메타인지와 집행기능 MetaCognition & Executive Function

March 3, 2024

MetaCognition이란 #

“Cogito ergo sum,” 이 말은 데카르트가 주장한 “나는 생각한다 고로 나는 존재한다” 라는 의미를 지닌 구절이다. 스스로의 생각과 행동에 대해서 숙고하는 능력은 인간을 다른 종과 구별할 수 있게 해주는 뚜렷한 특징 중 하나이다. 인간으로서 우리는 무엇을 지각하고 있는지를 알고, 무엇을 배우고, 그것을 위해 무엇이 필요한지 판단하고 미래 행동의 결과를 예측할 수 있다. 더욱이 상상과 현실을 구별하고 스스로의 반응을 평가하고 미래에 대한 계획을 세울 수 있다. 즉, 이러한 능력들이 바로 인간이 가진 상위 인지 능력들이다.

이러한 상위 인지 즉, 메타인지(metacognition)에서 “meta”는 그리스어로서 “이후(after)”, “그 위의(beyond)”의 뜻을 나타내는 접두사이다. 그러므로 메타인지 용어는 “인지에 대한 인지(cognition about cognition)” 혹은 “생각에 대한 생각(knowing about knowing)”(Jacobs, & Paris, 1987)을 나타낸다. 메타인지는 생각, 기억, 행동의 의식적 혹은 자동적인 통제라고 알려져 있다(Metcalfe& Shimamura, 1994). 다르게 말하자면, 메타인지는 스스로의 인지적 처리과정에 대한 평가와 통제를 말한다(Shimamura, 2000). 메타인지 연구는 학습, 마음 이론, 교육 심리와 같은 분야에서 다양하게 연구되어 왔다(Metcalfe & Shimamura, 1994). 메타인지는 자신의 인지에 대한 지식(knowledge)과 조절(regulation)의 두 가지 측면을 포함하는데, 최근 메타인지 관련 연구들에서는 사고과정과 문제 해결 과정을 조정하는 집행적 인지 기능으로서 강조되고 있다(Shimamura, 2000).

메타인지와 관련해서 다음과 같은 쉬운 예를 들 수 있다. 외워야 할 목록들을 완벽하게 기억할 때까지 공부하라고 학령 아동들에게 지시한다(Flavell, 1979). 높은 학년 아이들은 완벽하게 외웠다고 말하면 대체로 실제로도 완벽하게 기억하였지만, 저학년 아이들은 스스로가 완벽하게 외웠다고 말을 하지만 실제로는 외우기를 시켜보면 기억하지 못하였다. 즉, 이러한 현상들은 어린 아동이 자신의 인지에 대한 인지, 메타인지(metacognition)가 부족하다는 것을 나타낸다고 할 수 있다(Flavell, 1979). 즉, 메타 인지는 자신의 기억, 이해력 그리고 다른 인지적 능력들에 대한 감시 혹은 모니터링(monitoring)을 말한다. 이러한 능력은 이해력, 독해력, 작문, 언어 획득, 기억, 문제 해결과 같은 자기 통제가 필요한 영역에서 중요한 역할을 한다.

그렇다면, 인지(cognition)와 메타인지(metacognition)는 어떠한 차이점이 있는 걸까? 사실상, 인지와 메타인지는 뚜렷하게 구분이 되기 보다 밀접하게 연관이 있고 겹치기도 한다. 다음과 같은 예를 들 수 있다. 인지적 기술(cognitive skills)은 과제를 수행하기에 필요하고, 반면 메타인지는 어떻게 과제를 수행하였는지 이해하기에 필수적이다(Schraw, 1998). 혹은 과제 수행 전략(strategy)에서 다음과 같은 차이가 날 수 있다. 인지적 전략은 인지적 처리과정(cognitive processes)을 만들고(“making”), 메타인지적 전략은 인지적 처리과정(cognitive processes)을 감시(monitoring)한다는 것이다(Flavell, 1979)

메타인지의 종류 #

메타인지는 메타인지적 지식(metacognitive knowledge), 메타인지적 경험(metacognitive experiences), 메타인지적 조절(metacognitive regulation), 이 세 가지 요소들로 나눌 수 있다(Flavell, 1979). 혹은 다른 연구에서는 메타인지를 지식(knowledge of cognition)과 조절(regulation of cognition)과 같은 2가지 요소로 나누기도 한다(Schraw, 1998). 메타인지적 지식은 나는 언어보다 산수를 잘해와 같은 자신의 지식에 대해서 알고 있는 것이다. 메타인지적 경험은 다른 사람이 방금 말한 것을 이해하지 못했다고 스스로 느끼는 것과 같은 인지적 혹은 정서적 경험을 말한다. 메타인지적 조절은 인지적 그리고 학습적 경험들의 조절이다.

