[사이언스온] '강속구·변화구 칠까 말까’ 0.15-0.25초 타자의 뇌 반응

[35] 타격의 비밀

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 » 보스턴 레드삭스의 무키 베츠가 타격하는 장면. 출처/Allison, Keith, “Mookie Betts”, Flickr

2017 프로야구 시즌이 이번 주 토요일인 3월 31에 시작한다. 비록 세계대회인 ‘월드베이스 볼 클래식(WBC)’에서 죽을 쑤긴 했지만 올해에도 변함없이 많은 사람이 야구장을 찾아 경기를 즐기리라 예상된다. 누가 뭐라 해도 현재 야구는 우리나라에서 가장 인기 있는 스포츠이기 때문이다. 심지어 오랫동안 축구팬이었던 나도 요즘 야구 경기를 기웃기웃 할 때가 많아졌다.

야구의 매력은 무엇일까? 유려한 포물선을 그리며 공중을 가로지르는 홈런, 타자를 꼼짝 못하게 만드는 낙차 큰 변화구, 전설적인 포수 요기 베라가 말했듯이 “끝날 때까지 끝난 게 아니다”를 보여주는 막판 뒤집기, 세이버매트릭스(Sabermetrics, 야구를 통계학적/수학적으로 분석하는 방법론)로 대변되는 아기자기한 통계 자료 분석의 묘미, 응원단을 따라 소리지르고 춤추는 응원 문화를 비롯해 많은 이유가 있겠지만 개인적으로는 투수가 몸과 머리로 공들여 던진 공을 타자가 호쾌하게 쳐내는 타격에 마음이 끌린다.

모든 스포츠에서 가장 어려운 기술

미국 메이저리그의 마지막 4할 타자 테드 윌리엄스는 타격을 모든 스포츠에서 가장 어려운 기술이라고 말했다. 10번 중 3번만 성공해도 매우 뛰어난 타자로 불리는 곳이 야구장이지 않던가. 우리나라에서도 프로야구 원년인 1982년에 감독 겸 선수로 뛰던 백인천 이후로 4할 타자가 나오지 않고 있고, 80년의 역사를 가진 일본에서는 아예 4할 타자가 없었다.

타격이 어려운 이유는 기본적으로 투수가 던진 공이 빠르기 때문이다. <야구의 물리학>을 쓴 로버트 어데어에 따르면 투수가 시속 90마일(약 145킬로미터)로 던진 직구(정확히는 속구(速球), 즉 빠른 공)가 홈플레이트의 앞부분을 지나가는 데에 불과 0.4초 걸린다.[1][2] 우리가 갑자기 강한 빛을 보고 의식적으로 눈을 깜빡이는 데 0.15초가 걸리므로 얼추 눈을 세 번 깜빡이는 사이에 야구공이 휙 하고 지나가는 셈이다.

하지만 속구를 잘 치는 것만으로는 타격 문제가 해결되지 않는다. 메이저리그의 최다승 좌완 투수인 워렌 스판이 공을 치는 것은 타이밍이고 공을 던지는 것은 타이밍을 무너뜨리는 것이라고 말하지 않았던가. 타자는 빠른 공을 기다리다가 느리게 날아오는 체인지업에 속거나 직선에 가까운 공을 기대하다가 궤적이 바뀌는 커브와 슬라이더에 헛스윙을 하게 된다. 공의 속도뿐 아니라 궤적, 위치까지 잘 살피면서 투수의 달콤한 유혹(유인구)을 이겨낼 때 좋은 타격이 가능해진다.

야구 선수가 공을 칠지 말지 결정하는 과정을 자세히 살펴보면 인간계를 벗어난 기술로 보인다. 투수가 85-95마일(약 137-153킬로미터)의 속도로 공을 던질 때 타자는 0.1초를 공의 정보를 파악하는 데에, 0.15초를 배트를 휘두르는 데에 사용한다.

남는 시간은 0.15-0.25초.

이 짧은 시간에 타자는 배트를 돌릴지 말지, 그리고 만약 돌린다면 배트를 어떤 곳에 놓을지를 결정한다. 나 같은 ‘야알못(야구 알지도 못하는 사람)’이 봐도 입이 떡 벌어지는 능력은 어디에서 비롯하는 것일까? 답은 야구 선수의 근력도 민첩성도 아닌 뇌에 있다.

