똑똑한 뇌 - 탁월한 기억력은 어떻게 만들어 지는가
설사 내 몸의 유전자가 심각한 기억력 감퇴가 있더라도 실망할 필요가 없다. 지금 건망증 증세가 있든 없든 일생의 중요한 순간들을 자세히 기억할 수 있으며, 심지어 백 살이 넘어도 그렇게 할 수 있다. 많은 쌍생아 연구가 밝혀왔듯 유전은 50퍼센트 미만 관장한다는 사실을 알 수 있기 때문이다. 그러므로 지금부터 어떻게 하느냐에 따라 유전자의 발현을 조절할 수 있다.
뇌는 내 몸 중에서 가장 복잡한 기관이다. 우리의 뇌를 도시의 복잡한 전산망이라고 가정해보자. 전화국에서 전선을 통해 가정으로 정보를 보내고 그 정보를 가정에서 개인이 활용하고 다시 다른 사람과 정보를 주고받는다. 이렇게 컴퓨터나 전화를 사용하듯 뇌 세포, 즉 신경세포는 계속 정보를 보내고 받는다. 또 그 전산망이 도시 전체로 뻗어 있는 것처럼 뇌의 메시지는 한 신경세포에서 신경망을 통해 다른 신경세포로 전달된다. 이러한 신경 세포가 성공적으로 교신하면 내 몸의 뇌는 기억을 잘 저장할 수 있다.
만일 폭풍이나 사고 또는 전기톱을 휘두르는 사람 때문에 전깃줄이 끊어지면 어떻게 될까? 작게는 이웃, 크게는 도시의 상당 부분에 전기공급이 차단될 것이다. 내 몸의 뇌에도 비슷한 상황이 발생한다. 어떤 원인에서든 신경 연결이 끊어지면 뇌의 크고 작은 부분이 망각상태를 경험하게 되고, 변기 뒤에 차 열쇠를 두고 나온 것을 기억하지 못해 난처한 상황을 맞는다.
신경망에 기능 이상을 일으키는 원인에는 분명 여러 가지가있다. 어떤 것은 뇌진탕처럼 급성 또는 일시적인 것일 수도 있고, 유전자 결함으로 신경세포가 손상되는 것처럼 만성적인 경우도 있다. 그러면 만성적인 부분을 좀 더 자세히 다뤄 보자.
기억 - 잊지 마세요, 원인이 무엇이든 사람은 일생동안 기억력 변화를 경험한다는 것.
기억(記憶) 또는 메모리(영어: memory)는 정보를 저장하고 유지하고 다시 불러내는 회상의 기능을 의미한다. 인간은 기억하는 능력을 가지고 있는 동시에 망각하는 기능을 가지고 있다. 기억은 학습, 사고, 추론을 하기 위한 기본적인 기능이다. 인간의 기억은 단기적 작용기억과 장시간 기억되는 장기 기억이 있다. 정보 처리 측면에서는 기억은 부호화(encoding), 저장(storage), 재생(retrieval)의 단계로 이루어진다. 컴퓨터에서는 기억하기 위한 장치로 ROM, RAM 이나 하드 디스크 등의 저장장치를 이용한다.
이러한 기억은 원인이 무엇이든 사람은 일생동안 심각한 기억력 변화를 경험한다. 그중 대표적 증상인 기억장애는 일반적으로 알려진 것처럼 완전히 통제 불가능한 것이 아니다. 먼저 뇌 기능을 통해 기억문제를 이해하기 시작한다면 이 문제를 해결하기 위한 첫걸음을 내디딘 셈이다.
* 사람의 뇌 기능은 스스로 깨닫기 이전부터 감퇴하기 시작한다. 인정하고 싶지 않지만 기억력 감퇴는 열여섯 살부터 시작되며 마흔 살에는 상당히 보편적인 것이 된다. 이것은 비디오게이머에 대한 연구 결과를 보면 쉽게 이해할 수 있다. 게이머들은 스물다섯 살이 지나면 손과 눈을 재빠르게 활용하는 기능을 잃기 시작하고 점점 돌발 상황에 대응할 수 있는 능력도 상실한다. 이연구가 획기적인 이유는 뇌가 화면에 따라 손을 움직여야 한다는 사실을 인지하지만, 실제로 그 명령을 손에 전달하는데 드는 시간이 이전보다 더 걸린다는 사실을 잘 보여주기 때문이다. 뇌와 몸 사이의 전선 연결에 지연 현상이 있는 것이다.
