우리 뇌의 기억 저장 원리는 무엇일까요?

뇌의 기억 저장 원리

오늘은 우리 뇌의 기억 저장 원리는 어떻게 되는지 살펴보도록 하겠습니다. 우리의 뇌는 계속해서 세상을 경험하지만 기억은 사건이라는 조각으로 형성되는데, 과학자들은 새로운 사건을 식별하고 향후 회상을 돕는 특정 뇌 세포를 발견했습니다. 이러한 발견은 기억 장애와 질병에 대한 연구의 새로운 길을 열 수 있습니다. 우리는 갑작스럽게 새로운 환경에 놓이게 됩니다. 해마(hippocampus)의 뉴런은 더 빨리 발화하기 시작합니다. 뇌에 심부 전극이 이식되어 있기 때문에 압니다. 익숙한 곳으로 돌아가면 뉴런 활동이 느려집니다.

심부 전극은 표면을 따라가 아니라 뇌 깊숙한 곳에서 활동을 측정할 수 있는 바늘 같은 와이어입니다. 심부 전극을 사용한 기억 실험은 일반적으로 동물, 종종 설치류에서 수행됩니다. 이 심부 전극은 새로운 것을 만듭니다. 네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience) 저널에 게재된 매우 이례적인 일입니다. 여기에는 인간을 기록하는 심부 전극이 포함됩니다.

이 연구에서는 참가자의 뇌에 있는 개별 뉴런에서 필름 클립을 보고 새로운 기억을 형성할 때 녹음을 수행했습니다. 그 결과는 과학자들이 기억이 어떻게 형성되는지 뿐만 아니라 나중에 어떻게 회상되는지를 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다. 한 신경과학 전문가는 이러한 유형의 연구가 인간 참가자를 대상으로 하는 경우는 드물다고 합니다.

 

경계 및 이벤트 : 부드러운 경계 & 단단한 경계

한 가지 분명히 해야 할 것은 참가자들은 이 연구를 위해 뇌에 심부 전극을 이식하지 않았다고 합니다. 심부 전극은 때때로 약물 내성 간질이 있는 사람들의 치료에 도움을 주기 위해 사용되는데, 이 연구에 참여한 분들은 이미 이 목적을 위해 내측 측두엽에 전극을 이식했습니다. 뇌의 이 영역은 기억 형성에 관여하는 것으로 여겨지는 해마(hippocampus)와 편도체(amygdala)를 포함합니다.

연구에서 전극은 참가자가 다양한 단편 영화를 시청할 때 개별 뉴런의 활동을 기록했습니다. 이 클립에는 다양한 유형의 경계 또는 내러티브 점프(묘사 생략)가 포함되었습니다.

예를 들어, 클립은 식당에서 커피를 마시는 커플을 묘사할 수 있습니다. 클립이 중단 없이 계속되는 동안에는 경계가 없습니다. 영화가 앞으로 진행되고 이제 세 번째 사람도 커플과 함께 앉는다고 가정해 보겠습니다. 이것은 부드러운 경계(soft boundary)입니다.

작업이 중단되었지만 우리는 분명히 여전히 같은 이야기의 일부를 보고 있습니다. 이제 같은 커플이 커피를 마시고 있지만, 이번에는 영화가 스포츠 경기에서 환호하는 관중으로 잘립니다. 이것은 단단한 경계(hard boundary)입니다. 커플과 군중은 별개의 두 에피소드 또는 사건 입니다.

 

추억 만들기 : 경계 세포 & 사건 세포

연구자들은 경계(부드러움 또는 딱딱함)가 관찰될 때마다 일부 뉴런이 반응한다는 것을 발견했습니다. 그들은 이것을 경계 세포(boundary cell)라고 불렀습니다. 다른 뉴런은 단단한 경계(hard boundary)에만 반응했습니다. 연구원들은 이것을 사건 세포(event cell)라고 불렀습니다.

이것은 우리가 우리 삶에서 일어난 개별 사건을 기억할 수 있기 때문에 중요하지만 우리의 의식은 연속적입니다. 이 연구는 우리의 두뇌가 하나의 기억이 형성되는 동안에도 다음 기억을 구별할 수 있도록 하는 물리적 메커니즘에 대해 몇 가지 조명을 제공합니다. 연구원들은 예측할 수 없는 일이 발생하면 뇌가 이를 기록하고 새로운 사건으로 취급한다고 제안했습니다.

