샘이 신호에 따라 분비물을 내보내는 방식에 대한 면밀한 기술이었고, 이 연구는 충분히 정교해서 그에게 1904년 노벨 생리의학상을 안겨 주었다. 상이 도착할 무렵 그의 관심은 이미 예기성 침 분비라는 수수께끼 쪽으로 옮겨 가기 시작한 상태였다.

파블로프는 소화 연구에서 그를 이끌었던 바로 그 본능으로 이 새로운 질문에 접근했다. 그는 통제하고 정량화하고 반복할 수 있는 무언가를 원했고, 그래서 그 상황이 우연히 일어나기를 기다리는 대신 의도적으로 그 상황을 만들어 냈다. 그는 어떤 음을 울리거나 메트로놈을 작동시킨 다음, 잠시 후에 개에게 먹이를 주었다. 충분히 반복하고 나자 개는 먹이가 전혀 보이지 않는데도 그 음만으로 침을 흘렸다. 이제 파블로프는 방울 수를 세고, 반응이 얼마나 빨리 나타나는지 측정하고, 조건을 바꿀 때 반응이 어떻게 변하는지 관찰함으로써 이 학습된 반응의 강도를 측정할 수 있었다. 그는 종잡을 수 없는 심리적 현상을 생리적 현상으로 전환했고, 그 번역이야말로 그의 연구가 그토록 오래 살아남은 이유의 상당 부분이다.

틀 전체를 조직하는 네 가지 용어

파블로프 틀의 힘은 이런 종류의 학습에 해당하는 거의 모든 사례를 기술할 수 있게 해 주는 작고 정밀한 어휘에서 나온다. 모든 것이 네 가지 용어에 의지하고 있으며, 이 용어들을 정확히 이해하는 것이 중요하다.

입 안의 먹이는 어떤 사전 훈련도 없이 개가 침을 흘리게 만든다. 이것은 그저 동물이 그렇게 만들어졌기 때문이다. 먹이는 무조건자극, 즉 자연스럽고 자동으로 반응을 일으키는 것이고, 그것이 만들어 내는 침 분비는 무조건반응이다. 둘 중 어느 것도 학습할 필요가 없다. 이와 달리 어떤 음은 처음에 배고픈 개에게 아무 의미가 없다. 그것은 중성자극, 동물이 알아차렸다가 곧 무시할 법한 그런 부류의 것이다. 실험 전체는 중성적인 음과 먹이를 거듭 짝지어, 그 음이 더 이상 중성적이지 않게 될 때까지 이어진다. 일단 개가 그 음만으로 침을 흘리게 되면, 그 음은 조건자극이 된 것이고, 이제 그것이 일으키는 침 분비는 조건반응이다. 여기서 조건이라는 말은 조건부라는 의미를 담고 있는데, 즉 동물의 타고난 회로가 아니라 짝지어진 이력에 달려 있는 반응이라는 뜻이다.

이런 식으로 펼쳐 놓으면 그 논리는 거의 산술적이다. 무조건자극은 무조건반응을 확실하게 이끌어 낸다. 중성자극을 그 무조건자극과 충분히 여러 번 짝지으면, 중성자극은 그 자체로 조건반응을 이끌어 낼 수 있는 조건자극이 된다. 조건반응과 무조건반응은 흔히 비슷한데, 파블로프의 경우 둘 다 침 분비였지만, 둘은 동일하지 않으며 서로 다른 원인에서 생겨난다. 이 간결한 정의의 집합은 한 세기가 넘은 지금도 학습을 연구하는 이들이 여전히 사용하는 실용적 어휘이고, 뒤이어 나오는 내용의 대부분은 사실상 이 연합들이 일단 형성되고 나면 어떻게 작동하는가에 대한 연구다.