1. 메타인지적 지식(metacognitive knowledge) #

메타인지적 지식은 사람(person), 과제(task), 전략(strategy)의 세가지 주요 범주로 나누어볼 수 있다(Flavell, 1979). 사람(person) 범주는 인지적 처리과정으로써 스스로나 다른 사람의 본성에 대해서 믿고 있는 모든 것이다. 즉, 당신이 독해보다 듣기를 잘한다는 것 그리고 당신 친구가 다른 사람들보다 더 사회적 사람이라는 것이 그 예시이다. 과제(task) 범주는 인지적 처리 동안 정보의 양이 많고 적고, 친숙하고 혹은 친숙하지 않고, 잘 짜여 있거나 그렇지 않는 등의 정보에 관한 것이다. 예를 들면, 같은 양의 정보라도 다른 사람들보다 이 정보가 더 어렵겠다는 것을 아는 것이다. 전략(strategy) 범주는 목표를 성취하기 위해서 어떤 효율적인 전략이 필요할지에 대해서 아는 것이다. 예를 들어서, 주요 요점에 집중하고 반복해서 외워서 스스로의 언어로 되뇌어보는 것이 학습에 효율적인 방법이라는 것을 스스로 아는 것이다. 메타인지적 지식은 사람, 과제, 전략 이 세 가지의 상호작용 혹은 연합으로 이루어지는데, 이를 테면 친구 A가 과제 X에서 전략 B를 사용해야 한다는 것을 아는 것이다.

혹은 메타인지적 지식이 서술적 지식(declarative knowledge), 절차적 지식(procedure knowledge), 조건적 지식(conditional knowledge)와 같은 세부적인 요소로 이루어졌다고 주장하기도 한다(Jacobs& Paris, 1987; Schraw, 1998). 서술적 지식은 어떤 것에 “대한(about)” 지식이다(Schraw, 1998). 다르게 말하자면 학습자로서의 스스로에 대한 지식이다. 예를 들면, 학생들은 친숙한 주제와 이전 지식이 읽는 속도와 이해에 영향을 미친다는 것을 아는 것이다. 절차적 지식은 어떤 것을 “어떻게(how)”하는 것을 아는 지식이다(Jacobs& Paris, 1987). 학생들은 어떻게 쓱 읽어보고, 어떻게 요약할지, 어떻게 읽는 동안 주요 주제를 잡아낼지 아는 것이다. 조건적 지식은 “왜(why)”와 “언제(when)”을 아는 지식이다(Schraw, 1998). 서술적 지식과 절차적 지식들을 언제 그리고 왜 사용할 건지를 아는 것을 의미한다. 예를 들어, 공부 잘하는 학생들은 어떤 챕터를 다시 읽어봐야 하는지에 대해 알고 있다. 절차적 지식은 학생들이 효율적으로 공부 시간을 할당하도록 하는데 필요하다.

2. 메타인지적 경험(metacognitive experience) #

메타인지적 경험들은 현재 진행중인 인지적 능력 관련 경험들을 말한다. 메타인지적 경험들은 지속시간이 짧을 수도 길수도 있고 내용이 간단할 수도 혹은 복잡할 수도 있다(Flavell, 1979). 메타인지적 경험은 메타인지적 지식, 인지적 행동 혹은 전략에서 매우 중요하다. 첫 번째로, 그들은 새로운 목표를 설정하거나 이전의 것을 버리게 만든다. 두 번째로는, 메타인지적 경험은 메타인지적 지식들을 삭제하거나 수정하는 데 영향을 준다. 마지막으로 메타인지적 경험은 목표에 대한 전략을 짤 수 있다. 시험 전날에 어느 파트 부분이 부족하다는 것을 경험하면(메타인지적 경험) 당신은 그 파트 부분만 시험 전날에 훑어 본거나(인지적 전략), 스스로 질문을 하면서 얼마나 질문에 잘 대답할 수 있는지 알아내는 것(메타인지적 전략)이다.

3. 메타인지적 조절(metacognitive regulation) #

메타인지적 조절(metacognitive regulation)은 인지를 조절하는 과정을 말한다. Nelson과 Narens(1990)는 메타인지적 조절을 상향(bottom-up)처리과정인 인지적 감시(cognitive monitoring)과 하향(top-down) 처리과정인 인지적 통제(cognitive control)으로 구성되어 있다고 주장하였다. 인지적 감시는 에러 탐지, 기억 인출에서 출처 감시(source monitoring)가 있고 인지적 통제는 갈등 해결, 에러 수정, 억제 통제, 계획, 자원 할당이 있다(Fernandez-Duque, Baird, & Posner, 2000). 이와 관련한 설명은 이후 메타 인지와 집행 통제와 관련성에서 Nelson & Narens 모형에서 살펴볼 것이다.