나중에 사건을 기억하려고 할 때 경계는 기억이 형성될 때 반응한 뉴런의 특정 패턴을 기반으로 뇌에 대한 기준점 역할을 할 수 있습니다. 그리고 경계에 가까울수록 어떤 일이 일어날수록 회상이 더 잘된다는 연구 결과가 나왔습니다.

 

미래의 응용

전문가들은 이러한 새로운 발견이 기억 장애와 질병에 대한 미래 연구를 안내할 잠재력이 있다고 말합니다. 과학자들은 기억 장애가 있을 때 사건과 경계 세포를 조사할 수 있습니다.

세포가 손상되면 이 세포가 잠재적인 약물 표적이 될 수 있습니다. 손상되지 않은 경우 이 세포는 기억 장애가 있는 환자가 새로운 기억을 더 잘 암호화하도록 도울 수 있는 방법을 알려줄 수 있습니다.

한 신경과 전문가는 이러한 특정 세포를 표적으로 삼는 것이 다양한 질환에 도움이 될 수 있다고 했으며, 뇌졸중의 기억 관련 영향을 포함한 특정 신경 장애 뿐만 아니라 신체적 및/또는 심리 사회적 외상으로 인한 기억 장애, 다양한 신경 퇴행성 질환에서 발생하는 치매의 증상을 줄이는 것이 가능할 수 있다고 말했습니다. 시간이 지나면 이러한 증상을 치료할 뿐만 아니라 예방할 수 있습니다.

 

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[연구 부연 설명]

연구자들은 우리 뇌에서 기억이 발생한 시기에 따라 별개의 기억을 구성하는 데 관여하는 두 가지 유형의 세포를 확인했습니다. 이 발견은 인간의 뇌가 어떻게 기억을 형성하고 알츠하이머병과 같은 기억 장애에 영향을 미칠 수 있는지에 대한 이해를 향상시킵니다.

미국의 한 전문가의 연구는 연구는 믿을 수 없을 정도로 단순한 질문에서 시작되었습니다.

 

‘우리의 뇌는 어떻게 기억을 형성하고 구성하나요?

우리는 깨어 있는 삶을
하나의 연속적인 경험으로 살고 있지만
인간 행동 연구에 따르면
이러한 삶의 사건을
개별적이고 뚜렷한 순간으로
저장한다고 믿어집니다.

기억의 시작과 끝을 나타내는 것은 무엇입니까?’

 

이 이론을 이벤트 세분화라고 하며, 인간 두뇌에서 프로세스가 작동하는 방식에 대해 상대적으로 거의 알지 못합니다.

이를 연구하기 위해 연구팀은 약물 내성 간질 치료를 위한 수술을 안내하기 위해 뇌 활동의 두개내 기록을 받고 있는 20명의 환자와 함께 작업했습니다. 그들은 서로 다른 유형의 인지 경계가 포함된 필름 클립을 볼 때 환자의 뇌 활동이 어떻게 영향을 받는지 살펴보았습니다.

 

부드러운 경계와 단단한 경계

부드러운 경계(soft boundary)라고 하는 첫 번째 유형은 장면이 포함된 비디오에서 동일한 이야기를 계속하는 다른 장면으로 잘립니다. 예를 들어, 투구를 보여주는 야구 경기가 던져지고, 타자가 공을 쳤을 때 카메라는 야수가 플레이하는 장면을 잘라냅니다. 대조적으로, 단단한 경계(hard boundary)는 완전히 다른 이야기에 대한 컷입니다. 타구 직후에 광고 컷이 나온다고 상상해 봅니다.

한 전문가는 두 경계 사이의 주요 차이점을 다음과 같이 설명합니다.

 

‘이것은 같은 이야기 내의 새로운 장면입니까,
아니면 완전히 다른 이야기를 보고 있습니까?

한 클립에서 다음 클립으로
내러티브가 얼마나 변화하는지에 따라
인지 경계의 유형이 결정됩니다.’

