뇌친화적 배움을 만들어내는 최적의 환경인 자유 놀이와 뇌과학적 증거들
by gyobasaNPO | 2024-04-17 11:04
| “본고에서는 최신의 신경과학 연구결과 고찰을 통해 자유 놀이가 영유아기의 뇌 발달에 미치는 이점들을 구체적으로 알아보고, 역으로 자유 놀이가 뇌친화적인 배움을 만들어내는 최적의 환경임을 주장하고자 한다.” (본문 발췌) |
최근의 신경과학 연구와 관계적 존재론을 바탕으로 하는 포스트-철학의 관점에 의해 영유아기 아이들의 놀이를 통한 배움의 이점은 발달적 고려를 넘어서 강력하게 뒷받침되고 있다. 이찬승(2024)은 학습과학을 ‘발달심리학, 인지심리학, 인지신경과학, 교육학 등의 간학문적 접근을 통해 학습이 어떻게 일어나는지를 이해하고 나아가 학습의 최적화를 어떻게 이룰 수 있는가에 대한 연구결과를 교수·학습에 적용하려는 융합과학’으로 소개하였다. 수업과 교과 중심으로 설계되는 초중고의 학습자가 지식을 습득하고 창조하고 역량을 키워나가는 방식과 영유아기 아이들이 세계와 만나는 방식은 서로 달라 이들을 위한 학습과학은 놀이에 대한 뇌과학적 증거들과 함께 새롭게 연구되어야 하는 분야이다. 교육신경과학, 뇌기반 교육 등 뇌과학의 연구결과를 바탕으로 학습과학이 뇌에서 학습이 어떻게 일어나는지를 이해하고 이에 대한 깊은 이해를 바탕으로 수업을 효과적으로 설계하는 학문임을 감안할 때, 인간발달 시기에서 가장 유연하고 극적인 뇌 발달을 보이는 영유아기 어린이들에 대한 학습과학에 대한 활발한 연구가 요구된다. 다시 말해, 어린이의 놀이하는 뇌를 알고, 놀이를 통한 배움을 적극적으로 지원할 수 있는 환경을 마련하려는 노력이 학습과학의 역할이다.
본고에서는 최신의 신경과학 연구결과 고찰을 통해 자유 놀이가 영유아기의 뇌 발달에 미치는 이점들을 구체적으로 알아보고, 역으로 자유 놀이가 뇌친화적인 배움을 만들어내는 최적의 환경임을 주장하고자 한다. 어린 시기의 자유 놀이의 중요성을 뒷받침하는 신경과학적 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공하고, 이를 토대로 영유아기 아이들에게 구조화되지 않은 자유 놀이의 시간을 충분히 제공하는 것의 중요성을 한번 더 강조한다.
얼마 전에 방영된 EBS 특집 다큐 <이미 완벽한 아이>1에서는 영유아기 아이들과 성인의 뇌의 차이를 다음과 같이 설명하였다. 어린이는 신경 세포가 많아질 수 있는 무궁무진한 잠재력을 갖고 있고 그와 동시에 신경 세포 사이의 연결을 강화하는 시냅스 강화가 빠르게 일어난다. 또한 성인과 아이의 뇌활성화 정도의 차이 분석 결과, 성인의 뇌는 전두엽이 활성화되는 반면, 어린이의 뇌는 전두엽과 후두엽이 모두 활성화되며 뇌의 전 영역이 고루 발달하는 시기이다. 즉, 성인은 전두엽의 기능이 패턴화되어 있어 더 성숙되어 있는 반면, 어린이들의 경우 좌뇌와 우뇌의 교류가 활발하게 이루어지는 시기로 어린이들은 시각 정보를 통해 들어오는 자극에 민감하게 반응하며 이를 감각하며 온몸으로 빨리 습득한다. 또한 이 시기는 시냅스의 가소성이 높은 시기로 아이들은 놀잇감과 공간을 자유롭게 사용하고 구성할 수 있도록 만들어진 자유 놀이 환경에서 끊임없이 새로운 것들을 창조해낸다. 특히 0-3세의 영아들의 뇌는 초기화된 상태로 어느 한쪽의 기능도 저하되지 않은 좌뇌와 우뇌가 거의 비슷하게 기능하고 있어, 가장 자기주도적이며 다채로운 방식으로 세계 내의 지식들을 배워나간다고 볼 수 있다.
심리학을 기반으로 하는 뇌과학 연구는 여전히 자유 놀이가 뇌발달을 어떻게 돕는가 하는 발달적 관점에 치우쳐 연구결과를 해석하고 있다. 대부분의 연구가 놀이실험환경에서의 뇌파측정을 알아보는 연구로, 이미 어린이가 대상화되어 연구되다 보니 ‘이미 완벽한 어린 학습자’ 존재에 대한 철학적 관점은 매우 부족하다. 그럼에도 불구하고 놀이하는 뇌를 설명할 수 있는 증거들을 뒷받침하고 있어 고찰이 필요하다. 그 중 몇 가지를 정리해 보면 다음과 같다.
