[지금은 과학] 기억, 특정 부위 아닌 뇌 전체에 흩어져 저장된다

[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 기억을 저장하는 다양한 뇌 부위 세포들의 분포를 지도로 제작하는 데 성공했다. 기억이 몇몇 뇌 부위에 국한돼 저장된다는 기존 예측과 달리 단일 기억이 뇌 전체에 흩어져 저장된다는 것을 알아냈다.

다양한 뇌 부위의 기억저장 세포 활성화가 기억에 모두 필요하다는 점을 확인한 것이다. 기억 작동원리에 대한 이해를 통해 인간의 기억저장을 본뜬 인공지능 개발에 도움을 줄 수 있다. 또 학습과 기억에 관련된 질환(치매, 외상후 스트레스 장애 등)의 더 효과적 치료법 개발이 가능할 것으로 기대된다.

카이스트(KAIST, 총장 이광형)는 바이오및뇌공학과 박영균 교수 연구팀이 메사추세츠 공과대학(MIT) 정광훈 교수와 스스무 도네가와(Susumu Tonegawa) 교수 공동연구팀과 함께 단일 기억을 저장하는 세포들을 생쥐의 뇌 전체에서 매핑하는 기법을 개발하고 이를 통해 공간 공포 기억을 저장하는 새로운 뇌 부위 세포들을 발견했다고 2일 발표했다.

기억은 주로 몇몇 뇌 부위에 국한해 연구돼왔다. 공포 기억은 편도체, 공간 기억은 해마의 세포들에 저장된다고 생각돼왔다. 단일 기억이 다양한 뇌 부위에 나누어 저장될 것이라는 가설도 제시되기는 했었다. 이러한 가설은 기억을 저장하는 세포들의 분포를 뇌 전체에서 확인(매핑)함으로써 확실한 검증이 가능한데 기술적 한계로 이뤄지지 못했다.

공동연구팀은 기존 팀이 개발한 전뇌 투명화 기술(SHIELD), 초고속 전뇌 면역염색 기술(eFLASH)을 통해 공간 공포 기억을 학습한 생쥐에서 기억의 학습과 회상을 할 때 모두 활성화된 세포들을 뇌 전체에서 매핑했다.

이를 통해 공간 공포 기억을 저장하고 있을 확률이 높은 뇌 부위의 세포들을 생쥐 뇌 전체에서 찾아낼 수 있었다. 이후 해당 세포들을 광유전학적 방법으로 조절해 해당 세포들에 공간 공포 기억이 저장됐음을 확인함으로써 공간 공포 기억을 저장하는 7개의 새로운 뇌 부위와 세포들을 연구팀은 찾아낼 수 있었다.

기억에 다양한 뇌 부위의 기억저장 세포들이 모두 필요한 이유는 무엇일까. 연구팀은 이를 확인하기 위해 화학유전학 기법을 통해 다양한 뇌 부위의 기억저장 세포들을 한꺼번에 자극했다.

그 결과 뇌 한 부위의 기억저장 세포를 자극했을 때와 다르게 자연적 기억 회상에 가까운 기억의 완전한 회상이 유도됨을 확인했다. 이는 다양한 뇌 부위의 기억저장 세포들의 활성이 기억에 모두 필요함을 의미한다.

박영균 교수는 "이번 연구는 연구팀이 기존에 개발한 기술들에 힘입어 기억저장 세포의 매핑을 최초로 실현하고 이를 통해 단일 기억이 다양한 뇌 부위 세포들에 흩어져 저장됨을 증명한 데 의의가 있다ˮ며 "이번 연구에서 밝혀진 기억저장 세포의 뇌 지도는 각 뇌 부위의 세포와 세포 간 상호작용이 기억에 있어 각각 어떠한 세부적 기능을 하는지에 관한 연구를 촉진함으로써 기억의 메커니즘에 대한 완전한 이해를 도울 수 있다ˮ고 말했다.

이번 연구 결과(논문명: Brain-wide mapping reveals that engrams for a single memory are distributed across multiple brain regions)는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 4월 4일 자에 실렸다.