Schraw(1998)는 메타인지를 인지의 지식과 인지의 조절(Regulation of cognition)로 나누었다. 이 때 메타인지의 조절은 학생들이 스스로의 학습을 통제하도록 도와주는 활동들이라고 할 수 있다. 이 때 메타인지적 조절은 훈련을 통해서 향상될 수 있다고 가정한다(Schraw, 1998). 어린 학생들이 교사의 지시를 통해서 메타인지적 기술들을 획득하는 연구들이 이를 지지한다(Jacobs & Paris, 1987). 덧붙여, 메타인지적 조절은 한정되어 있는 주의 자원을 효율적으로 배분하는 것, 현재 가지고 있는 전략들을 잘 사용하는 것, 이해하는 것을 실패한 것을 잘 아는 것을 포함한다.

메타인지와 관련된 이전 연구들에서는 메타인지적 조절 기술들을 크게 세 가지로 구분해 볼 수 있다고 주장한다(Jacobs & Paris, 1987; Schraw, 1998). 계획(planning), 감시(monitoring)(Schraw, 1998) 혹은 조절(regulation)(Jacobs & Paris, 1987), 평가(evaluation)이다. 계획은 적절한 전략들을 선택하고 주의 자원을 분배하는 것을 말한다. 감시 혹은 조절은 이해력과 과제 수행 진행 상황에 대해서 인식하는 것이다. 그리고 계획과 전략들이 어떻게 잘 사용할지에 대해서 조정하고 변경하는 것이다. 평가는 스스로 학습의 효율성과 결과물에 대해서 평가해보는 것이다. 이러한 조절 기술들에 대해서 예시는 King(1991)이 아동들의 학습 능력을 높이기 위해서 개발한 조절 체크리스트(regulatory checklist; RC)에서 알아볼 수 있다. King의 체크리스트는 계획, 감시, 평가, 각 항목당 체크리스트가 4가지씩 들어가 있다.

메타 인지와 집행 통제 #

메타 인지와 집행 통제의 관련성 #

메타인지는 집행적 기능과 밀접하게 관련이 있는데 이는 메타인지가 정보 처리과정들을 감시하고 통제하는 능력을 가지고 있기 때문이다. 메타 인지와 집행적 통제 모두 인지적 처리과정에서 하향 조절(top-down modulation)을 한다(Shimamura, 2000). 즉 메타인지는 선택적 주의, 갈등 해결, 에러 탐지, 억제 통제와 같은 집행적 통제 처리과정이라고도 볼 수 있다. 이러한 것은 메타인지와 집행적 통제가 관련이 있다는 것을 지지하지만, 메타 인지와 집행 통제에 대한 대다수 연구들은 개별적으로 이루어져왔다(Metcalfe& Shimamura, 1994; Shimamura, 2000). 예를 들면 메타 인지에 대한 연구들은 학습, 아동 심리 분야에서 활발하게 이루어져왔고, 집행 통제에 대한 연구는 뇌 손상 환자들을 통해서 이루어져왔다.

1) Nelson and Narens 모형– object level and meta-level #

메타 인지와 관련하여 잘 알려진 Nelson과 Narens의 이론에서는 인지적 처리과정은 메타 수준(meta-level)과 대상 수준(object-level) 두 가지로 나뉘어 질 수 있다고 주장한다(Nelson & Narens, 1990; Fernandez-Duque et al., 2000). 대상 수준과 메타 수준의 상호작용이 메타인지라고 주장하는데 이 모형에서는 두 가지 특징들이 있다(Metcalfe& Shimamura, 1994). 첫 번째는 인지적 처리과정을 두 가지 혹은 그 이상의 수준들로 나누었다는 것이다. 두 번째는 메타 인지적 시스템이 우위 관계를 가진다는 것이다. 즉 정보의 흐름 방향이다. Nelson과 Narens 모형에서는 이러한 정보의 흐름을 “통제(control)”과 “감시(monitoring)”으로 나누었다. 통제는 정보가 메타 수준에서 대상 수준으로 흐르는 것이고 감시는 정보가 대상 수준에서 메타 수준으로 가는 것을 말한다. 또 하나 주목해야 할 것은 이 모형에서는 메타 수준(meta-level)은 대상 수준(object-level)을 포함한다.

“통제(control)” #

Nelson과 Narens는 통제(control)를 전화와 관련해서 말하는 것(speaking)으로 비유했다(Metcalfe& Shimamura, 1994). 즉 메타 수준은 대상 수준을 수정하거나 바꾼다. 그러나 대상 수준이 메타 수준을 변화시킬 수는 없다. 이러한 것은 대상 수준에서 행동에 변화를 주는데, 행동을 시작하거나 행동을 계속하게 하거나, 행동을 멈추게 한다. 그러나, 이러한 수행을 하기 위해서는 메타 수준은 지속적으로 정보를 갱신하는 것이 필요하다. 즉, 감시(monitoring) 과정이 있어야 한다. 이를 통해 대상 수준에서 이루어지는 수행들을 시작하거나 멈추게 함으로써 통제할 수 있다. 통제는 무엇을 배울 것인지 선택하고, 공부시간을 할당하고, 공부를 끝내는 것, 탐색 전략을 선택하는 것, 검색을 끝내는 것을 포함한다(Metcalfe& Shimamura, 1994).

