과학자들이 뇌가 기억을 저장하는 방식에 대한 중요한 수수께끼를 풀어냈습니다.

뇌는 '무엇'과 '어디'를 별도로 저장하고, 기억해야 할 때만 이 둘을 연결합니다. (사진 제공: Shutterstock)

유용한 기억이 되려면 뇌는 일어난 일과 그 일이 일어난 상황을 연결해야 합니다. 본 대학의 연구진은 인간의 뇌가 이 작업을 어떻게 처리하는지 밝혀냈습니다. 연구 결과에 따르면, 두 개의 서로 다른 뉴런 그룹이 내용과 맥락을 별도로 저장한 다음, 활동을 조율하여 완전한 기억을 형성합니다. 뇌는 두 가지 유형의 정보를 같은 세포 안에 혼합하는 대신, 이들을 분리하여 보관하고 필요할 때 연결합니다. 이 연구 결과는 학술지 네이처(Nature)에 발표되었습니다.

사람들은 매우 다른 상황에서도 같은 사람이나 사물을 알아보는 놀라운 능력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 친구와 저녁 식사를 하는 것과 같은 사람과 비즈니스 미팅에 참석하는 것을 쉽게 구분할 수 있습니다. 본 대학교 간질센터(UKB) 간질학과 교수이자 본 대학교 생명과 건강 융합 연구 분야(TRA) 소속인 플로리안 모르만 교수는 "뇌의 기억 중추 깊숙한 곳에 있는 개념 뉴런이라는 특정 세포들이 그 친구가 어떤 환경에 있든 상관없이 그 친구를 알아보는 반응을 보인다는 사실은 이미 알려져 있습니다."라고 말합니다.

동시에 뇌는 저장된 내용을 주변 맥락과 연결하여 의미 있는 기억을 만들어야 합니다. 설치류의 경우, 개별 뉴런은 종종 두 가지 유형의 정보를 모두 결합합니다. 본 대학교 간질학과 연구팀장이자 TRA "생명과 건강" 회원인 마르셀 바우쉬 박사는 "우리는 다음과 같은 질문을 스스로에게 던졌습니다. 인간의 뇌는 이 부분에서 근본적으로 다르게 기능하는가? 보다 유연한 기억을 가능하게 하기 위해 내용과 맥락을 별도로 연결하는가? 그리고 맥락에 따라 특정 내용을 기억해야 할 때 이러한 개별 정보들은 어떻게 연결되는가?"라고 말합니다.

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이러한 질문들을 탐구하기 위해 연구팀은 약물 저항성 간질 환자의 개별 뉴런에서 발생하는 전기 신호를 기록했습니다. 임상 평가의 일환으로 환자들은 이미 기억에 중요한 해마와 그 주변 영역에 전극을 삽입한 상태였습니다. 의사들은 치료 옵션을 평가하기 위해 환자들의 발작을 모니터링했고, 환자들은 자발적으로 컴퓨터 기반 과제에도 참여했습니다.

이 실험에서 참가자들은 두 장의 이미지를 보고 다양한 유형의 질문에 답했습니다. 예를 들어, "더 큰가요?"라는 질문이 주어졌을 때 어떤 물체가 "더 큰지"를 묻는 식이었습니다. 모르만은 "이를 통해 뇌가 서로 다른 과제 상황에서 정확히 동일한 이미지를 어떻게 처리하는지 관찰할 수 있었습니다."라고 말했습니다.

기억을 담당하는 두 가지 서로 다른 뉴런 시스템

연구진은 3,000개 이상의 뉴런 활동을 조사하여 크게 두 그룹으로 나뉜 뉴런들을 확인했습니다. 한 그룹은 '콘텐츠 뉴런'으로, 수행하는 작업과 관계없이 비스킷과 같은 특정 이미지에 반응했습니다. 다른 그룹은 '맥락 뉴런'으로, 제시된 이미지와 관계없이 "더 큰가요?"와 같은 질문 유형에 반응했습니다. 설치류 연구 결과와는 달리, 두 가지 역할을 동시에 수행하는 뉴런은 소수에 불과했습니다.

"핵심적인 발견은 이 두 개의 독립적인 뉴런 그룹이 환자들이 과제를 정확하게 해결했을 때 내용과 맥락을 함께, 그리고 가장 안정적으로 인코딩한다는 점이었습니다."라고 바우쉬는 말합니다.

뇌는 어떻게 단서를 바탕으로 기억을 재구성하는가?

실험이 진행됨에 따라 이 두 뉴런 그룹 간의 상호작용은 더욱 강해졌습니다. 내용 뉴런의 활동은 불과 수십 밀리초 만에 맥락 뉴런의 반응을 예측하기 시작했습니다. 모르만은 "마치 '비스킷' 뉴런이 '더 큰가?' 뉴런을 자극하는 법을 배우는 것 같았다"고 말했습니다.

이러한 상호작용은 회상 과정에서 관련 맥락만 불러오는 제어 시스템처럼 작용합니다. 패턴 완성이라고 알려진 이 과정을 통해 뇌는 정보의 일부만 있더라도 완전한 기억을 재구성할 수 있습니다. 연구진에 따르면, 이러한 역할 분리는 인간 기억이 매우 적응력이 뛰어난 이유를 설명하는 데 도움이 됩니다. 뇌는 내용과 맥락을 별도의 "신경 라이브러리"에 저장함으로써 모든 가능한 조합에 대해 고유한 뉴런을 사용할 필요 없이 다양한 상황에 동일한 지식을 적용할 수 있습니다.

바우쉬는 "이러한 분업은 인간 기억의 유연성을 설명해 줄 수 있을 것입니다. 뇌는 내용과 맥락을 별도의 '신경 라이브러리'에 저장함으로써 각각의 조합에 특화된 뉴런 없이도 무수히 많은 새로운 상황에서 동일한 개념을 재사용할 수 있습니다."라고 말합니다. 모르만은 "이러한 뉴런 그룹들이 자발적으로 연결되는 능력 덕분에 우리는 개별 사건의 구체적인 세부 사항을 보존하면서 정보를 일반화할 수 있습니다."라고 덧붙입니다.

기억 연구의 미래는 어떻게 될까요?

본 연구에서 맥락은 화면에 표시된 질문으로 정의되었습니다. 그러나 실제 맥락은 우리가 처한 환경과 같은 수동적인 요소도 포함합니다. 향후 연구에서는 뇌가 이러한 일상적인 맥락을 동일한 방식으로 처리하는지 여부를 밝혀낼 필요가 있습니다. 또한 과학자들은 임상 환경 외의 다른 환경에서도 이러한 메커니즘을 검증할 계획입니다.

다음으로 중요한 단계는 이러한 뉴런 집단 간의 상호작용을 의도적으로 방해했을 때 어떤 일이 발생하는지 살펴보는 것입니다. 이를 통해 그러한 간섭이 개인이 올바른 맥락에서 정확한 기억을 떠올리거나 정확한 결정을 내리는 능력에 영향을 미치는지 밝혀낼 수 있을 것입니다.

본 연구는 독일 연구재단(DFG), 폭스바겐 재단, 그리고 노르트라인베스트팔렌 주 공동 프로젝트인 "iBehave"의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260324024247.htm