IQ 낮아서 수학 못 한다? 뇌 속 ‘이것’ 때문일 수도

아래는 GABA(감마아미노뷰티르산)와 글루탐산(glutamate)이라는 두 신경전달물질이 수학 능력과 관련 있는 이유를 뇌과학 및 인지신경과학 관점에서 과학적으로 분석한 글입니다.

IQ 낮아서 수학 못 한다?

뇌 속 ‘이것’ 때문일 수도

GABA와 글루탐산이 결정하는 수학 능력의 과학적 원리

수학을 잘하는 사람과 그렇지 못한 사람의 차이는 무엇일까? 많은 사람들이 이를 IQ나 집중력, 노력 등 외적 요인으로 설명하곤 한다. 그러나 최근 인지신경과학 연구는 보다 근본적인 생물학적 원인을 제시한다. 그것은 바로 뇌 속의 신경전달물질, 특히 *GABA(감마아미노뷰티르산)*와 *글루탐산(glutamate)*의 균형이다.

이 글에서는 GABA와 글루탐산이 인간의 수학적 인지 능력에 어떤 식으로 영향을 미치는지, 이 두 물질의 균형이 어떻게 학습 속도, 문제 해결력, 수리적 직관과 연결되는지를 과학적으로 고찰한다.

1. GABA와 글루탐산: 브레이크와 가속페달

GABA와 글루탐산은 인간 뇌에서 가장 주요한 억제성(inhibitory) 및 흥분성(excitatory) 신경전달물질이다.

글루탐산은 뉴런의 흥분성을 높여 신호 전달을 활성화한다. 주로 기억, 학습, 정보 처리 속도에 중요한 역할을 한다.

GABA는 뉴런의 활동을 억제해 과도한 흥분을 막고 뇌의 균형을 조절한다. 집중력과 오류 억제, 판단력 등에 필수적이다.

별세포(Astrocyte)에서 가바 합성은 주로 푸트레신(Putrescine) 분해 효소인 마오비(MAO-B)나 다오(DAO)를 통하여 매개되며, 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트(Glutamate)로부터 만들어지기도 한다. 이렇게 합성된 가바는 베스트1(Best1)이라는 채널을 통해서 분비되고 이후 가바 톤으로써 주변 신경세포 시냅스 외부에 위치한 가바 수용체에 붙어, 가바 톤의 억제 효과를 나타내게 된다. 한때 뇌에서 단순히 주변 세포들을 지원하는 역할을 하는 것으로 여겨졌던 별세포는 이제 가바 톤을 조절하는데 가장 적합한 세포로 여겨지고 있다. 별세포는 삼자 시냅스(Tripartite synapse)의 일부로서 신경세포에서 지속성 가바 전류의 유도를 주로 조절하는 시냅스 외 부위에 가깝게 위치하기 때문에 다른 세포 유형에 비해 위치적 이점이 있다. 또한 별세포는 가바를 합성, 방출 및 제거하는 전체 메커니즘을 하나 이상 가지고 있기 때문에 다른 뇌 세포와 구별되며, 수많은 연구들에서 신경세포가 아닌 별세포가 여러 뇌 부위에서 가바 톤을 조절하는 것으로 입증됐다.

이 둘은 마치 가속페달과 브레이크처럼 작용하며, 균형이 깨질 경우 인지 기능에 이상이 생길 수 있다. 수학 능력 또한 예외가 아니다.

2. GABA-글루탐산 균형과 수학 능력의 상관성

런던 대학(UCL) 연구: 수학 능력과 GABA의 농도

2021년, 런던대학(UCL) 연구진은 14~18세 청소년들을 대상으로 뇌의 특정 부위에서 GABA와 글루탐산의 농도를 측정하고, 다양한 수학 테스트를 수행하게 하는 연구를 진행했다. 이들은 특히 **후두두정 피질(posterior parietal cortex)**과 전두엽의 화학물질 농도에 주목했다.

결과는 다음과 같았다.

GABA 농도가 높을수록 계산 능력과 문제 해결 속도가 우수했다.

글루탐산 농도가 과도하게 높거나 낮은 경우, 산수 오류율이 증가했다.

특히, 두 물질 간의 **비율(GABA:글루탐산 비율)**이 안정적인 경우, 복잡한 수식 문제 해결 능력이 가장 뛰어났다.