뇌의 신경 연결성과 인지적 유연성을 강화시키는 자유 놀이!
첫째, 놀이는 신경 연결성 활성화와 인지적 유연성을 강화시키는 시냅스의 가소성과 관련이 있다. 자유 놀이의 경험은 뇌의 신경 연결성과 시냅스 가소성의 증가를 돕는다. 특히 영유아기의 놀이 경험은 여러 신경과학적 연구에서 보여주듯 신경의 가소성을 자극하여 시냅스 연결의 성장을 촉진하고 뇌 발달을 촉진한다. fMRI 영상기술을 사용한 연구에서는 자유 놀이가 인지, 정서 조절, 사회적 상호작용을 담당하는 영역을 포함하여 다른 여러 뇌의 영역을 활성화시킴을 보여주었다(Pellegrini & Smith, 2005). 특히, 전전두엽 피질과 같은 영역은 자유 놀이 중에 활동이 강화되는데 인지적 유연성, 작업기억(working memory), 주의력과 같은 집행 기능(executive functions)에 관여하는 영역들이다.
최근의 신경과학 연구는 어린이의 자유 놀이와 신경 연결성, 뇌의 유연성 사이의 연관성에 대한 강력한 증거를 제공한다. Vandell et al.(2021)은 DTI(diffusion tensor imaging)를 사용하여 영유아기 어린이의 뇌 백질 연결성에 대한 자유 놀이의 영향을 연구하였다. 그 결과, 더 빈번하고 다양한 자유 놀이 경험을 한 어린이들이 자유 놀이의 기회가 제한된 어린이에 비해 여러 주요 뇌 영역에서의 백질 연결성이 더 높은 수준인 것으로 나타났다. 자유 놀이를 하는 동안 인지적 유연성과 관련된 영역의 뇌활동을 fMRI로 측정한 Scholz et al.(2019)의 연구에서는 구조화되지 않은 환경에서 자유 놀이에 참여한 어린이들의 인지 조절과 고차원 인지 과정과 관련된 뇌 네트워크의 신경 연결성과 유연성이 증가하는 것으로 나타났다.
자유 놀이할 때 유지되는 즐거움이라는 긍정적 감정의 힘!
둘째, 자유 놀이의 특징인 ‘즐거움’과 ‘재미’는 도파민 시스템 활성화와 관련된다. 자유 놀이는 동기, 몰입, 주의력, 보상과 관련된 신경 전달 물질인 도파민의 방출을 촉발시킨다. 아이들이 편안한 상태에서 온전히 자유 놀이를 하는 동안 뇌에서 방출되는 도파민은 자발적으로 배우고자 하는 동기와 과제에 대한 몰입력 등, 이후 학령기의 학습에 기초가 되는 학습 성향(learning disposition)을 기르는데 최적의 환경이 된다. Bergland(2016)의 연구에 의하면 어린이가 놀이를 하는 동안 뇌에서 방출되는 도파민은 장난스러운 행동들과 말장난, 또래들과 유머스러운 대화 나누기 등을 강화하고, 어린이가 환경과 새로운 물질을 탐색하고, 창의적으로 문제 해결에 참여하면서 새로운 놀이 경험들로 확장하는데 중요한 역할을 한다고 보았다.
이처럼 우리의 뇌는 즐거움, 유쾌함, 흥분과 같은 정서적 반응을 경험하면서 정서적 기억을 담당하는 편도체는 이를 깊이 기억한다. 어린이들은 놀면서 느꼈던 즐거운 경험을 기억하고 말장난, 노래 가사 말 재밌게 바꾸기, 여럿이 모여서 키득거리며 웃긴 이야기 나누기를 반복하며 놀이한다. 이와 같은 놀이를 통해 감정의 고조를 경험하는데 인간의 뇌는 감정가(emotional valence)가 높은 정보에 가장 먼저 주의를 기울이기 때문에(Goodwin et al, 2020) 아이들은 이를 반복하는 것이다. 결론적으로 아이들이 자유 놀이를 할 때 경험하는 긍정적인 감정은 즐거움 관련 신경 물질인 도파민의 방출을 촉발하고 이는 어린이 놀이의 특징인 자발적 동기, 몰입, 주의력 등을 강화시킨다.
자유 놀이가 제공하는 복잡한 인지 과제는 몰입, 주의력, 문제해결능력, 주도성을 향상시킴!
