기억해내는 뇌 메커니즘: 단일세포기록 연구 결과(단기기억)

기억해내는 뇌 메커니즘: 단일세포기록 연구 결과(단기기억)  단기기억에서 기억해내는 뇌 메커니즘: 단일세포기록 연구 결과 http://www.nytimes.com/2008/09/05/science/05brain.html?ref=health http://www.nytimes.com/2008/09/05/science/05brain.html?_r=1&ref=health&pagewanted=print&oref=slogin (프린트 본; 전문) 기억하여 넣을 때에 가동되었던 뇌세포들이 기억해 낼 때에도 가동된다. 이러한 명제는 그동안에 학술적으로 이론적으로 그 가능성을 거론하여 왔지만 인간에게서 이러한 이론이 참인지를 확인하는 실험증거는 아직 없었다. 그런데 Science지 2008. 09. 05일자에 게재되고 뉴욕타임즈 등의 신문들이 1면기사로 보도한 바에 의하면 미국 UCLA의 신경과학자와 이스라엘 바이즈만연구소의 학자들이 인간의 뇌세포에 대한 단일세포기록(Single Cell Recordings)방법에 의하여 이러한 이론이 사실임을 증명하였다. UCLA의 신경외과 교수이면서 이스라엘 바이즈맨 연구소의 교수인 Itzhak Fried (프리이트) 박사와 그의 연구팀 (Roy Mukamel, of U.C.L.A. &  Hagar Gelbard-Sagiv, Michal Harel and Rafael Malach of the 이스라엘의 Weizmann 연구소)은 다음과 같은 실험연구를 실시하였다. 간질병 환자는 뇌의 신경흥분의 확산에 의한 발작이 일어나는 것이 주 증상인데, 이러한 발작 증세를 줄여주기 위하여 간질환자의 뇌에 대한 신경외과적 수술이 흔히 의사들이 사용하는 방법 중의 하나이다. 좌뇌 우뇌의 기능의 차이를 발견하여 노벨의학/생리학상을 수상한 Roger Sperry 교수 등의 연구도 이러한 간질환자의 증세를 줄여주기 위한 수술의 결과이었다. Fried 교수 등은 1960년대 1970년대에 Hubel과 Wiesel 등이 고양이 시각 뇌에 대한 신경과학, 지각심리학 연구에서 각광을 받아온 단일세포기록(Single Cell Recording)의 방법을 (Hubel과 Wiesel은 이 연구로 노벨상을 받았다) 인간에게 적용하여 간질병 환자의 뇌의 해마(hippocampus)에서 신경흥분을 측정하였다. 그들은 간질병 증세가 심한 환자의 뇌의 해마 내와 주변의 세포들에 아주 미세한 전극을 심고 약 100여 개의 세포들의 반응을 모니터링하여 측정하였다. (해마는 기억의 형성에 중요한 역할을 하는 뇌부위로 널리 알려져 있다.) 그들은 지각심리학, 기억심리학 실험에서 흔히 하듯이 두 개의 대비되는 실험자극상황을 만들어 제시하였다. 5 내지 10초의 동영상을 보여주는데, 두 조건으로 나누어 한 조건에는  미국의 유명한 TV 코메디 프로의 하나인 “Seinfeld"와 같은 텔레비젼 프로그램 동영상을 보여주었고 다른 조건에서는 동물이나 에펠답과 같은 지형지물을 보여주는 동영상을 보여주었다.  그런 실험관찰에서 보면 100여개의 뇌세포들 각각은 특정 동영상을 보여줄 때에 더 반응을 활발히 하며 다른 영상을 보여줄 때에는 비교적 반응이 잠잠하거나 약하였다. 이러한 자극제시 세션이 끝난 후에, 심리학 실험에서 전형적인 절차인 주의분산 또는 간섭과제 세션을 도입하여 앞에서 본 것에 대하여 계속 기억하거나 집중하지 못하게 하고, 그런 후에 3단계로 테스트 세션을 실시하였다. 1분간의 테스트 세션에서는 자극제시 세션 중에서 본 동영상들을 생각해내며 특정 동영상이 기억나면 무엇인지 말하게 하였다.   실험결과 피험자들은 거의 모든 동영상을 기억하여 내었는데 (왜냐하면 동영상이 많지 않고 기억 테스트가 단기 기억 테스트이었기에), 중요한 발견은 1. 자극 제시 세션에서 특정 동영상(A)에 크게 반응하던 바로 그 뇌세포(c1)가 기억테스트 세션에서 그 동영상(A)을 떠 올릴 때에도 크게 활성화 되었다는 사실이다. 2. 