조건반응이 형성되고, 사라지고, 회복되는 방식

조건반응은 첫 짝짓기에서 완성된 형태로 나타나지 않는다. 그것은 조건자극과 무조건자극이 계속 함께 도착하면서 점점 강해지고 안정되어, 반복되는 시행에 걸쳐 점차적으로 쌓여 간다. 이 형성 단계를 습득이라고 부르며, 이것이 펼쳐지는 모습을 지켜보면 실험자는 학습을 갑작스러운 전환이 아니라 측정 가능한 기울기를 지닌 과정으로 볼 수 있다.

짝짓기가 멈췄을 때 일어나는 일도 그에 못지않게 시사적이다. 파블로프가 그 음을 여러 번 울리면서 한 번도 먹이를 뒤따르게 하지 않으면, 조건화된 침 분비는 희미해지다가 결국 사라졌다. 이 약화를 소거라고 부르는데, 이 이름은 다소 오해를 부른다. 원래의 학습이 깨끗이 지워졌다는 인상을 주기 때문이다. 이 전체 과정에서 가장 많은 것을 드러내는 결과는 그렇지 않다는 점을 보여 준다. 몇 시간 혹은 며칠의 휴식 기간이 지난 뒤 그 음을 다시 울리자, 어떤 새로운 짝짓기도 없이 침 분비가 저절로 돌아왔다. 이 자발적 회복은 기억에 관해 중요한 것을 일러 준다. 소거는 원래의 연합을 지우는 것이 아니라, 그 위에 새로운 학습의 층, 즉 이 신호가 더 이상 먹이를 예고하지 않는다고 말하는 학습된 억제를 덧입힌다. 첫 번째 학습은 그 아래에 여전히 남아 있으며, 이는 한때 정복한 듯 보였던 공포와 습관이 어째서 다시 돌아올 수 있는지에 대한 심리학자들의 사고방식을 형성해 왔다.

학습이 퍼질 때와 날카로워질 때

두 가지 현상이 그림을 마저 채워 주는데, 파블로프에게 편리하게도 이 둘은 그의 개들이 무엇을 지각할 수 있는지를 탐구하는 도구 역할까지 겸했다. 첫 번째는 일반화다. 특정 음높이의 음에 침을 흘리도록 훈련된 개는, 먹이와 짝지어진 적이 한 번도 없는 인접한 음높이에 대해서도 정도는 덜하지만 침을 흘린다. 조건반응은 원래의 조건자극을 닮은 자극들로 퍼져 나가며, 닮음이 가까울수록 반응은 더 강해진다. 이것은 학습의 결함이 아니라 합당한 기본값인데, 어수선한 현실 세계에서는 신호가 똑같은 형태로 두 번 다시 나타나는 일이 거의 없기 때문이다.

반대 과정은 변별이다. 파블로프가 어떤 특정 음 뒤에는 일관되게 먹이를 주면서, 한 번도 먹이가 뒤따르지 않은 비슷한 음을 함께 들려주면, 개는 점차 강화된 음에만 반응하고 다른 음에는 반응을 억제하는 법을 배웠다. 이것은 파블로프에게 뜻밖에도 우아한 도구를 안겨 주었다. 두 개의 음, 혹은 두 개의 모양을 점점 더 가깝게 밀어붙이며 개가 더 이상 그것들을 구별하지 못하는 순간을 지켜봄으로써, 그는 동물의 청력이나 시력의 한계를 바깥에서 측정할 수 있었고, 침샘에서 감각의 예민함을 읽어 낸 셈이었다. 학습 연구로 태어난 방법이 지각 그 자체를 심문하는 방법이 된 것이다.