100만 달러의 뇌

<디세르보(deCervo)>라는 신생 회사가 있다. 프랑스어로 ‘뇌의(of the brain)’라는 뜻의 ‘de cerveau’에서 이름을 따온 이 회사를 만든 사람은 두 명의 신경과학자이다. 창립자 중 한 명인 조단 무라스킨(Jordan Muraskin)은 대학원 시절에 전문 음악가가 일반인과 어떻게 다른 방식으로 음악에 반응하는지를 연구했다. 연구 과정 중 전문 음악가 외에도 군대의 명사수가 일반인과 매우 다르게 총 소리에 반응하는 것을 알게 된 그는 연구 범위를 야구 선수로 확장하고 싶어졌다. 같은 연구실에서 박사후 과정을 밟고 있던 제이슨 셔윈(Jason Sherwin)이 관심을 보였고, 이들은 곧 의기투합했다. 비록 응원하는 야구 팀이 뉴욕 양키스와 시카고 컵스로 달랐지만.

투수가 던진 공에 타자의 뇌가 어떻게 반응하는지 살피기 위해서, 무라스킨과 셔윈은 뇌파검사(EEG; electroencephalogram)를 이용했다.[3] 뇌파검사는 신경세포가 정보를 주고 받을 때 발생하는 전기 신호를 측정하는 방법으로 시간에 따라 뇌에서 일어나는 일련의 변화를 살피는 데에 적합하다. 연구 참가자는 감지기(센서)가 부착된 달라붙는 모자를 쓰고 실험에 임하는 동안 감지기는 1초에 500번의 빈도로 참가자의 뇌 반응을 측정했다.

모자를 쓴 참가자는 배트를 들고 타석에 서는 대신 컴퓨터 화면 앞에 앉았다. 검은 바탕의 화면에는 속구, 커브, 슬라이더를 의미하는 F, C, S가 신호로 나타난 뒤에 초록색의 동그란 점이 실제 투수가 던진 공의 궤적으로 참가자에게 보여졌다. 신호와 일치하는 공이 나타날 때 참가자는 마치 스윙을 하듯이 컴퓨터의 자판을 누르도록 지시받았다. 반면 신호와 불일치하는 공이 나타나면 그냥 지켜보면 됐다. 연구진은 반응-비반응 검사(Go No-Go test)의 형태로 야구장의 타석을 컴퓨터 화면에 재현해냈다.

» 참가자는 신호(예. F)가 주어진뒤 일치(예. 속구가 날아옴)와 불일치(예. 커브/슬라이더가 날아옴) 여부에 따라 다르게 반응해야 하는 변형된 형태의 반응-비반응 검사를 수행했다. 출처/각주[3] 실제 어떤 느낌인지 궁금하면 연구진의 다른 논문[4]에서 제공한 보조자료(Movie 1.AVI, Movie 2.AVI, Movie 3.AVI)를 참고하기 바란다.

실험 결과, 야구 선수가 비반응 검사를 잘 수행할 때, 즉 예상과 다른 공을 치지 않고 참는 것에는 보조운동영역(supplementary motor area; SMA)이 관여했다. 이 곳은 타격처럼 미리 계획한 움직임의 순서를 조정하는 역할을 담당한다. 흔히 투수와 타자가 수싸움을 벌인다고 하는데, 잘 치는 타자일수록 자신이 의도한 공을 기다리는 데에 탁월한 능력을 갖고 있다. 투수가 던질 채비(와인드업)를 하고 공이 홈플레이트로 다가올 때 타자는 뇌의 보조운동영역이 활성화하면서 수 싸움에 우위를 점하게 된다.

반대로 야구 선수가 반응 검사를 잘 수행할 때, 즉 치기로 마음 먹은 공을 잘 쳐낼 때는 방추상회(fusiform gyrus; FG)라는 뇌 영역이 활성화했다. 방추상회는 얼굴 외에 물체도 인식하는 곳으로 자동차광이 자동차를 보거나 조류 전문가가 새를 볼 때에도 활동이 증가한다.[5] 조류 전문가가 스치듯이 지나가는 새의 색깔이나 나는 모습만 보고도 새의 종류를 맞추듯이, 야구 선수는 찰나의 순간에 공의 종류를 알아채고 원하는 공에 배트를 휘두를 수 있다. 아울러 작업 기억과 결정 수행을 담당하는 안와전두회(orbitofrontal gyrus; OFG)도 타격에 관여했다.

