동물의 인지능력 연구

1970년, 심리학자 고든 갤럽은 침팬지 우리에 거울을 넣고 코 위에 몰래 빨간 물감을 발랐다. 침팬지는 거울 속 자신을 보자마자 손을 들어 자기 코를 만졌다. 다른 개체를 보고 있다고 착각하지 않았다는 뜻이다. 이 단순한 실험 — 이른바 "거울 자기인식 검사(mirror self-recognition test, MSR)" — 은 이후 반세기 동안 동물 인지 연구의 방향을 통째로 바꿔놓았다.

거울 검사와 그 한계

MSR을 통과한 동물은 침팬지·보노보·오랑우탄 같은 대형 유인원 외에도 범고래, 코끼리(2006년 조슈아 플로트닉 연구팀이 뉴욕 브롱크스 동물원 아시아코끼리로 입증), 까치(2008년 프로르 연구팀), 그리고 최근에는 청소놀래기라는 작은 물고기까지 포함된다. 2019년 오사카시립대 연구팀이 발표한 청소놀래기 실험은 학계를 뒤흔들었다. 뇌 구조가 포유류와 전혀 다른 어류가 거울 앞에서 몸에 표시된 반점을 바닥에 문지르는 행동을 보였기 때문이다.

문제는 이 결과를 어떻게 해석하느냐다. 비판자들은 "자기인식"이라는 인간 중심 개념을 억지로 물고기에게 적용한 게 아니냐고 반박한다. 반대로 옹호자들은 종마다 다른 방식으로 검사를 설계해야 한다고 주장한다. 개는 후각이 압도적으로 발달했으니 거울보다 냄새 기반 자기인식 검사("Sniff test of self-recognition", STSR)가 더 적절하다는 것이 대표적 사례다. 마크 베코프가 2001년 자신의 반려견 소변 냄새 반응을 관찰해 만든 이 검사에서 개들은 자기 오줌 냄새에는 무관심하고 남의 냄새에 더 오래 반응했다.

까마귓과의 반란

영장류가 아니어도 고차원 인지가 가능하다는 증거는 까마귓과에서 가장 풍부하다. 뉴칼레도니아까마귀는 나뭇가지를 부리로 다듬어 도구를 만드는데, 2002년 옥스퍼드대 베티(Betty)라는 개체가 곧은 철사를 스스로 구부려 갈고리를 만들어 통 속 먹이를 꺼낸 사례는 전 세계 뉴스를 탔다. 더 놀라운 것은 2014년 오클랜드대 연구팀이 진행한 "이솝 우화 검사"다. 좁은 관에 담긴 물 위에 벌레를 띄워 놓고, 새가 돌을 넣어 수위를 높여야만 먹이에 닿을 수 있게 설계했는데, 큰까마귀와 떼까마귀는 돌의 부피와 물이 뜨는 원리를 구분해 가벼운 물체보다 무거운 돌을 우선 선택했다.

논쟁: 정말 "생각"하는가

이 지점에서 학계는 갈린다. 행동주의 전통을 잇는 학자들은 이런 행동이 단순 강화학습의 산물일 수 있다고 지적한다. 반면 니키 클레이턴(케임브리지대)은 서양어치가 먹이를 숨긴 장소·시간·부패 여부를 기억해 두었다가 훔쳐볼 가능성이 있는 개체 앞에서는 나중에 몰래 옮겨 숨기는 행동을 근거로, 이것이 "일화기억(episodic-like memory)"과 마음이론(theory of mind)의 초기 형태라고 주장한다. 2001년 그녀의 논문은 "동물도 미래를 계획한다"는 개념 자체를 학계에 처음 정식으로 도입한 연구로 꼽힌다.

왜 지금 다시 주목받는가

2012년 "케임브리지 의식 선언(Cambridge Declaration on Consciousness)"에서 스티븐 호킹이 참석한 가운데 신경과학자들은 포유류·조류뿐 아니라 문어 같은 두족류도 의식의 신경학적 기질을 갖췄다고 공식 선언했다. 이는 실험동물 복지법과 곧바로 연결됐다. 실제로 유럽연합은 2021년부터 문어를 포함한 두족류 실험을 척추동물과 동일한 수준의 윤리 심사 대상으로 규정했다. 동물 인지 연구가 단순한 호기심을 넘어 법과 정책을 바꾸는 근거로 쓰이고 있는 셈이다.