“감시(monitoring)” #

통제하기 위해서는 현재 상태에 대한 정보가 필요하다. 감시(monitoring)는 듣는 것(listening)으로 비유할 수 있다(Nelson & Narens, 1990). 메타수준은 대상수준으로부터 정보를 전달받는다. 감시는 이전에 회상한 반응에 대한 판단인 회상 감시(retrospective monitoring)와 미래 반응에 대한 판단인 미래 감시(prospective monitoring)으로 나누어 볼 수 있다(Metcalfe& Shimamura, 1994). Nelson과 Narens는 미래 감시를 세 가지 카테고리로 나누었다: Ease-of-Learning(EOL), Judgements of learning(JOL), Feeling-of-Knowing(FOK)(Metcalfe& Shimamura, 1994). Ease-of-Learning (EOL) 판단은 습득 이전(in advance of acquisition) 에 일어나며 무엇이 배우기 쉽거나 어려울지에 대한 예측을 말한다. Judgements of learning (JOL)은 습득 동안 혹은 이후(during or after acquisition)에 일어나며 현재 회상할 수 있는 목록에 대한 예측을 말한다. Feeling-of-Knowing(FOK)은 기억 유지 시간과 같은 습득 동안 혹은 이후(during or after acquisition)에 일어나며 현재 회상 할 수 없는 항목을 알고 있는지 없는지 혹은 이후 검사에서 기억할 수 있는지 없는지에 대한 판단을 말한다.

집행적 주의 모델과 메타 인지 모델 #

Norman과 Shallice(1986)이 제안한 집행적 주의 모델도 Nelson과 Narens(1994)의 메타 인지 모형과 유사하다(Fernandez-Duque et al., 2000). 메타 인지 모형에서는 메타 수준과 대상 수준의 상호작용이 있다면, 집행적 주의 모델에서는 집행적 시스템(Executive system)과 도식(Schemas)간의 상호작용으로 이루어진다. 집행적 통제(executive control)이 없다면 정보는 도식(schemas)에 의해서 자동적으로 처리된다. 집행적 통제가 없다면 정보 처리과정에는 유연성이 없을 것이다.

Norman과 Sahllice(1986) 모형에서는 집행적 시스템이 도식에 미치는 영향을 활성과 억제로 나타내었고, 도식이 집행적 시스템에 미치는 영향을 피드백(feedback)으로 나타내었다. 이 모형이 메타 인지 모형과 유사한 점은 메타 인지 모형에서 대상 수준은 도식과 행동과 생각의 기초적 부분을 포함한다는 것이다. 외부적으로 환경 단서에 의해서 도식들은 도식들, 행동, 생각들이 대상 수준에서 활성화 된다. 그리고 메타인지적 혹은 집행적 통제는 이전에 만들어진 도식이 없는 새로운 상황에서 행동을 이끌어 가는데 중요하다. 도식들은 집행적 시스템으로부터 내부적으로 활성화된다. 도식 선택은 상향식(bottom-up)인 감각 그리고 하향식(top-down)인 주의적 조절 모두에 달렸다.

즉 이러한 메타인지적 그리고 집행적 통제는 특정 목표를 획득하는데 필요한 도식이 없을 때 행동을 적절할 수 있도록 한다. 의사 결정, 문제 해결, 전략 선택, 비일상적인 행동의 수행을 하는데 두 모델 모두 필수적이다(Fernandez-Duque et al., 2000).

2) 메타 인지와 작업 기억 #

메타 인지와 집행적 처리과정이 밀접한 관련이 있다는 것은 메타 인지와 작업 기억과의 관련을 통해서도 알아 볼 수 있다(Fernandez-Duque et al., 2000; Shimamura, 2000). 작업 기억은 정보의 일시적 활성 그리고 저장과 관련한 처리과정을 말한다. Baddeley에 따르면, 작업 기억은 음운적 고리(phonological loop), 시공간 잡기장(visuospatial sketchpad), 일화적 완충기(episodic buffer) 세 가지 저장 완충기에 있는 정보를 통제하는 중앙 집행기(central executive)라고 주장한다. 음운적 고리는 span 과제와 같은 언어적 작업 기억 과제에서 수행을 돕는다고 알려져 있다. 시공간 잡기장은 시각적 공간적 정보와 관련해 사용된다. 일화적 완충기는 장기기억과 의미적 정보들을 연결시킨다. 집행 통제는 작업 기억에 있는 정보를 선택, 활성화, 조절하는 것과 관련한 처리과정이라고 할 수 있다. 집행 통제는 이러한 세 가지 시스템에 주의를 할당하고 시스템에서 온 정보를 해석한다.