개의 침에서 아이의 공포로

오랫동안 이 모든 것이 인간에게도 적용되는지는, 특히 가장 개인적이고 가장 기계적이지 않게 느껴지는 감정에도 적용되는지는 열린 질문이었다. 그 답은 이후로 줄곧 이 분야를 괴롭혀 온 방식으로 1920년에 제시되었다. 존스홉킨스에서 심리학자 존 왓슨과 그의 협력자 로절리 레이너는 어린 앨버트로 기억되는 생후 11개월 영아와 함께 작업했다. 그 아이는 처음에 흰 실험용 쥐에 아무런 공포도 보이지 않았다. 그러자 왓슨과 레이너는 쥐가 나타날 때마다 앨버트의 머리 뒤에서 강철 막대를 망치로 때려 갑작스럽고 무서운 소리를 냈다. 머지않아 아무런 소리가 없어도 쥐만으로 그 아이는 울며 움츠러들었다.

파블로프의 용어로 대응시키면 정확히 들어맞는다. 그 요란한 쾅 소리는 무조건적 공포 반응을 일으키는 무조건자극이었고, 처음에는 중성적이던 쥐는 조건화된 공포를 촉발하는 조건자극이 되었으며, 그 공포는 일반화되기까지 해서 앨버트는 훈련받지 않은 다른 털 달린 것들에도 괴로워했다고 전한다. 이 실험은 분비샘의 반사뿐 아니라 인간의 정서적 반응 역시 고전적으로 조건화될 수 있다는 점을 입증했다. 그것은 또한 어떤 현대적 기준으로 보아도 심각한 윤리적 실패였다. 취약한 영아를 의도적으로 두렵게 만들었으면서도 그 해악을 되돌릴 명확한 계획이 없었던 것이다. 이 연구가 지금도 불러일으키는 불편함은 그것이 교과서에 살아남은 이유의 일부인데, 그것이 자아낸 분노가 정보에 입각한 동의와 참여자 보호를 비롯해 오늘날 이 학문을 규율하는 공식적인 연구 윤리 기준 쪽으로 심리학을 떠밀어 가는 데 일조했기 때문이다.

자연 속의 조건형성, 그리고 진료실 속의 조건형성

일단 이 어휘를 갖추고 나면, 일상생활 어디에서나 고전적 조건형성이 보이기 시작하는데, 특히 우리의 자동적인 정서적, 생리적 반응에서 그렇다. 갈망과 연결된 단서들, 즉 특정한 길모퉁이나 하루 중 어느 시간대, 어떤 냄새는, 그 대상이 사라진 지 오랜 뒤에도 그 자체로 갈망을 촉발할 수 있다. 불안은 한때 진짜로 위협적인 무언가와 우연히 겹쳤던 특정 상황에 들러붙을 수 있다. 생생한 예가 조건화된 미각 혐오인데, 단 한 번의 식중독이 한때 좋아하던 음식을 몇 년 동안 구역질 나게 만들 수 있으며, 이는 단 한 번의 시행으로 형성되는 강력한 연합이다. 조건형성의 손길은 면역계에까지 미치는데, 실험실 동물은 면역 억제 약물과 짝지어진 중성적 맛이 그 자체만으로 면역 활동을 둔화시키도록 훈련될 수 있기 때문이다.

두 가지 임상 치료법은 이 원리들을 반대 방향으로 작동시켜 치료로 바꾸어 낸다. 혐오 치료는 의도적으로 새로운 연합을 심는데, 원치 않는 행동을 불쾌한 무조건자극과 짝지어 그 행동 자체가 혐오스럽게 느껴지기 시작하게 만든다. 노출 치료는 환자의 공포에 대해 소거의 논리를 거꾸로 돌린다. 즉, 두려워하는 조건자극을 반복적으로, 안전하게, 위협받던 결과가 결코 닥치지 않는 채로 제시함으로써, 부적응적 조건반응이 점차 약해지게 한다. 앨버트에게 쥐를 두려워하도록 가르쳤던 바로 그 기제가, 신중하고 윤리적으로 다루어진다면, 누군가가 공포증을 풀어 내도록 도울 수 있다.