» 일반인과 비교할 때 야구 선수가 스윙을 참을 때에는 보조운동영역이 활성화하고(위쪽 그림), 반대로 배트를 휘두를 때에는 방추상회와 안와전두회가 활성화한다(아래쪽 그림). 출처/각주[3]>,변형

무라스킨과 셔윈은 뇌파검사 외에도 기능적 자기공명영상(fMRI), 확산텐서영상(DTI)과 같은 뇌영상 기술을 이용해 야구 선수의 뇌를 다양한 각도로 분석하고 있다.[6] 그리고 모은 자료를 바탕으로 야구 선수의 스윙을 분석할 뿐만 아니라 약점을 보완하는 훈련용 앱도 출시했다. 일부에서는 회의적인 시각도 존재하지만 셔윈은 빠른 공을 던지던 인도 청년의 메이저리그 입성기를 그린 영화의 제목 <밀리언 달러 암(Million Dollar Arm)>에 빗대어 자신과 무라스킨의 방법이 새로운 대세가 되리라 기대하고 있다. “100만 달러의 팔을 찾는 대신에 우리는 100만 달러의 뇌를 찾을 수 있습니다.”[7]

선수를 찾는 새로운 방법, 뉴로스카우팅

2016년 미국 프로야구 아메리칸리그에서 우익수 부문 골든글러브 상과 실버슬러거 상은 보스턴 레드삭스 소속의 무키 베츠(Mookie Betts)에게 돌아갔다. 쉽게 말해 아메리칸리그의 많은 우익수 중에서 베츠가 최고의 수비력과 공격력을 선보였던 것이다. 키가 175센티미터로 야구 선수치고는 작은 편인 것을 감안하면 그의 타격 성적(타율 0.318, 출루율 0.363, 장타율 0.534, 31홈런, 113타점)은 경이로워 보인다.

» 같은 팀의 빅파피 데이빗 오티즈와 볼티모어 오리올스의 아담 존스 사이에 서 있는 아담한(?) 크기의 무키 베츠. 출처/Alison, Keith, “David Ortiz, Mookie Betts, Adam Jones”, Flickr

애초에 보스턴 레드삭스는 2011년 신인 드래프트에서 무키 베츠를 12라운드에 배정하려 했다. 고교 시절에 베츠가 유격수, 2루수, 중견수를 자연스럽게 넘나들고, 힘들이지 않는 부드러운 타격으로 쭉 뻗어나가는 타구(라인드라이브)를 만들어내는 뛰어난 선수였지만, 체격이 왜소했고(당시 체중이 68킬로그램) 대학에 진학할 가능성이 있기 때문이었다. 그러나 레드삭스는 베츠의 ‘뉴로스카우팅(neuroscouting)’ 검사 결과를 확인한 뒤 마음을 바꿨다.

뉴로스카우팅은 레드삭스가 젊은 아마추어 선수의 가능성을 평가하기 위해 같은 이름의 회사인 ‘뉴로스카우팅(NeuroScouting)’과 협업해 도입한 투구 인식(pitch recognition) 검사이다.[8] 학교에 찾아온 스카우터가 베츠에게 시행한 검사는 사실 단순했다. 노트북 화면에 공이 나타날 때 솔기가 특정 방향(예컨대 직각)으로 회전하면 가능한 빨리 스페이스 바를 누르고, 다른 방향(예컨대 수평)으로 회전하면 누르지 않는 것이었다. 베츠는 점심 식사도 거르면서 열심히 검사에 임했지만 중간중간 실수를 했다. ‘제길, 이거 어려운 걸.’

걱정과 달리 베츠의 성적은 레드삭스가 2011년에 뽑기 원했던 선수들 중 거의 최고였다. 레드삭스는 그의 지명 순위를 5라운드로 올리기로 결정했다. 물론 투구 인식 검사의 점수가 좋다고 해서 실제 좋은 성적을 내리란 보장은 없었다. 하지만 베츠가 기대대로 성장한다면 뉴로스카우팅의 효과를 확인할 수 있는 좋은 기회였다. 실제 드래프트에서 샌디에이고 파드리스를 간발의 차로 따돌리고 베츠를 품게 된 레드삭스가 자신들의 예상을 확인하기 까지는 그리 오랜 시간이 걸리지 않았다.

