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미국 매사추세츠 종합병원 등이 주도한 연구진은 사람의 뇌가 이런 활동을 일부러 하는 이유로 경험을 정리함으로써 예전 기억을 덧씌우지 않고 새로운 기억을 오랜 기간 보존하기 위한 것으로 추정한다.
이들 연구자는 깨어있을 때의 체험을 잘 때 뇌에서 재현하는 것을 ‘오프라인 리플레이’라고 말한다. 이는 오래전부터 동물들에서 관찰된 현상이지만, 사람에게서 관찰된 사례는 이번이 처음이다.
사실 이 연구의 참가자들은 사지마비 환자 두 명으로 이들은 뇌의 신호를 검출해 컴퓨터나 로봇 팔 등을 조작하도록 하는 실험에도 참여하고 있다. 따라서 이들 참가자의 대뇌피질 일부에는 전극이 이식돼 있다. 이번 연구가 가능했던 이유도 바로 이 때문이다.
이런 전극을 이용하면 이들 참가자가 깨어있는 동안과 잠든 사이에 발화(firing)한 신경세포를 검출할 수 있다. 이런 기회는 흔치 않으니만큼 전례없는 연구인 것이다.
연구진은 이 연구에서 자고 있는 동안의 오프라인 리플레이를 관찰하기 위해 이들 참가자에게 잠자기 전후 ‘사이먼’이라는 이름의 기억 놀이를 하도록 요청했다.
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그 결과, 자고 있는 참가자들의 신경세포에서도 이 놀이를 하고 있을 때와 같은 패턴으로 발화하는 것으로 확인됐다.
이는 이들이 잠든 사이에도 머릿속으로 놀이를 하고 있었다는 점을 시사한다. 일어나 있을 때의 놀이 활동으로 생긴 발화 패턴이 신경세포 수준으로 재현되고 있던 것이다.
연구진의 견해에 따르면, 이런 오프라인 리플레이는 하루 동안의 경험을 이해하고 이를 새로운 기억으로 저장하는 데 도움을 주려는 것이다.
그리고 이 과정에는 해마와 신피질이라는 뇌 영역이 관계돼 있을 가능성이 높다.
해마는 대뇌피질 아래에 있는 작은 해마처럼 생긴 영역으로 기억과 밀접한 관계가 있다. 신피질은 뇌 표면의 주름 부분으로 감각 정보의 처리와 자발적 동작 제어 그리고 의사결정을 담당한다.
특히 해마는 가소성이 매우 높은 부위다. 이는 뉴런 사이 연결인 시냅스의 세기가 빨리 변한다는 것. 하지만 신피질의 가소성은 해마만큼은 아니다. 이는 새로운 기억을 빠르게 만드는 것이 서툴다는 것을 의미한다. 그 대신 한 번의 기억을 저장하면 그렇게 쉽게 잃지 않는다. 해마처럼 옛 기억이 새로운 기억으로 바뀌는 일도 없다.
따라서 해마는 체험이라는 스냅 사진을 찍는다고도 말할 수 있다. 무슨 일이 생기면 얼른 신경세포의 결합을 강화해 이를 기록한다. 기억은 이후 같은 신경세포가 다시 활성화됐을 때 느껴지는 체험이다.
오프라인 리플레이에서는 이런 기억이 서서히 신피질로 저장된다. 하지만 핵심은 신피질에는 이미 그동안 축적된 기억과 지식이 저장돼 있고 새로운 기억은 그 속으로 편입된다는 것이다. 이 경우 기존 정보가 새로운 정보로 덮어쓰기 돼 사라지는 일은 없다.
따라서 평소 양질의 수면이 중요하다는 것은 바로 이 점에 있다. 시험이나 중요한 면접이 있는 날의 전날 밤에는 제대로 잠을 자면 인지 능력을 끌어올리기가 쉽다. 즉 공부하고 난 뒤에 잠을 자면 배운 점을 기억하는 데 도움이 될 수 있다는 것이다.
자세한 연구 성과는 국제 학술지 셀 리포츠(Cell Reports) 최신호(5월 5일자)에 실렸다.
사진=Cell Reports
윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
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