어떤 사람들은 간단한 방정식만 봐도 당황하는 반면, 어떤 사람들은 숫자를 마치 어린아이 장난처럼 쉽게 다루는 걸까? 5명 중 1명이 수학에 심각한 어려움을 겪는 것으로 추산된다. 수학에 대한 불안감, 비효율적인 교수 전략, 그리고 난산증과 같은 인지 장애 등이 이러한 어려움의 원인으로 흔히 거론된다.

그런데 《플로스 생물학(PLOS Biology)》에 발표된 연구에 따르면 뇌 속에 숨겨진 예상치 못한 원인, 바로 신경전달물질도 원인이 될 수 있는 것으로 나타났다. 구체적으로, 두 가지 중요한 신경전달물질인 GABA(감마아미노뷰티르산)와 글루탐산이 수학 능력에 직접적인 역할을 하는 것으로 확인됐다.

GABA는 억제성 신경전달물질로 신경 활동을 늦추고, 차분함을 촉진하며, 스트레스를 줄여준다. 반면 글루탐산염은 흥분성 신경전달물질로, 연결을 강화하고 뇌 활동을 촉진한다. 이 두 가지의 균형은 학습, 집중력, 기억력에 필수적이다.

영국 옥스퍼드대 연구진은 초등학생부터 대학생까지 255명의 학생을 관찰했다. 참가자들은 약 18개월 간격으로 두 차례 수학 시험을 치렀다. 연구진은 이 기간 영상 기술을 사용해 참가자들의 뇌 활동을 분석했다. 수치 처리에 관여하는 것으로 알려진 뇌의 핵심 영역인 좌측 두정내구(LIS)에 초점을 맞췄다.

연구 결과 어린 학생 중 LIS에서 GABA 수치가 높은 학생들은 수학 시험에서도 더 나은 성적을 거뒀다. 이 수치는 학생들의 미래 성적도 예측할 수 있었다.

그러나 고학년 학생들에게서는 정반대의 현상이 나타났다. 글루탐산염 수치가 높은 학생들이 더 나은 성적을 거두는 경향이 있었다. 연구진은 “뇌가 성숙함에 따라 수학 학습을 최적화하기 위해 ‘침착’ 모드(GABA)에서 ‘자극’ 모드(글루탐산염)로 전환되는 것으로 보인다”고 설명했다.

연구진은 “수학 성적은 단순히 동기나 선생님에 의한 것만이 아니라, 섬세하고 변화하는 신경화학적 균형에 달려 있다”라고 말했다. 연구진은 “뇌는 다양한 민감한 기간을 거치는데, 이는 특정 유형의 학습에 더 수용적인 발달적 창구이다. 예를 들어, 언어나 운동 조정 능력은 매우 일찍 발달한다. 그러나 수학과 같은 복잡한 인지 능력은 성인기까지 계속 발달할 수 있다”라며 “GABA와 글루탐산은 이러한 뇌 가소성의 조절자 역할을 하는 것으로 보인다”라고 덧붙였다.

연구진은 “학생들의 뇌 발달 단계에 맞춰 수학 교육을 조정하면 학업 성취도를 향상시킬 수 있다”라며 “스트레스를 받고 주의가 산만한 아이는 집중력(그리고 잠재적으로 GABA 생성)에 도움이 되는 차분한 환경이 도움이 될 수 있다. 10대나 대학생은 더욱 역동적이고 자극적인 방법이 도움이 될 수 있다”라고 말했다.

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