앞서 살폈듯이 타자는 찰나의 순간(0.15-0.25초)에 투수가 던진 공의 속도, 궤적, 위치를 파악한다. 투구 인식이 빨리 이뤄지면 타자는 배트를 휘두르는 시간을 더 벌 수 있게 된다. 상대적으로 공이 느리고 밋밋한 아마추어 리그에서는 언제 공을 파악하는지가 타격에 큰 영향을 미치지 않을 수 있다. 하지만 공이 빠르고 변화무쌍한 프로리그에서는 투구 인식 능력이 타자의 성패를 좌우하는 중요한 요인이 된다.

보스턴 레드삭스 단장 시절에 뉴로스카우팅으로 재미(?)를 본 테오 엡스타인은 시카고 컵스로 팀을 옮긴 뒤에도 신경과학을 적극 활용하고 있다. 시카고 컵스가 2014년 신인 드래프트에서 예상과 달리 카일 슈와버를 1순위로 지명한 것 역시 그의 뛰어난 컴퓨터 검사 결과와 무관하지 않았다.[9] 선택의 결과는 이번에도 성공적이었다. 2년 뒤 슈와버는 월드시리즈에서 맹활약하면서 컵스가 108년 만에 우승하는 데에 크게 기여했다.

야구의 90퍼센트는 멘탈?!

2002년 여름, 미국 프로야구에서 단연 화제는 파죽의 20연승을 달린 오클랜드 어슬레틱스였다. 예산이 부족해 만년 약체였던 어슬레틱스가 폭주할 수 있었던 그 배경에는 단장 빌리 빈이 있었다. 자신이 선수로서 실패한 경험이 있었기에 그는 경험과 직관에 바탕을 두는 기존의 선수 선발 방법에 의문을 품었다. 대신 객관적인 통계 자료를 바탕으로 저평가 된 선수를 영입하는 데에 집중했다. 에슬레틱스가 승승장구하자 빈의 새로운 전략은 기존의 판을 뒤집은 혁신으로 불리기 시작했고, 2003년 소설 <머니볼>과 2011년 동명의 영화를 통해 널리 알려졌다.

최근에는 디세르보, 뉴로스카우팅과 같은 회사와 손을 잡는 야구 팀이 점점 늘고 있다. 신경과학을 바탕으로 타자가 어떻게 투수의 공을 치는지 분석하고, 근육을 늘리듯이 뇌를 훈련해 타격 기술을 향상시키는 모습이 향후 머니볼처럼 새로운 ‘게임 체인저’가 될 수 있을까? 일찍이 요기 베라가 “야구는 90퍼센트가 멘탈이고, 나머지 반은 육체다”라고 말한 바 있다. 이 분야를 관심 갖고 지켜보는 것도 야구를 즐기는 또 다른 재미가 될 듯싶다. 열혈 축구팬인 내가 이러다 야구팬으로 갈아타는 것은 아니겠지? ◑

[주]

[1] Adair, R.K., The Physics of Baseball. Third Edition, Revised, Updated, and Expanded(번역판-야구의 물리학). 2002: HarperCollins.

[2] https://www.wsj.com/articles/baseballs-science-experiment-1411135882

[3] Muraskin, J., J. Sherwin, and P. Sajda, Knowing when not to swing: EEG evidence that enhanced perception-action coupling underlies baseball batter expertise. Neuroimage, 2015. 123: p. 1-10.

[4] Sherwin, J., J. Muraskin, and P. Sajda, You Can‘t Think and Hit at the Same Time: Neural Correlates of Baseball Pitch Classification. Front Neurosci, 2012. 6: p. 177.

[5] Gauthier, I., et al., Expertise for cars and birds recruits brain areas involved in face recognition. Nat Neurosci, 2000. 3(2): p. 191-7.

[6] Muraskin, J., et al., Brain dynamics of post-task resting state are influenced by expertise: Insights from baseball players. Hum Brain Mapp, 2016. 37(12): p. 4454-4471.

[7] Katwala, A., The Athletic Brain: How Neuroscience is Revolutionising Sport and Can Help You Perform Better. 2016: Simon & Schuster UK.

[8] https://www.bostonglobe.com/sports/2015/02/18/neuroscouting-may-give-red-sox-heads-prospects-potential/EFBHR3zNdThk1NboRpNMHL/story.html

[9] http://www.bleachernation.com/2017/01/26/is-neuroscience-baseballs-next-market-inefficiency-if-so-the-cubs-are-in-a-good-spot/

2017.3.27 한겨레 과학웹진 사이언스온

http://scienceon.hani.co.kr/502407