 

연구원들은 비디오를 시청하면서 참가자의 뇌 활동을 기록했고, 활동을 증가시켜 서로 다른 유형의 경계에 반응하는 두 개의 별개의 세포 그룹을 발견했습니다.

경계 세포(boundary cell)라고 하는 한 그룹은 부드러운 경계 또는 단단한 경계에 대한 응답으로 더 활성화되었습니다.

사건 세포(event cell)이라고 하는 두 번째 그룹은 단단한 경계에만 응답했습니다.

이것은 경계와 사건 세포 모두의 활동이 정점에 있을 때 새로운 기억의 생성이 일어난다는 이론으로 이어졌습니다. 이는 단단한 경계 이후에만 발생하는 것입니다.

기억이 뇌에 저장되고 액세스되는 방식에 대한 한 가지 비유는 사진이 휴대폰이나 컴퓨터에 저장되는 방식입니다. 종종 사진은 촬영된 시기와 장소에 따라 이벤트로 자동 그룹화되고 나중에 해당 이벤트의 주요 사진으로 표시됩니다. 해당 사진을 탭하거나 클릭하면 해당 특정 이벤트로 드릴다운할 수 있습니다.

 

‘ 경계 반응은
새로운 사진 이벤트를 만드는 것과 같다고
생각할 수 있습니다.

기억을 쌓으면 마치
새로운 사진이 이벤트에 추가되는 것과 같습니다.

단단한 경계가 발생하면
해당 이벤트가 닫히고 새로운 이벤트가 시작됩니다.

부드러운 경계는
단일 이벤트 내에서 생성된
새로운 이미지를 나타내는 것으로 생각할 수 있습니다. ‘

 

연구원들은 다음으로 메모리 검색과 이 프로세스가 경계 및 사건 세포의 발사와 어떻게 관련되는지 살펴보았습니다.

그들은 뇌가 과거 기억을 훑어보기 위한 마커로 경계 피크를 사용한다고 이론화했습니다. 마치 주요 사진이 사건을 식별하는 데 사용되는 방식과 유사합니다. 두뇌는 친숙해 보이는 발사 패턴을 찾으면 해당 이벤트를 개시 합니다.

이 이론을 연구하기 위해 설계된 두 가지 다른 기억력 테스트가 사용되었습니다.

먼저 참가자들에게 일련의 정지 이미지를 보여주고 그들이 방금 본 영화 클립의 한 장면인지 여부를 묻습니다. 연구 참가자는 새로운 사진 또는 이벤트가 생성되었을 때 하드 또는 부드러운 경계 직후에 발생한 이미지를 더 잘 기억했습니다.

두 번째 테스트는 방금 본 필름 클립에서 가져온 이미지 쌍을 보여주는 것이었습니다. 그런 다음 참가자들에게 두 이미지 중 어떤 것이 먼저 등장했는지 질문했습니다. 두 사람이 서로 다른 이벤트에 배치되었기 때문에 단단한 경계의 다른 면에서 발생한 경우 올바른 이미지를 선택하는 것이 훨씬 더 어려운 것으로 나타났습니다.

이러한 발견은 인간의 뇌가 기억을 생성, 저장 및 액세스하는 방법을 보여줍니다. 사건 세분화는 기억 장애가 있는 사람들에게 영향을 미칠 수 있는 과정이기 때문에 이러한 통찰력은 새로운 치료법 개발에 적용될 수 있습니다.

 

앞으로 이 연구는 이러한 발견과 관련된 치료법을 개발할 수 있는 두 가지 방법을 모색할 계획이라고 합니다.

첫째, 보상 메커니즘에서 가장 잘 알려진 화학적 도파민을 사용하는 뉴런은 경계 및 이벤트 세포에 의해 활성화되어 기억 형성을 강화하는 데 도움이 될 수 있는 표적이 될 수 있습니다.

둘째, 세타 리듬으로 알려진 뇌의 정상적인 내부 리듬 중 하나는 학습 및 기억과 관련되어 있습니다.

사건 세포가 해당 리듬에 맞춰 발사되면 참가자는 표시된 이미지의 순서를 더 쉽게 기억할 수 있습니다. 심부 뇌 자극은 세타 리듬에 영향을 줄 수 있기 때문에 이것은 특정 기억 장애가 있는 환자를 치료하는 또 다른 방법이 될 수 있습니다.