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- 전극 캡을 사용해 참가자의 두 뇌 영역을 선택적으로 자극
- 하나는 장기 기억과 밀접한 관련이 있는 전전두엽 피질이고
- 다른 하나는 청각-언어 단기 기억을 형성하는 하두정엽
- 4일간의 20분 자극으로 약 한 달 동안 기억력 향상
- 긍정적인 효과가 치매 환자에게도 나타나는지는 아직 알려지지 않아

신경 자극은 단어 기억을 향상시킨다.
특정 뇌 부위에 자극 주파수를 조절해 긍정적인 효과

선택적 효과:
뇌의 특정 영역이 약한 교류로 자극되면 실험에서 알 수 있듯이 적어도 약간은 단어 기억을 촉진할 수 있다. 4일간의 20분 자극으로 약 한 달 동안 기억력이 향상되었다. 이를 위해서는 현재 주파수를 장단기 기억에 중요한 두 영역의 뇌파와 일치시키는 것이 중요했다. 그러나 이러한 긍정적인 효과가 치매 환자에게도 나타나는지는 아직 알려지지 않았다. 

▲ 신경 자극 중 피험자 중 하나.© Robert Reinhart

전기장 또는 자기장을 이용한 뇌 자극은 심각한 우울증, 파킨슨병 및 기타 질병이 있는 환자에게 오랫동안 사용돼 왔다. 그러나 뇌 또는 뇌의 특정 영역에 대한 표적 자극이 기억 문제와 치매에도 도움이 될 수 있는지는 불분명하다. 알츠하이머 환자를 대상으로 한 전기 "뇌 박동 조절기" 또는 자기 자극을 사용한 일부 파일럿 연구에서 유망한 결과를 얻었지만 다른 연구에서는 명확하게 긍정적인 효과를 식별할 수 없었다.

초점을 맞춘 두 개의 뇌 영역

보스턴 대학의 Shrey Grover와 그의 동료들은 이러한 모순에 대한 이유를 찾았을 것이다.
이에 따르면 신경 자극은 분명히 올바른 장소의 올바른 주파수에 달려 있다. 그들의 연구를 위해 연구원들은 두 가지 다른 AC 주파수가 청각-언어 기억, 즉 들은 단어의 기억에 미치는 영향을 조사했다. 테스트에서 65세 이상의 피험자는 각각 20개의 단어 목록을 들은 다음 가능한 한 완전히 반복하도록 요청했다.

이 작업 동안 전극 캡을 사용해 참가자의 두 뇌 영역을 선택적으로 자극했다. 하나는 장기 기억과 밀접한 관련이 있는 전전두엽 피질이고, 다른 하나는 청각-언어 단기 기억을 형성하는 하두정엽이다. 이 "작업 기억"은 예를 들어 문장의 끝 부분을 계속 기억할 수 있도록 하지만 제한된 용량만 가지고 있다.

▲ 모델 안내, 고화질 신경 조절. (출처: 관련논문 Long-lasting, dissociable improvements in working memory and long-term memory in older adults with repetitive neuromodulation / Published: 22 August 2022 / nature neuroscience)

주파수에 따라 다르다.

현재 가설에 따르면 하이라이트는 단기 및 장기 기억도 다양한 유형의 뇌파와 관련돼 있다는 것이다. 주파수가 4~8Hz인 세타파는 단기 기억과 밀접한 관련이 있는 것으로 보이며, 30Hz 이상의 고주파 감마파는 장기 기억과 관련이 있다. 따라서 그들의 실험에서 과학자들은 4Hz의 적절한 세타 주파수를 가진 전극 캡을 사용해 150명의 실험 대상 중 일부의 두정엽을 자극한 반면, 전두엽은 60헤르츠의 감마파 주기에서 교류로 자극했다.

다른 그룹에서는 두 주파수가 모두 바뀌었고 세 번째 그룹은 가짜 치료만 받았다. 자극은 20분 동안 지속되었고, 4일 연속 반복했다. 실험 시작 전과 한 달 후, 기본 인지능력 외에 단어 기억력을 테스트하는 최종 테스트를 진행했다.

단어에 대한 장단기 기억력 향상

결과:
두 개의 뇌 영역을 적절한 빈도로 자극하면 단어 테스트에서 피실험자가 훨씬 더 나은 수행을 보였다. 주파수가 바뀌면 그렇지 않았다. 평균적으로 그들은 치료일과 한 달 후 모두 약간 더 많은 단어를 기억했다. Grover와 그의 동료들은 "이것은 이러한 자극 유발 개선이 특히 주파수와 면적에 의존한다는 것을 시사한다"라고 설명했다.

두 가지 별도의 효과가 발견되었다. 감마 교류 전류로 전두엽을 자극하면 주로 20개 부분으로 구성된 목록의 시작 부분부터 단어 기억력이 향상되어 장기 기억력이 향상됐다. 대조적으로, 저주파 세타 리듬에서 두정엽이 자극되었을 때, 피험자들은 목록의 마지막 4개 단어를 더 잘 기억할 수 있었다. 이것은 개선된 단기 기억을 나타낸다. 평균적으로 네 단어 각각의 적중률은 약 20% 향상되었다.

"따라서 우리의 결과는 기능별 뇌파 리듬의 선택적 조절이 노인의 기억 기능을 향상시킬 수 있음을 시사합니다."라고 Grover와 그의 동료들은 씁니다. 그러나 실험은 일반적인 기억력을 향상시키지 않았고 기억력의 매우 좁게 정의된 측면만 향상시켰습니다. 예를 들어, 효과는 단어 목록의 시작과 끝에 있는 단어에만 영향을 미쳤지만 회상된 총 단어 수에는 영향을 미치지 않았습니다.

치매 치료제는 아직 없다.

반면, 초기에 인지능력이 좋지 않은 노인들은 특히 자극의 혜택을 받았고 4일 치료의 긍정적인 효과는 약 한 달 동안 지속되었다. 그럼에도 불구하고 팀은 초기에 선택적 신경자극을 기본 연구를 위한 도구로 보고 있다. 과학자들은 그러한 치료법이 치매 및 기타 신경퇴행성 질환을 앓고 있는 사람들에게도 도움이 될 수 있는 정도가 여전히 더 많은 연구가 필요하다고 강조한다.

뮌헨에 있는 독일 신경퇴행성 질환 센터(DZNE)의 요하네스 레빈(Johannes Levin)도 비슷한 견해를 갖고 있다. “그러한 또는 유사한 연구에서 노년기의 인지 저하 또는 치매 환자를 위한 치료 옵션이 발견되었을 수 있다는 희망을 불러일으킬 때 항상 비판적이다"라고 연구에 참여하지 않은 신경과학자 레빈이 말했다.
(Nature Neuroscience, 2022; doi: 10.1038/s41593-022-01132-3)
출처: 네이처 신경과학

[더사이언스플러스=문광주 기자] "Green Soul, Beautiful Science"

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