잠시 기억 형성 과정을 알아보자.
기억형성 과정(Process of memory formation)
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부호화(Encoding)
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새로운 정보가 그 특성에 따라 뇌의 연관 부위로 들어와 기억으로 전환되는 과정이다. 모든 기억이 부호화 과정을 거친다.
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경화(Consolidation)
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뇌 안에서 새로운 정보를 부호화하기 위하여 집중한다면 해마는 그 정보를 장기기억으로 저장하기 위한 과정을 거치는 데 이를 경화라고 하며, 만일 그 정보가 이미 알고 있던 것과 연관이 있거나 감정반응을 자극하면 경화가 더 쉽게 이루어진다.
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재생, 인출(Retrieval)
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정보가 필요해지면 뇌는 저장된 부위에 신경세포를 활성화시켜 저장한 정보를 꺼내 사용하는데 자주 사용하는 정보라면 이미 신경세포 사이에 연결이 형성되어 인출이 쉬워진다.
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기억의 유형(Types of memory)
.단기기억(short-term memory)vs 장기기억(long-termmemory)
◈ 단기 기억 [短期記憶] : 정보를 얻은 후 수초 또는 수 시간 동안 정보가 기억되는 것. 두부 외상이나 전기충격 같은 외부 자극에 의하여 쉽게 지워지며 시간이 흐르면 잊혀 지기 쉬운 기억이다. 다시 말하면 경험한 것을 수초 동안만 의식 속에 유지해 두는 작용. 전화번호부에서 새로 본 전화번호를 전화 다이얼을 돌리는 동안만 보유하는 것 따위를 이른다.
(건망증이란 단기 기억을 상실하는 것으로 누군가의 도움으로 금방 기억을 해낼 수 있는 증상이다.) 단기기억으로 저장되었던 정보의 일부가 선택적으로 기억 경화과정을 거쳐서 장기기억으로 저장된다.
◈ 장기 기억[長期記憶] : 정보가 처음 형성된 때부터 수시간, 수일 또는 수년이 지나도 재생할 수 있는 기억. 예를 들면 생일, 고향, 어려서 다닌 초등학교 이름 같은 정보가 장기기억에 속한다. 모든 기억이 장기기억으로 저장되는 것은 아니며 감각정보가 들어와서 단기기억이 되고 경화과정을 거친 단기기억의 일부가 장기기억으로 저장된다.
장기기억의 종류(Classification of long-term memory)는 기억의 특징에 따라 크게 사실사건기억(declarative memory)과 비사실사건기억(non-declarative memory)으로 나눌 수 있다.
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사실사건기억(Declarative memory)= 명시기억(explicit memory)
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- 장기기억 중에 사실(facts)이나 사건(events)에 대한 기억
- 기억의 내용에 따라 사실(facts) 또는 학습활동등을 통해 획득한 정보에 의한 의미 기억(semantic memory)과 일상적인 사건에대한 삽화기억(episodic memory)으로 구분
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비사실사건기억(Non-declarative memory)
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절차기억
(procedural memory)
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- 기술, 잠재화(priming), 습관 또는 행위에 대한 기억
- 자전거를 타는 기술을 배우거나 악기를 배우는 것 등의 절차기억
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일반적으로 사실사건기억은 이에 속하는 정보를 뇌에 저장했다가 인출할 때 의식적인 노력이 필요하지만 비 사실사건기억 또는 절차기억은 의식적인 노력 없이 정보를 인출하여 활용할 수 있다.
예를 들어 처음 자전거 타는 법을 배운 날(event)을 기억하려면 관련 기억을 떠올리려고 의식적으로 노력해야 하지만 자전거 타는 법은 오랫동안 타지 않아도, 그 과정을 일일이 회상하지 않고 의식적인 노력 없이도 자전거에 오르면 그냥 탈 수 있다. 자전거를 처음 탄 날에 대한 기억은 사실사건기억이며 몸으로 체득한 자전거 타는 법에 대한 기억은비사실사건기억 또는 절차기억이다.
비사실사건기억은 흔히 직접적인 경험에서 기억을 형성/재생하기 때문에 암묵기억(impli
cit memory)라고도 하는 반면 의식적인 노력을 해야 회상이 가능한 사실사건기억을 명시기억(explicit memory)이라고도 한다. 사실사건기억은 비교적 형성되기도 쉽고 잊어버리기도 쉽지만 비사실사건 기억을 형성하려면 긴 시간 반복과 연습이 필요하고 일단 기억이 형성되면 잘 잊혀지지 않는다.