이러한 작업 기억에서 중앙 집행이 메타인지적 처리과정을 포함하거나 같다고 주장하는 연구들이 있다(Hanten, Levin, & Song, 1999; Shimamura, 2000). 앞서 언급했던 Nelson-Narens의 모형에 적용시킨다면 대상 수준의 정보들은 작업 기억에서 감시되고, 정보의 하향 통제를 관련 집행 통제는 메타 수준의 통제와 관련이 있다고 볼 수 있다(Shimamura, 2000).

작업기억과 관련한 집행기능의 네 가지 측면으로 선택(selecting), 유지(maintaining), 최신화(updating), 경로변경(rerouting)을 들 수 있다(Shimamura, 2000). 선택은 자극에 주의를 기울이는 능력이다. 예를 들면 스트룹 과제와 같은 갈등 상황에서 어떤 종류의 특징을 선택적으로 걸러내야 한다. 유지는 작업 기억에서 정보를 계속 활성화 시키는 것이다. 숫자 외우기 과제에서 이러한 처리과정이 필요하다. 최신화는 작업 기억에서 활성을 조절하고 재배열하는 능력이다. 예를 들어 n-back과제에서 참가자들은 작업 기억의 정보를 유지시킬 뿐만 아니라 정보를 계속해서 업데이트시켜야 한다. 작업기억에서 반응을 갱신시키는 것의 실패는 보속증(perseveration)을 이끈다. 경로변경은 한 인지적 처리과정에서 다른 처리과정으로 전환시키는 능력이다. 이러한 네 가지의 측면들은 전두 피질의 활성과 밀접하게 관련이 있다고 제기된다(Posner, Petersen, Fox, & Raichle, 1988). 메타 인지와 관련하여서도 메타 인지적 조절을 계획(planning), 감시(monitoring)인 세 가지로 구분하였다. 즉, 작업 기억과 관련한 선택, 유지, 최신화, 경로변경과 메타 인지적 조절인 계획, 감시, 조절은 모두 하향 통제이고, 이러한 능력이 주의를 할당하고 과제를 수행하는데 중요한 역할을 한다는 점에서 공통점을 가지고 있다.

이와 관련한 자세한 예시로는 음운적 작업 기억에 손상을 받은 아동들이 언어 습득에서의 낮은 발달과 관련이 있다는 연구가 있다(Hanten, Levin, & Song, 1999). 작업 기억과 언어 이해는 밀접한 관련이 있다고 알려져 왔다. 작업 기억 손상을 받은 아동들이 문법 의미적 처리과정에서 어려움을 보였고, 또한 언어 이해와 관련 메타인지적 요소에서도 어려움을 보였다. 이 연구에서는 작업 기억과 아동의 언어 이해에 메타인지적 능력이 매개한다고 주장하였다(Hanten et al., 1999).

3) Metcalfe’s CHARM model #

메타 인지와 새로움 감시(novelty monitoring)에 대한 계산적 모델(computational model) 중 하나가 Metcalfe의 CHARM(composite holographic associative recall/recognition) 모델이다(Metcalfe, 1993). 이 모델에서는 “알고 있는 느낌(feeling of knowing; FOK)”과 같은 메타인지적 평가는 새로운 정보와 이전에 저장된 기억 간의 친숙성(familiarity)에 기초한 계산으로 이루어진다고 제시한다. 이러한 작업의 결과로 “새로움 감시(novelty monitoring)”가 이루어질 수 있다고 주장한다. 이 모형에서 중요한 점은 감시 통제인데, 감시 통제가 없다면 이 모형은 제대로 작동하지 않는다.

일화 기억 시스템은 감시하고 통제하는 시스템을 필요로 한다(Metcalfe & Shimamura, 1994). Nelson과 Narens 모델에서는 일화 기억을 대상-수준으로, 감시하고 통제하는 시스템은 메타 수준으로 볼 수 있다. 이러한 메타 수준은 연결시키고 저장시키는 기억 시스템과는 다른 특징을 지닌다. 감시와 통제 시스템은 들어오는 정보의 새로움과 친숙함을 평가하고 그 사건들에 인지적 자원을 할당할 것이다. 또한 감시와 통제 시스템은 우리 스스로의 인출 전략의 선택을 평가하고, 공부 시간을 결정하는 등의 학습에 대한 평가도 가능하게 해준다. Metcalfe의 모델에서는 새로움과 친숙성 감시(novelty and familiarity monitoring)이 알고 있는 느낌(feeling of knowing) 판단과 어떻게 관련이 있는지에 대해서 초점을 두었다. 즉 새로움이나 친숙함 평가는 “느낌(feelings)”과 같은 주관적 평가라고 생각할 수 있다. 만일 참가자들이 빠른 새로움 탐지 시스템을 사용한다면 목표에 대한 인출된 정보보다 단서의 친숙성이 FOK 판단과 관련이 있다고 제안한다.