조건형성은 뇌의 어디에 자리하며, 어디에서 멈추는가

파블로프의 틀은 전적으로 행동에서 세워졌지만, 후대의 신경과학은 그 상당 부분을 특정한 뇌 조직에 위치시켰다. 두 가지 기질이 특히 잘 규명되어 있다. 소뇌는 운동성 조건반응을 떠받치는데, 가장 깨끗한 예가 조건화된 눈깜박임이다. 여기서는 눈에 가하는 공기 분사와 짝지어진 음이 그 자체만으로 보호성 깜박임을 촉발하게 된다. 한편 편도체는 조건화된 공포의 중심이며, 이는 쥐부터 인간에 이르기까지 포유류 전반에 걸쳐 놀랄 만큼 일관되게 유지된다. 이 구조물들을 손상시키면 그에 해당하는 형태의 조건형성이 자리 잡지 못하는데, 이는 파블로프의 추상 개념들이 편리한 비유가 아니라 실제 기제에 대응한다는 강력한 증거다.

고전적 조건형성이 설명하지 못하는 것에 대해 분명히 해 두는 것도 그에 못지않게 중요하다. 결국 그것은 심리학의 여러 학습 패러다임 가운데 하나일 뿐이며, 구체적으로는 불수의적, 반사적 반응, 즉 유기체가 선택해서 하는 일이 아니라 몸이 하는 일을 설명한다. 그것은 동물이 보상을 얻기 위해 완전히 새로운 수의적 행동을 수행하는 법을 어떻게 배우는지, 다른 개체를 지켜봄으로써 어떻게 배우는지, 혹은 자신이 돌아다니는 공간의 내적 지도를 어떻게 만드는지에 대해서는 거의 아무것도 말해 주지 않는다. 그런 것들은 조작적 조건형성, 관찰 학습, 인지 지도의 영역으로, 저마다의 창시자와 저마다의 논리를 지닌 별개의 패러다임들이다. 파블로프는 네 가지 가운데 첫 번째이자 가장 엄밀한 것을 우리에게 주었을 뿐, 학습의 전부를 준 것은 아니다.

핵심 요점

고전적 조건형성은 1901년 무렵 이반 파블로프의 상트페테르부르크 소화 실험실에서 개들이 먹이가 도착하기도 전에 침을 흘린 우연한 관찰로 시작되어, 연합 학습에 대한 최초의 실험적 틀로 자라났는데, 이는 이미 1904년 노벨상을 받은 한 생리학자의 작업이었다. 그 핵심은 네 가지 용어에 의지한다. 자연스럽게 무조건반응을 일으키는 무조건자극을, 처음에는 중성적이던 자극과 거듭 짝지어, 그 자극이 그 자체로 조건반응을 이끌어 낼 수 있는 조건자극이 될 때까지 이어 가는 것이다. 이 연합들은 습득을 통해 형성되고, 소거를 통해 약해지며, 자발적 회복을 통해 지속됨이 드러나고, 그 사이 일반화는 반응을 비슷한 단서들로 퍼뜨리고 변별은 반응을 단 하나로 날카롭게 다듬는다. 1920년 왓슨과 레이너의 윤리적으로 변호할 수 없는 어린 앨버트 연구는 인간의 감정이 조건화될 수 있음을 입증했고 이 분야를 현대 연구 윤리 쪽으로 떠미는 데 일조했으며, 같은 원리들이 이제 갈망, 불안, 조건화된 미각 혐오, 심지어 조건화된 면역 반응까지 밝혀 주고, 혐오 치료와 노출 치료의 바탕을 이루며, 소뇌는 운동성 조건반응을 떠받치고 편도체는 조건화된 공포를 떠받친다. 강력하기는 해도 고전적 조건형성은 불수의적, 반사적 반응만을 설명하는 네 가지 가운데 하나의 패러다임일 뿐이며, 수의적 행동, 관찰을 통한 학습, 공간 지도는 다른 설명들에 남겨 둔다.