동물 인지 검사의 체계와 작동 원리

동물 인지 검사는 동물의 자기인식 능력과 고차원 인지 기제를 감각 자극에 대한 행동 반응으로 판별하는 연구 체계이다. 동물 인지 검사는 시각 자극, 후각 자극, 도구 조작 과제에 대한 개체의 정보 처리 과정을 단계별로 분석하는 기능을 수행한다. 동물 인지 검사로 확인된 결과는 신경과학계의 의식 기질 선언과 유럽연합의 실험동물 윤리 심사 규정 같은 법·정책 기준을 수립하는 데 쓰인다.

시각 자극을 활용하는 거울 자기인식 검사(MSR)는 표식 부착, 시각 상 제시, 신체 반응 확인의 순서로 진행된다. 연구자가 개체의 신체에 시각적 표식을 부착하고 거울을 제공하면, 개체는 거울에 비친 상을 시각 정보로 수용하여 다른 개체가 아닌 자기 신체로 판단한다. 침팬지는 코의 빨간 물감을 만지는 결과 행동을 보였고, 청소놀래기는 바닥에 몸의 반점을 문지르는 결과 행동을 나타냈다. 비판자들은 인간 중심의 자기인식 개념을 다른 종에게 일괄 적용하는 데 한계가 있다는 분석을 제시한다.

후각 자극을 활용하는 냄새 기반 자기인식 검사(STSR)는 자신의 냄새와 타 개체의 냄새를 함께 제시하여 반응 시간을 측정하는 방식으로 작동한다. 개는 후각 정보를 처리하여 자신의 소변 냄새와 타 개체의 소변 냄새를 구별한다. 개는 자신의 소변 냄새에는 무관심한 반응을 보이고 타 개체의 소변 냄새에는 더 오래 머물며 반응하는 결과를 나타냈다. 냄새 기반 검사는 후각이 발달한 종을 대상으로 설계할 때 성립하는 방식으로 알려졌다.

도구를 다루는 인지 과제는 물리적 환경 제시, 인과 관계 처리, 도구 조작 결과의 순서로 실행된다. 뉴칼레도니아까마귀는 곧은 철사를 구부려 갈고리 형태로 변형한 뒤 통 속 먹이를 꺼내는 결과를 보였다. 큰까마귀와 떼까마귀는 이솝 우화 검사에서 돌의 부피와 물이 뜨는 원리를 구분하여 무거운 돌을 관에 투입해 수위를 높이는 결과를 나타냈다. 이러한 도구 활용 결과에 대해 행동주의 학자들은 동물의 행동이 단순 강화학습의 산물일 수 있다는 한계를 지적한다.

서양어치의 먹이 저장 행동은 환경 정보 수용, 시공간 기억 처리, 저장 위치 변경의 단계로 작동한다. 서양어치는 먹이를 숨긴 장소와 시간 및 부패 여부를 기억하며, 다른 개체가 훔쳐볼 가능성을 처리하여 나중에 먹이를 다른 장소로 이동시키는 반응을 보인다. 니키 클레이턴은 서양어치의 저장 위치 변경 행동을 일화기억과 마음이론의 초기 형태로 해석한다. 서양어치 연구 논문은 동물이 미래를 계획한다는 개념을 학계에 처음 정식으로 도입한 연구라는 평가를 받는다.

2012년 케임브리지 의식 선언에서 신경과학자들은 포유류와 조류뿐 아니라 두족류도 의식의 신경학적 기질을 갖췄다고 선언했다. 유럽연합은 2021년부터 문어를 포함한 두족류 실험을 척추동물과 동일한 수준의 윤리 심사 대상으로 규정했다. 동물 인지 검사에서 도출된 신경학적 근거는 실험동물 복지 정책의 기준을 개정하는 요인으로 작용하는 것으로 보인다.