Metcalfe 모델에서“feeling of knowing”, 알고 있는 느낌은 이러한 새로움 감시 처리과정의 결과로 나오는 감정이다. 예를 들어, 나는 이것을 있다는 느낌이 들어 혹은 알지 못하는 느낌이 들어라고 사람들은 자신의 느낌을 감지한다. 즉, 친숙성을 감시했으면 안다고 느낄 것이고 새로움을 감시했으면 모른다고 느끼는 것이다. 단순히 감시하는 것은 항목에 대한 어떠한 정보도 주지 못한다. 언제 어디에서 이 항목을 경험했는지 알 수 없다. 즉 감시는 항목에 대한 내용 지식, 서술적 지식으로부터 분리된 것이다.

4) 이외의 모델들 #

집행적 통제와 작업기억과 관련한 계산적 모델이 있다(Kimberg and Farah, 1993). 집행적 통제가 작업 기억에서 정보들이 얼마나 효율적으로 연결되어 있는지에 따라 이루어진다는 것이다. 효율적인 연결성은 작업기억이 과제 관련 처리과정을 유지시키는 등의 적절한 항목들을 선택할 수 있게 한다. 예를 들면 스트룹 검사에서 참가자들은 색상 단어 뜻보다는 단어의 색깔에 주의해야 한다는 것을 작업 기억에서 효율적으로 유지해야 한다. 이러한 연결이 없으면 수행에서는 문제가 일어난다.

메타인지적 조절(Metacognitive regulation) #

메타인지와 집행적 처리과정이 유사하다는 것은 갈등 해결, 에러 탐지, 정서 조절, 계획과 같은 집행적 처리과정의 연구들이 메타인지 연구와 어떤 관련성이 있는지를 통해 알 수 있다(Fernandez-Duque, Baird, and Posner, 2000). 예를 들면, 집행적 처리능력의 결핍으로는 낮은 계획능력, 감시 능력의 결핍, 그리고 기억 인출의 결핍이 있는데 이러한 결핍들은 메타인지적 조절과도 관련이 있다. 또한, 집행적 통제 과제들은 참가자들에게 갈등, 에러, 정서와 같은 노력이 필요한 인지적 처리과정을 요구한다. 이러한 인지적 처리과정에서 높은 메타인지적 능력을 가진 사람들은 문제 해결, 전략 선택, 의사 결정과 같은 복잡한 과제를 보다 잘 해결할 수 있다.

1. 갈등 해결(Conflict resolution) #

인지적 갈등과 관련하여 스트룹 과제를 대표적인 예시로 들 수 있다(Chen, Wei, & Zhou, 2006). 스트룹 과제에서 참가자들은 제시된 단어 색깔 이름을 말한다. 스트룹 과제는 불일치 조건인 단어 색깔과 단어 뜻이 불일치 하는 것과 단어 색깔과 단어 뜻이 일치하는 일치 조건 혹은 색상 뜻을 가지고 있지 않는 중립 조건으로 구성되어 있다. 스트룹 패러다임에서 참가자들은 단어 색깔과 단어 뜻이 불일치 하는 조건에서는 가장 큰 갈등을 느끼고, 일치하는 조건에서는 낮은 갈등을 경험한다. 스트룹 효과와 관련한 뇌영상 연구에서는 정중선 대상 활동(midline cingulated activation)이 불일치 조건에서 활성화하는 것을 보고한다. 일치하는 조건에서도 대상 피질의 활성이 보고되고 있다(Chen, Wei, & Zhou, 2006). 이러한 연구들은 집행적 주의 시스템은 일치 조건과 불일치 조건 모두에서 활성화를 보인다는 것을 드러낸다. 색상 단어 시행들은 일치 조건이든 불일치 조건이든 단어에 대한 정보와 색상에 대한 정보 간의 선택을 요구한다. 이러한 데이터들은 다차원 자극의 한 차원을 선택하는 것은 집행적 통제가 필요한 갈등을 나타낸다. 일치 조건과 불일치 조건에서 대상 피질의 활성화는 갈등 해결과 연관이 있다는 점을 시사한다. 일치 조건은 갈등이나 많은 에러와 관련은 없다. 일치 시행에서는 갈등에 대한 메타인지적 지식이 없고 단어 색과 단어 의미 간의 선택인 메타인지적 조절은 나타난다(Fernandez-Duque, Baird, and Posner, 2000).