셋째, 자유 놀이는 주의력 조절, 문제 해결, 작업기억, 인지적 유연성과 같은 집행 기능의 향상과 관련이 깊다. 집행 기능이란 목표를 달성하기 위해 자신의 생각, 감정과 행동을 계획하고 조직하고 규제하는 일련의 인지적 과정을 의미한다. 즉, 수많은 인지 과제가 요구되는 상황에서 최적의 수행을 이끌어 내기 위해 사용되는 복잡한 과정이다. 자유 놀이는 어린이들에게 집행 기능을 향상시키는데 필수적인 탐구, 상상력, 창의성이 발현될 수 있는 기회를 제공한다. 자유롭게 놀잇감을 선택할 수 있고 충분한 시간이 주어지는 개방적인 놀이 환경을 지원받으며, 아이들이 자기주도적 놀이에 참여하면 전두엽 피질의 집행 제어 네트워크(executive control network)가 발달하게 되어 더 나은 여러 인지적 결과를 얻을 수 있다(Diamond, Barnett, Thomas, & Munro, 2007). 뿐만 아니라 상상 놀이는 인지적 유연성, 작업기억과 같은 집행 기능의 발달을 촉진시키는 것으로 나타났다(Berk, 2009).
관련 사례로 Berman et al.(2008)은 숲에서의 탐험 놀이와 자연 속에서의 놀이를 통해 어린이들이 자연 환경에서 숲을 탐험하고, 나무에 오르고, 자연물을 이용하여 집을 만들고, 숲을 탐험하면서 만나게 되는 위험 요소들과 장애물 등의 문제를 해결해 나가는 자유 놀이의 경험이 집행 기능의 구성요소인 주의력 조절과 인지적 유연성 등의 인지 기능을 향상시킴을 밝혔다. 그 외에도 아이들이 자유 놀이 시간에 블록이나 목공 등 여러 재료를 활용하여 구조물, 자동차, 혹은 정교한 창조물을 만드는 과정에서 집행 기능의 구성 요소인 공간적 감각과 기술, 작업기억과 계획하고 집행하는 능력 등이 향상된다. 블록으로 구성물을 만드는 과정에서 아이들은 마음 속으로 설계하고, 제작하고, 계획하고, 구성하며 문제를 지속적으로 만들고 수정하고 해결해 나간다(Calson & Moses, 2001).
유아교육기관에서 가장 흔히 볼 수 있는 가상 놀이는 창의성, 인지적 유연성, 관점 수용능력 등을 포함한 집행 기능의 향상과 관련이 깊다(Lillard et al. 2013). 아이들은 매체나 직접적인 경험들을 토대로 슈퍼히어로(싸움놀이처럼 보이는) 놀이, 병원 놀이, 카페 놀이 등을 하는 과정에서 상상 속의 가상 시나리오에 참여하고 이를 구체화시킨다. 그 과정에서 아이들은 내러티브를 개발하고, 역할을 나누고, 서로 협력하여 이야기를 구성해 나간다.
최근 신경과학적 연구는 어린이의 자유 놀이, 문제해결능력, 피드백 루프 및 학습자 주도성 사이의 관계를 조명했다. Henschel, Rothe, Gobet와 Bilalic(2021)은 행동 측정과 fMRI를 조합하여 자유 놀이 중 문제 해결의 기본이 되는 신경 메커니즘을 연구하였다. 연구 결과, 자유 놀이를 한 어린이들은 문제해결능력이 향상되었고 인지적 유연성과 관련된 뇌 영역의 활성화가 증가한 것으로 나타났다. 또한, 이 연구에서는 문제 해결 행동과 신경 활동 사이의 피드백 루프에 대한 증거도 발견했다. 이는 놀이 중 문제에 대한 어린이의 반응이 지속적인 신경 처리에 의해 영향을 받고 그 반대의 경우도 마찬가지임을 나타낸다. 중요한 것은 이 연구에서 아이들이 자유 놀이 중에 자신의 행동과 결정에 대한 자율성과 통제력을 보여줌으로써 문제 해결 과정에서 학습자의 행위성이 강조되었다는 것이다. 학습자의 주도성은 놀이 상황에서의 문제 해결에 대한 자발적 참여, 동기 부여 및 지속성 증가와 관련이 있다.
사회적 뇌를 활성화하는 자유 놀이!
