에피소드 기억

뇌에서 가장 마지막 유형의 기억 체계를 에피소드 기억이라고 부릅니다. 이는 개인적 경험을 기록하고 추적하는 데 사용되는 기억 방식입니다. 사건을 기억하는 것과 사실을 학습하는 것 사이에는 매우 중요한 차이가 있습니다. 바로 사건은 오직 한 번만 발생한다는 점입니다. 오늘 아침에 무엇을 먹었는지 기억하지 못하거나, 지난 크리스마스에 어떤 일이 있었는지, 혹은 학교에 처음 갔던 날에 무슨 일이 있었는지 잊어버렸다면, 수업에서 추가 학습을 하는 것처럼 그 사건들을 다시 경험할 수는 없습니다. 에피소드 기억 체계는 빠르게 학습해야만 하는 필요성 때문에 신속한 학습 능력을 갖추고 있습니다.

에피소드 기억

에피소드 기억의 손상

 

뇌졸중, 뇌종양, 혹은 헤르페스 뇌염과 같은 바이러스 감염 이후에 에피소드 기억에 있어 매우 특정한 결핍을 겪는 신경학적 환자들을 연구함으로써, 우리는 에피소드 기억이 무엇인지에 대해 많은 것을 배워왔습니다. 이러한 환자들을 주의 깊게 관찰하고 분석하는 것은 이와 다른 기억 체계들의 해부학적 구조를 파악하는 데 있어 주요한 방법이 되었습니다. 이 과정을 통해, 우리는 기억이 어떻게 조직되고, 뇌 내에서 어떻게 기능하는지에 대한 깊은 이해를 얻을 수 있었습니다.

기억상실증이라고 알려진 상태에 영향을 받는 사람들은 반 시간 전에 다른 사람을 만났던 것을 기억하지 못합니다. 그들은 최근에 식사를 했는지 아니면 식사를 해야 하는지조차 기억할 수 없으며, 집 안 곳곳에 최근에 물건을 어디에 두었는지와 같은 생활의 단순한 필요성조차 기억하기 어렵습니다. 종종, 그들은 병에 걸리기 전에 일어났던 일들을 기억하지 못합니다. 이를 역행성 기억상실증이라고 합니다.

이러한 괴로운 상태를 일으키는 손상은 뇌 회로의 여러 부위에서 발생할 수 있습니다. 중뇌에 위치한 유두체와 시상이라 불리는 영역은 정상적인 기억 형성에 있어 중요한 것으로 보이며, 내측 측두엽에 위치한 해마 또한 마찬가지입니다. 이러한 부위의 손상은 특히 에피소드 기억과 의미 기억의 형성에 영향을 미치는 것으로 보입니다.

뇌의 다른 부위에서 발생하는 손상은 기억 시스템에 다양한 영향을 미칩니다. 치매와 같은 특정 퇴행성 질환들은 의미 기억의 분해 과정에서 뜻밖의 양상을 보여줍니다. 이러한 상태에서 초기 단계의 환자들은 실험을 통해 제시된 고양이, 개, 자동차, 기차 등의 사진을 정확하게 식별할 수 있습니다. 그러나 질병이 진행됨에 따라, 그들은 쥐의 사진을 쥐라고 명명하는 데 주저하며, 대신 그것을 개라고 잘못 인식할 수도 있습니다. 이는 사실적 정보가 범주적으로 조직되어 있으며, 생명체에 관한 정보가 무생물에 관한 정보와는 별도로 특정 구역에 저장되어 있다는 것을 입증합니다.

 

기억의 신경생물학

 

신경학적 환자들을 면밀히 연구함으로써, 우리는 뇌 내에서 기억 기능이 어디에 위치하는지 알아낼 수 있지만, 신경세포와 화학 전달 물질이 실제로 어떻게 상호작용하는지 이해하기 위해서는 실험동물을 사용한 깊이 있는 연구가 필수적입니다. 이러한 연구는 기억 형성과 저장, 그리고 회상 과정에 관여하는 복잡한 생물학적 메커니즘을 밝히는 데 중요한 역할을 합니다. 신경세포 사이의 연결 방식과 그 연결을 매개하는 화학 물질의 역할을 이해함으로써, 우리는 기억과 학습 과정에 대한 더 깊이 알 수 있습니다.

 

초기 학습과 뇌 발달

 

신경 과학자들은 현재, 뇌의 발달 과정에서 신경 연결의 미세 조정이 초기 학습에도 중요하게 작용한다고 생각합니다. 어린 병아리와 어미 사이의 애착 형성 과정인 각인은 이러한 학습 메커니즘의 연구를 통해 잘 알려져 왔습니다. 최근 연구를 통해, 우리는 어린 병아리의 뇌에서 이러한 학습 과정이 어디에서 일어나는지, 그리고 어미에 대한 '이미지'를 저장하는 데 관여하는 수용체에 작용하는 화학적 전달 물질이 무엇인지를 파악하게 되었습니다. 이 '이미지'는 매우 구체적이어서 병아리가 어미만을 따르고 다른 동물은 따르지 않게 합니다.

또한, 어린 동물은 소량의 음식을 맛보고 그 맛이 나쁘면 해당 음식을 피하는 방식으로 안전한 음식을 학습합니다. 이러한 학습은 유전적으로만 결정될 수 없으며, 발달 과정에서 조정되는 학습 메커니즘에 의해 이루어집니다. 각인 과정이나 음식 맛보기를 통해 활성화되는 수용체는 일련의 2차 전달 화학 물질을 통해 뇌세포의 핵에 신호를 보내어 유전자를 활성화시키고, 결국 기억을 고정시킬 수 있는 특수 단백질을 생성하게 합니다.