그러나 전측 대상 피질의 주요 역할은 갈등 해결보다는 갈등 감시에 있다는 주장이 있다(Carter, Botvinick, & Cohen, 1999). 전대상 피질은 갈등이나 에러를 탐지하고 다른 영역에서는 이러한 갈등을 해결한다는 것이다. 갈등 감시와 갈등 해결의 구분은 메타인지 연구의 인지적 감시와 인지적 통제로 이루어진 메타인지적 조절과 밀접하게 관련이 있다.

2. 에러 탐지(Error detection) #

피험자들이 과제를 수행할 때 에러를 저지르는 것은 흔한 일이다. 보통의 참가자들은 자신의 수행에 대해 외부 피드백이 없더라도 에러를 탐지하고 내적으로 평가한다. 에러 탐지 이후에 참가자들은 적정한 정확율을 유지하기 위해서 수행 속도를 늦춘다. 이러한 속도-정확도 균형(speed-accuracy trade-off)이 의식적 전략이라고 생각된다. 뇌 영상 연구에서는 에러 감시가 내측 전두엽에 위치한다고 주장한다. 속도 과제에서 event-related potentials(ERPs)는 중앙 전두에서 에러 관련한 음성(negativity)를 보였다. 에러 관련 음성이 일어나면 참가자들은 에러를 저지르고 있다는 것을 깨닫는다. 참가자들이 속도보다 정확도를 중시하면 에러 관련 음성 파형이 커진다. 이는 감시 시스템이 있다는 것을 드러낸다. 에러 관련 음성은 참가자의 내적 피드백과 외부 피드백으로 인해서 일어난다.

반응에 대한 감시와 인식은 일관적이고 성공적인 행동을 위해 중요하다. 에러 탐지는 우리의 인지적 능력에 대해서 알려주고 스스로의 메타인지적 지식을 최신화할 수 있다. 즉 에러에 대해서 감시하고 탐지하면, 과제가 어렵다는 것을 알거나 스스로가 과제 수행을 잘못한다는 것을 아는 것이다. 따라서 스스로 이를 해결하기 위해서 인지적 전략을 짤 수 있도록 메타인지적 지식이 도와줄 수 있다.

3. 정서 조절(Emotional regulation) #

과제 수행을 할 때에는 인지적 정보와 정서적 정보 모두 전달된다. 예를 들어, 에러를 수행하였을 때, 이 에러 신호는 그들이 너무 빠르게 수행하고 있다는 것과 동시에 부정적인 정서를 전달한다. 슬픈 얼굴과 같은 정서적 단서가 있을 때 참가자들은 이 단서가 자신의 수행에 어떠한 정보를 제공하지 않는다는 것을 알고 있다고 해도 속도가 늦추고 에러율이 줄어든다.

정서와 인지적 조절간 상호작용에 대한 증거로는 성격 특성이 반응 준거에 어떻게 영향을 주는지를 연구한 ERP연구이다. 참가자들이 높은 부적 정서를 가지고 있을 때 에러 이후에 더 속도를 늦추고 전측 대상에서 더 큰 에러 관련 음성(error-related negativity)를 보인다(Luu, Collins, & Tucker, 2000). 이러한 결과는 부적 정서가 인지적 처리과정과 상호작용을 한다는 것을 보여준다.

정서적 조절과 메타인지간 관련은 품행 장애 아이들의 행동에서 드러난다. 공격적 아동들은 집행적 기능에 손상을 보이는 것뿐만 아니라 모호한 상황에서 다른 사람의 의도가 적대적이라고 잘못 귀인한다(Pennington & Ozonoff, 1996). 다른 사람의 의도를 잘못 평가하는 것은 메타인지적 지식이 부족하다는 것을 나타낸다. 더욱이 이러한 아동들은 정서적 조절 손상과 공감 그리고 조망 수용과 같은 다른 메타인지적 과제 수행의 어려움을 보인다. 이러한 인지적 그리고 정서적 조절이 중앙전두 영역의 활성화와 관련이 있다는 것은 같은 신경기제를 가진다는 것을 나타내는 증거일 수 있다.

4. 계획(planning) #

목표를 달성하기 위해서 어떠한 일련의 행동들이 필요할지에 대한 계획이 중요하다. 계획하기(planning)은 메타인지와 집행능력과 같은 고차 인지기능을 요구한다. 계획을 세우는 것에는 기말 고사를 준비와 같은 주요 목표와 각 챕터 읽기와 같은 세부 목표들로 이루어진다고 할 수 있다. 예를 들면, 세 살 먹은 아동들은 주요 목표는 알지 몰라도 실제로 수행하는데 어려움을 보인다. 이는 메타 지식과 그러한 지식의 활용인 메타인지적 통제간의 구분을 나타낸다고 볼 수 있다.

