기억 장기 저장소

 만약 여러분이 세포 크기로 줄어들어서 누군가의 뇌 안을 돌아다닌다면, 정확히 어디서 그들의 기억을 찾을 것인가? 아마 여러분은 뉴런을 보고 싶을 것이다. 결국 세포 수준에서는 실제로 뉴런을 보는 것 외에 아무것도 없다. 그러나 그것이 어디서 여러분이 기억을 찾아야 하는지를 말하는 것은 아니다. 연구는 기억을 찾기 위한 최고의 장소는 뉴런들 사이의 작은 공간이라고 제안한다. 시냅스가 한 뉴런의 축색과 다른 뉴런의 수상돌기 사이의 작은 공간이라는 것, 그리고 이런 시냅스들을 통해 신경전달 물질을 보냄으로써 뉴런들끼리 의사소통할 수 있다는 것을 이거하는가? 알다시피, 시냅스를 통해서 신경전달물질을 보내는 행동이 실제로 시냅스를 변화시키기 때문이다. 구체적으로, 그것은 두 뉴런 사이의 연결을 강화시켜서 다음에 서로 전달하기 쉽게 만든다. 이것이 연구자들이 종종 "함께 활성화되는 세포는 서로 연결되어 있다."라고 말하는 이유이다. 

 뉴런들 사이의 연결은 그들의 의사소통에 의해 강화되고 그래서 다음번에 더 쉽게 의사소통하도록 만든다는 생각은 장기 기억에 대한 신경학적인 기초가 되었다. 그리고 우리가 알고 있는 많은 지식들은 아플라시아라는 작은 바다 달팽이의 연구로부터 비롯되었다. 겨우 2만 개의 뉴런으로 구성되어 잇는 단순한 신경 체계를 가지고 있기 때문에 아플라시아는 연구자들을 매료시켰다. 상대적으로 복잡하지 않기 때문이다. 실험자가 아플라시아의 꼬리를 미세한 전기 쇼크로 자극하면, 그 달팽이는 즉시 입을 움츠린다. 그리고 실험자가 잠시 후에 다시 쇼크를 준다면, 아플라시아는 심지어 더 빨리 목을 움츠린다. 만약 실험자가 한 시간이 지난 후에 돌아와서 아플라시아에게 전기 쇼크를 주면, 처음 실험했을 때와 마찬가지로 목 움츠리기 행동이 매우 천천히 일어난다. 마치 이전에 무슨 일이 있었는지 기억하지 못하는 것처럼 말이다. 그러나 만약 실험자가 아플라시아에게 계속해서 전기 쇼크를 준다면, 며칠 혹은 몇 주 동안이나 지속될 수 있는 지속적인 기억으로 발전한다. 연구는 장기 기억 저장소가 뉴런들 사이에 새로운 시냅스의 연결이 발달하는 것과 관련이 있다고 제안하다. 그래서 아플라시아의 학습은 단기 기억 저장소와 장기 기억 저장소 모두의 시냅스를 필요로 한다. 기억을 만드는 경험들은 여러분이 새일 때조차도 신경 체계의 물리적 변화를 만들어 낸다.

 만약에 여러분이 달팽이보다 더 복잡한 어떤 것이라면 시냅스 강화에 나타나는 유사한 처리 과정은 새로운 장기 기억을 저장하는 데 중요한 영역인 해마에서 발생한다. 1970년대 초에 연구자들은 쥐의 해마에서 신경학적 경로에 빠른 전기적 자극을 가했다. 그들은 전기적 흐름이 경로를 따라 놓여 있는 시냅스들 사이에 연결을 더 강하게 만들고 몇 시간 혹은 몇 주까지도 그 강화가 지속되는 것을 발견했다. 그들은 이것을 일반적으로 LTP로 더 잘 알려진, 장기 시냅스 강화라고 불렀다. 이는 시냅스 연결의 강화로 발생한 향상된 신경 처리 과정이다. 장기 시냅스 강화는 그것이 장기 기억 저장소에 중요한 역할을 한다는 것을 말해주는 수많은 속성들을 가지고 있다. 그것은 해마 안의 여러 경로들에서 발생하고 급속하게 일어날 수 있고 오랜 시간 동안 지속될 수 있다. 사실 LTP를 막는 약들은 쥐를 설취류 버전의 HM 환자로 만들 수 있다. 그 쥐들은 그들이 최근에 어디에 있었는지 기억하는 데 매우 큰 어려움을 겪고 미로에서 쉽게 길을 잃는다.

