뇌가 시간적으로 가까운 곳에서 형성된 관련 기억을 연결하는 방식

같은 날의 기억이 서로 연결되어 있는 반면, 몇 주 떨어진 사건은 분리되어 있는 것처럼 느껴진다는 것을 느껴본 적이 있다면, 새로운 연구에서 그 이유를 알 수 있습니다. 뇌는 시간적으로 가까운 시기에 발생한 기억을 신경 세포의 세포체가 아닌 수상돌기라고 불리는 가시 돌기로 물리적으로 연결합니다.

이번 발견은 쥐를 대상으로 한 연구에서 비롯된 것으로, 연구자들은 살아있는 동물에서 단일 세포 해상도를 포착하는 소형 현미경을 포함한 고급 영상 기술을 사용하여 기억 형성을 관찰했습니다.

연구에 따르면 기억은 수상돌기 구획에 저장된다. 하나의 기억이 형성되면, 영향을 받은 수상돌기는 다음 몇 시간 내에 도착하는 새로운 정보를 포착하도록 준비되며, 시간적으로 가까운 곳에서 형성된 기억을 연결합니다.

"뉴런을 컴퓨터라고 생각하면 수상돌기는 그 안에 있는 작은 컴퓨터와 같으며, 각각이 자체 계산을 수행합니다." 오하이오 주립 대학의 심리학 조교수이자 수석 저자인 메가 세갈의 말입니다. "이 발견은 우리 뇌가 시간적으로 가까운 곳에 도착한 정보를 같은 수상돌기 위치에 연결하여 기억이 어떻게 구성되는지에 대한 이해를 확장할 수 있음을 보여줍니다."

해당 연구는 최근 Nature Neuroscience 저널에 게재되었습니다.

대부분의 학습 및 기억에 대한 연구는 뇌에서 단일 기억이 어떻게 형성되는지에 초점을 두었지만, 세갈의 연구실에서는 여러 기억이 어떻게 구성되는지 알아내는 것을 목표로 합니다.

"아이디어는 우리가 기억을 고립적으로 형성하지 않는다는 것입니다. 단일 기억을 형성하지 않습니다. 그 기억을 사용하고 기억의 프레임워크를 만든 다음 적응적 결정을 내릴 때 그 프레임워크에서 끌어옵니다."라고 그녀는 말했습니다.

주요 뇌 세포인 뉴런은 정보를 인코딩하고 전달하는 것으로 알려져 있습니다. 뉴런에서 뻗어 나온 가지 모양의 돌기인 수상돌기는 정보가 처리되는 방식, 들어오는 정보를 수신하여 뉴런 세포체로 전달하는 데 중요한 역할을 합니다.

하지만 수상돌기는 수동적인 통로가 아닙니다. 각 수상돌기 가지는 독립적인 계산 단위로 작용할 수 있습니다. 수상돌기가 뇌의 기능에서 중요한 역할을 한다고 생각되었지만, 지금까지 학습과 기억을 어떻게 형성하는지는 불분명했습니다.

실험에서 쥐를 짧은 시간 안에 두 가지 다른 환경에 노출시켰을 때, 연구팀은 이 공간의 기억이 연결된다는 것을 발견했습니다. 쥐가 이 공간 중 하나에서 가벼운 충격을 받으면, 동물은 두 환경 모두에서 두려움에 얼어붙어 한 방의 충격을 다른 방과 연관시켰습니다.

이 연구는 공간적, 맥락적 기억에 중요한 뇌 영역인 후두엽 피질(RSC)에 초점을 맞췄습니다. 연구자들은 연결된 기억이 동일한 RSC 뉴런 그룹과 그들의 수상돌기 가지를 지속적으로 활성화한다는 것을 관찰했습니다.

연구팀은 수상돌기 가시를 시각화하여 수상돌기 수준에서 이러한 변화를 추적했습니다. 수상돌기 가시는 뉴런이 소통하는 수상돌기의 작은 돌기입니다. 새로운 기억의 형성은 클러스터된 수상돌기 가시의 추가를 촉발했는데, 이는 뉴런 간의 소통을 강화하고 학습을 촉진하는 데 중요한 과정입니다.

첫 번째 기억 이후에 형성된 수상돌기 가시 덩어리는 두 번째 밀접한 시점의 기억 동안 새로운 수상돌기를 끌어들일 가능성이 더 높았으며, 이로 인해 뇌에서 그러한 경험이 물리적으로 연결되었습니다.

기억을 연결하는 데 있어서 수상돌기의 역할을 확인하기 위해, 연구팀은 광유전학을 사용했는데, 이는 연구자들이 빛으로 뉴런을 제어할 수 있게 해주는 기술입니다. 기억 형성 중에 활성화되었던 특정 수상돌기 부분을 재활성화함으로써, 그들은 그렇지 않으면 관련이 없었던 기억을 연결할 수 있었고, 이는 기억 네트워크를 형성하는 데 있어서 수상돌기 변화의 중요성을 더욱 입증했습니다.

세갈은 이번 연구 결과가 기억을 연결하는 데 있어서 이전에 알려지지 않았던 수상돌기의 역할을 밝혀냈을 뿐만 아니라 기억 관련 장애를 이해하는 새로운 길을 열어준다고 말했습니다.

"우리의 연구는 기억이 형성되는 방식에 대한 이해를 확장할 뿐만 아니라 고차원 기억 과정을 조작할 수 있는 흥미로운 새로운 가능성을 제시합니다." 그녀는 말했다. "이것은 알츠하이머병과 같은 기억 관련 질환에 대한 치료법을 개발하는 데 영향을 미칠 수 있습니다."

세갈은 UCLA 학습 및 기억 통합 센터의 이사인 알치노 실바, 그리스 헬라스 연구 기술 재단의 연구 이사인 파나요타 포이라지와 함께 연구를 공동으로 진행했습니다.

이 연구는 국립 정신 건강 연구소, 국립 노화 연구소, Dr. Miriam and Sheldon G. Adelson 의학 연구 재단, 유럽 위원회, 국립 보건원, 베를린 아인슈타인 재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250321163557.htm