5. 기억 조절(Memory regulation) #

메타인지와 관련해서 초기 연구들은 메타기억에 초점을 두었다. 메타기억이란 기억 처리과정의 평가와 기억을 촉진하기 위한 기억 전략의 인식을 말한다. 기억을 인출하고 감시하는 것에 메타인지와 집행 기능은 중요한 역할을 한다. 어떠한 것에 대해서 질문을 던질 때 사람들은 몇몇의 대답들을 인출하고, 그 대답이 맞는지 틀린지에 대해서 감시(monitoring)한다. 즉 사람들은 그들이 기억하려는 것과 인출된 정보가 관련이 있는지 없는지 평가해야 한다. 관련 있는 기억과 관련 없는 기억을 구별하는 것은 집행적 기능을 요구하는 문제 해결, 계획에서 아주 중요하다(Fernandez-Duque et al., 2000). 기억 감시(memory monitoring)는 기억 과제에서 중요한데 이는 대답을 할 것인지 하지 않을 것인지를 결정하는데 필요하기 때문이다. 예를 들어서 학생은 정확하게 기억을 해서 답안지에 맞는 대답을 썼지만, 그 학생 스스로가 그 기억이 틀리다고(기억 감시) 생각해서 쓴 대답을 지울 수 있다. 또한, 인출된 기억 감시에 대한 실패는 작화증(confabulation), 거짓 재인(false recognition), 출처 기억 상실(source amnesia)로 이어질 수 있다. 또한, 노인들의 feeling-of-knowing(FOK)의 감소된 수행은 노화와 관련한 집행적 통제 능력의 감소와 연관이 있다는 연구가 있다(Isingrini, Perrotin & Souchay, 2008).

메타 인지와 뇌 #

최근 연구들은 내측 전전두 피질(medial prefrontal cortex; mPFC) 그리고 문외측 전전두 피질(rostrolateral prefrontal cortex; RLPFC)와 같은 전전두 피질(PFC)의 활성이 메타인지적 능력과 관련되어 있다고 주장한다(Schmitz, Kawahara-Baccus, & Johnson, 2004; McCaig, Dixon, Keramatian, Liu, & Christoff, 2011). 이 중 내측 전전두 피질의 활성은 특성, 선호, 능력에 대한 자기 평가(self-evaluation), 현재 정서적 상태에 대한 자기 보고, 마음 이론 처리과정(theory of mind processes)과 관련되어 있다고 주장한다(Schmitz et al., 2004). 자기 자신에 대한 평가뿐만 아니라 타인에 대한 평가를 포함하는 메타인지적 평가(metacognitive evaluation; ME)동안에 내측 전전두 영역의 활성을 관찰할 수 있다. 그런데 이 때 자기 자신에 대한 평가일 때 내측 전전두 영역과 배외측 전전두 영역(dorsolateral prefrontal cortex;DLPFC)의 활성화가 관찰되었다. 또한 메타인지를 의식할 때에는 DLPF와 medial PFC의 활성화가 관련되어 있는데 메타인지적 조절에는 RLPFC의 활성이 관련되어 있다는 연구도 있다(McCaig et al., 2011).

전두엽의 손상이 메타인지적 능력의 수행에 저하를 가지고 온다는 연구들이 있다(Metcalfe, & Shimamura, 1994; Shimamura, 2000; Schmitz et al., 2004). 전두엽 손상 환자들에게서 인지적 감시의 손상이 관찰되는 것이다. 또한, 이러한 집행적 처리의 손상은 메타 인지와 연관된 계획능력의 손상과 기억 인출 실패을 포함한다

우선, 코르샤코프 증후군(Korsakoff syndrome)를 가진 환자들을 예로 들 수 있다. 코르샤코프 환자들은 과도한 알코올섭취로 인한 전두엽의 손상으로 기억상실증을 가지고 있다. 코르샤코프 환자들과 다른 기억상실증 환자들의 차이점은 feeling-of-knowing 현상에서 나타난다. 이 현상은 회상할 수는 없지만 아는 것 같다는 느낌을 말한다. 코르샤코프 환자들과 다른 기억상실증 환자들에게 feeling-of-knowing의 정확도를 측정하였을 때 코르샤코프 환자는 다른 기억상실증 환자보다 feeling-of-knowing 수행에서 뚜렷한 저하를 나타내었다(Metcalfe & Shimamura, 1994). 그러나 코르샤코프 증후군 환자는 다른 기억상실증 환자들과 마찬가지로 정답을 재인하는 능력은 같았다. 즉 이는 사실적 지식에 대해서는 손상이 없지만 이러한 지식을 평가하는 데에서 결함이 있다는 것, 메타인지적 평가 능력에 결함이 있다는 것을 보여준다. 또한, 알츠하이머 병(Alzheimer’s Disease; AD)을 앓고 있는 환자들은 그들이 회상할 수 있는 항목의 수를 과대 추정하였고 이는 스스로의 기억을 감시하는 메타인지적 기능에 문제를 보였다(Fernandez-Duque et al., 2000).

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