넷째, 어린 시기의 자유 놀이는 사회적 뇌의 활성화(Social brain activation)에 적극적으로 기여하며 사회 인지와 대인관계와 관련된 뇌 영역을 활성화시킨다((Lillard et al., 2013). Engelmann et al.(2020)의 사회적 놀이 연구에서 또래 놀이 동안 전전두엽 피질과 관자두정엽 접합부에서의 활성화가 증가되었으며 사회적 인지와 관련된 뇌 영역의 참여가 높아짐을 발견하였다. 아이들이 더 자주 협력적인 사회적 놀이에 참여하게 되면 사회적 뇌 네트워크에서 더 큰 활성화를 보였는데 이는 영유아기의 사회적 두뇌 발달을 지원하는 데 있어 자유 놀이의 중요성을 강조한다. 관찰 연구에서 아이들은 놀이 시간 동안 함께 대형 블록 타워를 짓고, 가상 놀이를 통해 레스토랑에 필요한 소품들을 만들고 사용하며 상상력이 풍부한 역할극 시나리오에 참여하였다. 이 과정에서 아이들은 서로 상호 작용하고, 아이디어를 공유하고, 역할을 협상하고, 생각과 감정을 전달하면서 사회적 두뇌 네트워크가 활성화되었다.
이와 같이 연구에 따르면 사회적 놀이 중에 전전두엽 피질, 측두두정엽 접합부, 거울 뉴런 시스템 등 사회적 인지와 관련된 뇌 영역에서 신경 활동이 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 뇌 영역은 관점 수용, 공감, 마음 이론, 감정 조절과 같은 과정에 관여하며, 이 모든 과정은 사회적 관계를 탐색하고 다른 사람의 생각과 감정을 이해하는 데 필수적이다. 다시 말해, 자유 놀이는 아이들에게 사회적 뇌 네트워크를 활성화하여 사회적 인지, 공감 및 대인 관계 기술 개발에 기여할 수 있는 기회를 자연스럽게 제공한다. 아이들은 지지적이고 즐거운 환경에서 또래들과 함께 개방적이고 구조화되지 않은 놀이에 참여함으로써 자신의 사회적 능력을 연습하고 다듬을 수 있는 기회를 갖게 되며 긍정적인 사회적 관계와 정서적 건강의 토대를 마련한다.
정서적 안정 상태에서 나타나, 탐구와 탐색을 이끄는 자유 놀이의 힘!
끝으로, 어린이들이 구조화되지 않은 자유 놀이에 참여하는 경험은 코티솔 수치를 낮추며, 긍정적인 감정과 관련된 신경 회로가 활성화되어서 정서적 건강과 회복력이 향상되는 것으로 나타났다(Gray, 2013). 어린 시기의 자유 놀이는 스트레스 조절과 감소를 가능하게 하는 자연스러운 메커니즘으로 작동하여 탐구기반 배움과 새로운 것을 탐색하기 위한 최적의 조건을 조성한다. 놀이는 코티솔과 같은 스트레스 호르몬 수치를 낮추고 휴식과 긍정적인 감정과 관련된 신경 회로를 활성화시킨다. 즉, 어린이의 자유 놀이는 정서적으로 스트레스를 받지 않는 안정된 상태에서 나타나 탐구와 창조를 이끈다. 편도체는 인간의 뇌에서 정서적 여과기의 역할을 하는데 정서적으로 안정된 상태일 때, 즉 느긋하고 여유가 있을 때 정보 입력을 촉진하는 정의적 여과장치가 활짝 열려서 전전두엽 피질로 잘 흐를 수 있다. 즉, 성인이 설계해 놓은 분절된 시간보다 어린이들의 관점에서 놀이 시간이 충분했을 때, 전전두엽 피질이 담당하는 집행 기능인 과제 설정, 문제 해결, 의사결정 및 판단과 또래와의 상호작용을 통한 사회적 행동 조율 등의 기능 등이 보다 활발히 일어난다.
어린 학습자인 영유아기 아이들은 스스로 온전하게 배울 준비가 되어서 태어난다. 신경과학적 연구결과를 토대로 영유아기 어린이들의 자유 놀이의 중요성을 확인하며, 즐거운 배움을 만들어내는 최적의 환경이 놀이임을 다시 한번 강조한다. 충분한 놀이 시간과 자유롭게 공간을 활용할 수 있도록 허용하는 것, 자유로운 물질과 매체 등의 사용 등을 포함하는 자기 주도적 놀이 경험이 이루어질 수 있도록 환경을 구성하고 놀이의 흐름을 따라가며 적기에 필요한 지원과 개입을 하는 것만으로도 충분하다.
※ 본 칼럼은 필자의 고유 의견이며 ‘교육을바꾸는사람들’의 공식 견해가 아닙니다.
참고문헌
• 이찬승의 학습과학 특강① – 학습과학, 왜 중요한가?
• [EBS 특집 다큐 – 이미 완벽한 아이] 1부 스스로 배우는 아이
https://www.youtube.com/watch?v=wULRsTaoum4
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각주
Source URL: https://21erick.org/column/12503/