이 연구는 IQ 점수와는 별개로 특정한 뇌 화학적 조성이 수학 수행력을 예측할 수 있다는 근거를 제시했다.

3. 수학과 관련된 뇌 부위: GABA가 활약하는 현장

수학을 수행할 때 주로 사용되는 뇌 영역은 다음과 같다.

좌측 각회(Angular gyrus): 산술 연산 및 수 개념

전전두엽 피질(Prefrontal cortex): 문제 해결 전략, 단기 기억

후두두정 연결(PPC): 수 공간적 사고

이들 영역에서 GABA가 안정적으로 작동하면, 불필요한 잡음을 제거하고 정확한 계산 및 집중 유지를 돕는다. 예를 들어, 복잡한 방정식을 풀 때 수많은 중간 단계와 경우의 수를 머릿속에 유지하고 가공해야 하는데, 이때 GABA는 과잉 신호를 억제해 논리 흐름을 유지하도록 돕는다.

4. 글루탐산: 학습 속도와 연관된 흥분성 전달물질

글루탐산은 새로운 수학 개념을 이해할 때 필수적인 학습 효율성을 결정짓는다. 이 신경전달물질은 **시냅스 가소성(synaptic plasticity)**을 촉진하여 장기기억 강화(Long-Term Potentiation, LTP)에 관여한다.

특히, **해마(hippocampus)**와의 연결을 통해 수학 공식을 장기 기억화한다.

수학 문제를 반복 학습할 때, 글루탐산은 시냅스 간 연결을 강화해 ‘머리에 새겨지는’ 효과를 준다.

그러나 글루탐산이 과도하면 역효과도 발생한다. 과잉 흥분으로 인해 주의력 산만, 신경피로, 불안이 발생하고 이는 수학 수행에 방해가 된다. 따라서 적절한 수준의 흥분성 전달이 핵심이다.

5. ADHD, 불안장애, 수학 불안과 GABA 불균형

수학을 두려워하는 아이들 중 상당수는 단순한 'IQ 부족' 문제가 아니다. 신경전달물질 불균형, 특히 GABA의 부족에서 비롯된 경우가 많다.

수학 불안(Math Anxiety): 특정 과목에 대한 공포 반응. 뇌 영상 연구에 따르면, 수학 문제를 보기만 해도 편도체(amygdala) 활성도가 급증하고 전전두엽 활동은 억제된다.

이때 GABA가 충분하다면 불안 반응을 억제하고 집중력을 유지할 수 있지만, 부족하면 감정 조절이 무너진다.

즉, 수학 불안 → 집중력 저하 → 수행력 저하 → 불안 심화라는 악순환이 발생한다.

6. 훈련으로 GABA-글루탐산 균형을 회복할 수 있을까?

희망적인 소식은 이들 신경전달물질의 수준은 훈련, 수면, 식습관 등으로 어느 정도 조절 가능하다는 점이다.

(1) 명상과 이완훈련

뇌파 안정화 및 GABA 분비 증가에 도움

특히 매일 15분 이상의 마음챙김 명상은 수학 불안을 완화시키는 효과가 입증됨

(2) 운동

유산소 운동은 GABA 생성을 촉진하며, 주의력 향상에 기여

뇌신경계의 유연성 증가 → 수학 개념 적응력 향상

(3) 영양소 보충

마그네슘, 비타민 B6, 타우린 등은 GABA 합성을 도와준다

글루탐산 과잉을 억제하고 신경계 균형 유지

(4) 특정 게임과 퍼즐 훈련

‘정신 산수’나 '공간 회전 퍼즐'은 GABA가 주로 작용하는 전두엽 영역을 자극함

반복 학습을 통해 신경회로의 억제-흥분 밸런스를 자연스럽게 조정

7. 결론: "수학 머리"는 화학이다

단순히 “IQ가 낮아서 수학을 못 한다”는 말은 더 이상 설득력이 없다. 현대 뇌과학은 수학 능력의 핵심이 특정 뇌 영역의 **신경전달물질 균형(GABA와 글루탐산)**에 달려 있음을 보여준다. 과잉된 흥분성 신호는 실수를 유도하고, 부족한 억제 신호는 집중력과 정확도를 떨어뜨린다.

이러한 생물학적 메커니즘을 이해한다면, 수학을 잘하게 되기 위해 단순한 암기나 반복을 넘어, 뇌 환경을 조성하는 것 자체가 중요한 전략이 될 수 있다.