우리가 단기기억을 장기기억으로 기억하기 위해 인출(retrieval)과 재생을 반복하는 것은 비사실 사건기억인 절차기억을 형성하려고 노력하는 것이다. 정보를 반복적으로 사용함에 따라 관련 정보 사이의 결합이 계속 견고해지면서 기억이 형성·저장되는데, 이처럼 정보 재생이 반복되면 정보결합력이 증가하고 관계있는 정보끼리 묶어 주는 과정인 기억경화가 이루어져서 시간이 경과하여도 잘 잊히지 않는다.
기억형성 초기에는 대뇌 피질 사이에 연관관계가 미약하지만 정보재생이 반복되고 뇌 측두엽을 통해 여러 대뇌 피질이 동시에 활성화되는 횟수가 증가하면서 대뇌 피질 사이의 연관관계가 긴밀해진다. 반복학습에 따른 경화가 이루어지면 정보는 대뇌 피질에 안정적인 장기기억으로 저장되고 장기기억은 뇌 측두엽이나 시상과 관계없이 정보 재생이 가능해진다. 그러므로 대뇌 피질은 일차적으로 들어온 정보를 단기 수용 분석하며, 정보의 반복 학습이나 재생을 통해 기억 경화가 이루어진 후에는 장기기억의 저장소 역할을 한다.
장기기억의 용량의 한계는 아무도 모른다. 꼭 예를 들자면 장기기억은 스폰지가 물을 빨아들이는 것 같지만 다른게 있다면 용량에는 한계가 없다는 것이다. 전문적인 심리학자들이 장기기억의 제한기간은 100년의 기간 혹은 더 많거나 더 적은 기간 동안 기억된다고 하지만 아무도 확실히 알지는 못한다.
그 외
◈ 감각기억 : 감각기억은 약 200~500ms 가량 기억 상태가 유지된다. 예를 들어 잠깐 어떤 것을 실험대상자에게 여러 가지를 보여주면 기억은 오래된 것부터 차츰 사라지게 된다. 이런 기억은 반복을 통해 더 오래 기억될 수 있다.
◈ 작업기억(working memory)은 20초에서 30초 사이 정도까지 반복하지 않고 기억될 수 있으나 그 용량은 7 덩이짓기로 대단히 작다. 조지 A. 밀러의 실험에 의해 이 용량은 마법의 숫자 7±2으로 알려져 있다. 이런 용량은 덩이 짓기에 의해 보다 많은 정보를 기억할 수도 있다.
장기기억 방해하는 '기억 억제 유전자' 찾았다
강봉균 서울대 교수·김빛내리 기초과학연구원 단장 연구팀, 세계 최초 규명
뇌에서 장기기억이 형성될 때 일부 유전자는 단백질 합성 활동이 억제된다는 사실을 국내 연구진이 세계 최초로 발견했다. 이는 장기기억이 형성되려면 뇌에서 단백질 합성이 일어나야 한다는 기존의 통념을 뒤엎는 것으로, 기억을 방해하는 유전자를 찾아낸 셈이다.
미래창조과학부는 강봉균 서울대 교수 연구팀과 김빛내리 기초과학연구원(IBS) 단장 연구팀이 뇌에서 장기기억이 형성되는 동안 일어나는 유전자 조절 현상을 분석한 결과 이 같은 사실을 밝혀냈다고 밝혔다.
강봉균 서울대 교수 연구팀과 김빛내리 기초과학연구원 단장 연구팀이 뇌의 장기기억 형성 과정에서 일어나는 단백질 합성의 정도를 측정하기 위해 사용한 실험방법. 500여 마리의 생쥐를 이용해 학습 뒤 시간대별로 생쥐의 해마에서 일어나는 변화를 추적했다.(연구 결과는 과학 저널 '사이언스' 온라인판 10월 2일자에 실렸다.)
뇌의 양쪽 측두엽에 있는 해마는 장기기억을 담당하는 부위로 알려졌다. 학습한 내용이 뇌에 장기기억으로 저장되려면 이 해마에서 단백질 합성이 일어나야 한다. 실제 동물 실험에서 단백질 합성 저해제를 투여한 결과 그렇지 않은 경우보다 장기기억이 잘 형성되지 않았다.
하지만, 장기기억이 형성될 때 수만 개에 달하는 전체 유전체 중 어떤 유전자들이 단백질로 만들어지는지, 또 유전자로부터 단백질로 합성되는 과정이 어떻게 제어되는지 등은 기술적 한계 때문에 밝혀진 바 없었다.