 그렇다면 LTP가 어떻게 발생하는가? 더 강한 시냅스 연결을 만들기 위해서 해마에 잇는 뉴런에서는 무슨 일이 일어나는가? 주요 행위자는 공식적으로 N-메틸-D-아스파트산염 이라고 더 잘 알려진 NMDA라 불리는 신경 수용체이다. NMDA 수용체는 대부분의 해마 경로들에서 LTP의 개시를 통제함으로써 시냅스를 거쳐 한 뉴런으로부터 또 다른 뉴런으로의 정보 흐름에 영향을 준다. 여기에 어떻게 작용하는지가 있다. 해마는 뇌의 다른 영역들보다 훨씬 더 많은 풍부한 NMDA를 가지고 있다. 해마가 장기 기억의 형성 초기에 관련되어 있기 때문에 이는 놀라운 것이 아니다. 그러나 MMDA 수용체가 활성화되기 위해서는 두 가지가 동시에 발생해야 한다. 첫째, 시냅스전 또는 '보내는' 뉴런이 글루타메이트 라는 신경전달물질을 방출해야 하고, 그 물질은 시냅스 후 혹은 '받는' 뉴런의 NMDA 수용체에 붙어 있다. 둘째, 시냅스 후 뉴런에서 흥분이 일어나야 한다. 이러한 두 사건이 함께 LTP를 일으키고, 함께 발화된 뉴런들이 같이 연결되면서 차례로 시냅스 연결을 증가시킨다.

 여러분이 이런 종류의 세포 주변을 돌아다니고 있다는 것을 잊지 말라. 실제로 세포 크기로 줄어들지 않은 채로 잠시 동안 큰 그림을 보라. 인간과 다른 동물들이 장기 기억을 형성하기 쉽다고 말하기는 쉽다. 우리는 사람들의 행동을 보고 정보가 저장되었고, 다시 불러올 수 있고, 작용할 수 있다고 말할 수 있다. 그러나 그것은 어떻게 왜 장기 기억이 형성되는가를 이해하는 것과는 다른 문제이다. LTP와 NMDA 수송체의 신경학적 연구는 생물학적인 기반을 가지고 우리가 관찰할 수 있는 정신적 현상을 연결할 수 있도록 도와준다. 궁극적으로 어떻게 LTP가 장기 기억의 형성을 초래하는지 보여 주기 위해서 이 분야에서 행해져야 할 더 많은 과제들이 남아 있다. 그러나 지금까지의 연구들이 의미하는 것은 상당하다. 여러분은 '최신 과학' 에서 여기에 관련된 것들을 읽을 수 있다.

 

-최신 과학: 기억 약물?

 사람들이 기억 향상 약물보다 더 반기는 물질들을 상상하는 것은 어렵다. 기억 강화제는 노화와 질병으로 인한 망각을 제거하는 것을 도울 수 있다. 더욱이 그러한 약물은 사람들이 과거를 더 명확히 기억하고 학교나 직장에서 새로운 정보를 더 쉽게 습득할 수 있도록 돕는다. 과학자들이 기억에 관해 더 많은 것을 연구하기 때문에 우리는 우리를 애타게 하는 이 목표에 가까워지고 있다.

 대부분 흥미로운 증거들의 일부는 쥐의 기억을 향상시키는 유전자를 식별하기 위해 기억과 LTP를 연결하는 초기 발견들에 기초한 연구들로부터 온다. 그 유전자는 LTP 개시를 도움으로써 장기 기억에 중요한 역할을 하는 NMDA 수용기를 보조하는 단백질을 생성한다. 이 유전자의 여분의 복제본들을 가지고 번식된 쥐들은 그들의 NMDA 수용기에서의 더 많은 활성화와 더 많은 LTP가 나타났고, 공간 배치를 학습하는 것, 친근한 대상을 제안하는 것, 공포를 유도하는 전기 쇼크를 기억하는 것 등의 여러 가지 다른 기억 과제들의 수행이 향상되었다.