 

장소세포

 

장소 세포의 발견은 해마 내의 뉴런으로 이루어진 또 다른 중요한 연구 결과입니다. 이 뉴런들은 동물이 익숙한 장소를 탐색할 때 활성화되며, 각각의 세포가 환경의 다른 부분을 나타내어 세포 그룹 전체가 전체 지역을 매핑하는 데 기여합니다. 인접한 뇌 영역의 다른 세포들은 동물이 이동하는 방향을 나타냅니다. 이러한 공간 지도와 방향 감각은 동물이 길을 찾는 방법을 배우는 데 필수적으로 협력합니다. 먹이와 물을 찾고 그 후 안전한 굴, 둥지 또는 집으로 돌아가는 길을 찾는 능력은 동물의 생존에 필수적입니다. 이 탐색 학습 시스템은 의미 기억과 에피소드 기억에 깊이 관련되어 있으며, 동물이 자신의 영역 내에서 사물의 위치를 안정적으로 인식하는 데 도움을 줍니다. 또한, 이 공간 지도는 포식자가 마지막으로 발견된 위치와 같은 특정 사건을 기억하는 기억의 구조를 제공합니다. 장소 세포는 단순한 위치 정보 이상의 것을 제공하며, 동물이 특정 사건이 발생한 장소를 기억하는 데 중요한 역할을 합니다.

NMDA 수용체와 시냅스 가소성

 

이러한 공간 지도와 기타 기억의 흔적이 어떻게 형성되는지에 대한 최근의 통찰 중 하나는 NMDA 수용체 기반의 시냅스 가소성이 중요한 역할을 한다는 것입니다. 앞서 언급한 바와 같이, 시냅스 가소성이 활성화되면 뉴런 네트워크 내의 연결 강도가 변화하며, 이는 정보 저장 방식으로 해석됩니다. 해마에 NMDA 수용체를 차단하는 약물을 투여하면, 장소 학습 능력이 손상되는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 쥐나 생쥐를 물 웅덩이에서 수면 아래 숨겨진 탈출구를 찾도록 훈련시킬 수 있으며, 이들은 장소 세포와 머리 방향 세포를 활용해 길을 찾고, NMDA 수용체를 통한 가소성을 이용해 플랫폼의 위치를 기억 속에 인코딩합니다. 더 나아가 해마에서 NMDA 수용체를 제거한 유전자 조작 동물들도 실험되었는데, 이 동물들 역시 학습 능력이 저하되고 장소 세포의 정확도가 떨어집니다. 이전 장에서 언급된 바와 같이, 시냅스 무게의 변화는 흥분성 AMPA 수용체의 변화를 통해 나타나며, 이것이 기억 형성에 어떠한 역할을 하는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만 현재 많은 연구가 이루어지고 있는 주제입니다.

기억의 향상

 

우리 대부분은 기억력이나 지속성의 향상을 긍정적으로 생각합니다. 특히 노인들은 자신의 기억력 저하에 대해 자주 불평하곤 합니다. 그러나 기억력을 향상하고자 할 때, 반드시 고려해야 할 대가가 있습니다. 효과적인 기억력은 기억과 잊음 사이의 섬세한 균형에 있습니다. 만약 기억력이 과도하게 향상된다면, 우리는 사소한 일까지 잊어버리는 데 어려움을 겪게 될 수 있습니다. 기억의 이상적인 상태는 뇌가 중요한 정보는 기억하고, 덜 중요한 정보는 선별적으로 잊어버리는 것입니다. 일반적으로, 정상적인 기억력을 가진 사람들에게 기억력을 극적으로 향상할 수 있는 '마법의 약'을 개발할 가능성은 매우 낮습니다. 진화는 우리의 기억 시스템이 최적의 균형을 유지하도록 발전해 왔기 때문입니다.

심각한 기억 상실증과 같은 문제는 NMDA 또는 AMPA 수용체의 기능을 향상하는 약물, 혹은 어린 동물의 학습 연구에서 발견된 2차 전달 신호의 연쇄를 자극하는 약물로 완화시킬 수 있습니다. 알츠하이머병과 같이 기억력에 영향을 미치는 신경 퇴행성 질환의 진행을 초기 단계에서 막는 방법을 찾는 것도 중요합니다. 현재 신경과학 분야에서 가장 흥미로운 도전 중 하나는 대학, 연구소, 제약 회사의 과학자들이 이와 같은 프로젝트를 추진하고 있다는 점입니다. 선진국 대부분의 인구 구조가 노령화되어 가고 있는 현실에서, 노인들이 더 오래 독립적으로 생활할 수 있도록 지원하는 치료법 개발은 매우 중요한 가치를 가집니다.

일부 과학자들은 약물 치료와 더불어 인지 공학의 적용이 필수적이라고 주장합니다. 비록 신약에 비해 인지 공학에 대한 언급이 많지 않을 수 있지만, 그 중요성은 결코 덜하지 않습니다. 인지 공학의 핵심 아이디어는 정보의 인코딩, 저장, 통합(‘고정’ 프로세스) 및 검색 방법에 대한 이해를 바탕으로 학습 과정을 최적화하는 것입니다. 이는 주의 집중, 학습 세션 사이의 적절한 간격 설정, ‘고정’ 과정을 지원하기 위한 정기적인 알림 수신과 같은 방법을 포함합니다. 기억력 문제를 겪고 있는 일부 노인 환자들에게 'NeuroPage'와 같은 호출 시스템이 큰 도움이 되고 있다는 보고가 있습니다. 이 시스템은 잊히기 쉬운 일상의 일과를 상기시켜 주어, 환자가 하루 일정을 체계적으로 관리할 수 있도록 합니다.