다른 중요한 발견은 테스트 세션에서의 이 뇌세포(C1)의 재활성화가 그 환자 자신이 그 동영상이 다시 기억남을 의식하기 이전 1-2초 전에 이미 활성화, 가동되고 있었다는 것이다. 이러한 연구 결과는 다음과 같은 중요한 시사와 이론적 문제를 제공한다. ㄱ. 특정 내용을 기억해 넣을 때에 가동된 뇌세포들이 그 내용을 기억해 낼 때에도 중점적으로 가동된다는 것에 대한 실험적 증거를 제시함으로써, 지금까지 이론적 가정에만 머물던 것을 입증된 사실로 만들었다.    이러한 사실 증거는 앞으로의 기억 연구의 방향을 재정립하여 앞으로 가능하여지는 기억연구(이론)들에 상당한 영향을 주리라 생각된다.    그러한 시사 중의 하나가   이전에 기억 연구는 주로 재인(Recognition; - 이전에 보여준 것을 다시 보여주면서 기억하고 있는 가를 탐지하는) 중심의 이론적 모델 형성과 실험연구가 전개되었는데, 앞으로는 회상(Recall) 메커니즘 중심의 모델과 연구가 더 부각되리라는 것이다. ㄴ. 다른 이론적 시사로는,  ‘회상된 내용을 의식하기 1-2초 전에 이미 해당 뇌세포는 가동되고 있었다’는 연구 결과는  이미 10여년 전에 ‘손목을 까닥하고 움직이는 자유의지’를 내기 적어도 약 0.5초 전에 이미 뇌세포들은 준비적 활동전위를 일으키고 있었다는 것을 발견하여 ‘자유의지’에 관한 논쟁을 불러일으킨 영국의 Libet 교수의 연구 결과와 연결되어 이에 대한 철학적, 인지과학적 논의에 또 하나의 실마리를 던져 주리라 본다. ㄷ. Hubel & Wiesel 등이 부각시킨 single cell recording 의 방법론적 power를 보여주었다고 할 수 있다. ㄹ. 그러나 이 연구결과를 발표하면서 연구자들은, 실제 특정 동영상을 기억하면서 단 하나의 뇌세포만이 그 동영상에 독립적으로 작용하였다기보다는 여러 세포들이 연계되어 신경회로로 작용하였음을 잊지 않아야 한다고 언급하였다. 그러면 특정 기억 당시에 특정 뇌세포의 역할, 그리고 그 뇌세포가 참여하고 있는 신경회로 전제, 즉 다른 세포들의 역할에 대하여도 이론적 주의를 하여야 할 것이다. ㅁ. 이 연구 결과의 적용의 한계 문제도 제기된다. 이 연구 결과는 짧은 시간 내의 단기 기억의 작동 메커니즘을 확인하는 중요한 증거를 제시하였지만, 인간의 기억의 대부분은 장기기억이다. 이 연구에서 확인된 사실들이 장기기억 흔적의 응고, 회상의 과정에서는 어떠한 역할을 담당하는가에 대하여 추후 연구에서 밝혀져야 할 것이다. ㅂ. 기사에서 언급된 인간이 아닌 다른 동물들에서 얻어진 연구 결과와의 연결, 진화론적 해석 등의 측면이 더 고려해 보아야 할 문제인 것 같다. 맺는말:  이 연구 결과는 상당히 중요한 발견이라고 생각된다. 그동안 국내에서 기억의 신경생물적 기초에 대하여 중요한 연구를 하여온 서울대 생물학과의 강봉균 교수와, 인공지능 연구를 진행하여 오면서 재인(recognition) 중심의 기억 모델로서는 인공지능의 메모리이건, 인간의 기억이건 잘 설명할 수 없다고 보아서 회상(recall) 중심의 기억 모델을 화학분자들의 상호작용 메커니즘 바탕으로 전개해 온 서울대 컴퓨터공학과의 장병탁 교수가 각각 이 연구 결과에 대하여 어떤 의견을 제시할 지 궁금하여 진다. 또한 이 연구 결과가 이미 1970년대 초에 인지심리학자들에 의하여 제시된 심리학 모델, 즉 [recall = generation + recognition]라는 인지적정보처리 이론의 타당성을 신경과학적으로 검증하기에는 아직 거리가 있다는 생각도 든다.  ---------- Science 지에 실린 다른 연구 결과에 의하면 동물과 인간의 같은 기억 뇌세포가 서로 다른 기능을하는 것 같다는 보고가 잇다. 같은 뇌세포가 동물에서게서는 공간위치 정보 기억을 인간에게서는 인지적 정보 기억을 담당하는 것 같다. 기억 뇌세포에 대한 진화적 관점을 적용한 해석이 필요한 것 같다.