강 교수와 김 단장 연구팀은 이번에 수천 개의 유전자가 단백질로 만들어지는 정도를 한꺼번에 추적, 측정할 수 있는 '리보솜 프로파일링'(RPF) 기술을 도입해 장기기억이 형성될 때 뇌의 해마에서 어떤 변화가 일어나는지 조사했다. 연구진은 실험용 생쥐를 특수제작한 통 안에 넣고 전기충격을 줘 공포 경험을 학습시킨 다음, 이 생쥐의 해마에서 일어나는 단백질 합성의 변화를 관찰했다. 그 결과 장기기억 형성 때 해마에서의 전체적인 단백질 합성 효율은 낮게 유지된다는 점을 발견했다.
신장이나 간, 고환 등 다른 조직에서와 달리 해마에서는 유전자가 단백질로 만들어지는 과정의 하나인 '번역' 작용을 담당하는 리보솜 단백질이 적게 생성됐던 것이다. 이는 장기기억을 만들 때 신경세포에서 단백질 합성이 매우 활발하게 일어날 것으로 본 연구진의 예측과 정반대의 현상이다.
연구진은 또 학습 직후 5~10분간은 'Nrsn1' 같은 일부 유전자의 번역이 억제된다는 사실도 밝혀냈다. 이런 유전자들은 단백질로 합성되는 경우가 줄어든다는 것이다. 반대로 인위적으로 Nrsn1의 발현량을 늘리자 장기기억이 잘 형성되지 않았다. Nrsn1 같은 단백질은 '기억 억제자' 역할을 한다는 얘기다. 학습 후 수 시간 동안에는 일부 유전자들의 전령RNA(mRNA) 양이 줄어든다는 점도 밝혀냈다. 특히 이들 유전자의 상당수는 공통으로 에스트로젠 수용체1(ESR1)를 통해 활성화가 조절되는 유전자들이었다. 연구진이 학습 후 ESR1의 신호 전달을 높이자 생쥐의 기억 형성이 약해졌다. 다시 말해 ESR1의 신호 전달이 억제될 때 기억이 잘 형성된다는 뜻이다. 에스트로젠은 난소에서 생성되는 여성호르몬이다.
강 교수는 "여성 호르몬 자체가 기억 형성에 영향을 주느냐는 지금 얘기하긴 이르다"며 "이번 연구의 시사점은 다만 그 호르몬 수용체가 기억 억제작용에 중요한 네트워크에 관여하고 있다는 점"이라고 말했다. 이번에 연구진이 찾아낸, 합성이 억제되는 유전자는 모두 20여개다.
연구진은 이번 연구 결과가 치매처럼 기억을 잘하지 못하는 질환뿐 아니라 특정 사건·경험에 대한 기억이 너무 강렬해 생기는 외상후 스트레스 증후군이나 우울증, 불안장애, 마약 중독 같은 각종 뇌질환의 치료에 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있다.
"장기기억을 뇌에 저장할 때 어떤 유전자들이 관여하는지를 총체적으로 밝혀내 앞으로 관련 연구 분야에서 새 도약을 할 수 있는 발판을 마련했다"고 평가했다.
그는 "장기기억이 형성되려면 단백질 생성이 중요하다는 것은 잘 알려졌었지만 일부 단백질은 오히려 생성이 억제돼야 한다는 점이 이번 연구의 중요한 성과"라며 "기억 억제 유전자들을 찾았다고도 볼 수 있다"고 덧붙였다.
그 외
◈ 감각기억 : 감각기억은 약 200~500ms 가량 기억 상태가 유지된다. 예를 들어 잠깐 어떤 것을 실험대상자에게 여러 가지를 보여주면 기억은 오래된 것부터 차츰 사라지게 된다. 이런 기억은 반복을 통해 더 오래 기억될 수 있다.
◈ 작업기억(working memory)은 20초에서 30초 사이 정도까지 반복하지 않고 기억될 수 있으나 그 용량은 7 덩이짓기로 대단히 작다. 조지 A. 밀러의 실험에 의해 이 용량은 마법의 숫자 7±2으로 알려져 있다. 이런 용량은 덩이 짓기에 의해 보다 많은 정보를 기억할 수도 있다. <다음 호에 계속 됩니다>
힐링코칭상담연구소장
시인/본지 논설주간 정관웅
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