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- 기억하는 쥐의 뇌를 들여다 봄, 실험쥐 247개 뇌 영역 뉴런을 형광 마커로 표시
- 이미 알려진 기억 영역의 뉴런 외에도 많은 다른 뇌 영역도 켜졌다.
- 활동 패턴(엔그램)은 쥐의 거의 전체 뇌에 걸쳐 있다.
- 기억 장애가 해마나 피질의 기능 장애로 인한 것이면 기억 엔그램과 관련된 다른 영역을 자극하는 것이 도움이 될 수 있다.

기억은 뇌 전체의 네트워크다.
뇌는 기억 내용을 국부적으로 저장하지 않고 뇌 전체에 분산한다.

특정 영역의 국부적(local)이 아니라 흩어져:
생각과 달리 우리의 뇌는 기억 내용을 하나 또는 몇 개의 영역에만 저장하지 않는다. 연구에 따르면 각 메모리에 대해 전체 뇌에 분산된 네트워크를 만든다. 기억을 저장하고 검색할 때 중뇌와 뇌간, 따라서 이전에는 고려하지 않았던 기억 영역에 위치한 뉴런도 활성화된다. 

▲ 이 쥐가 새로운 기억을 저장하면 뇌 전체의 뉴런이 기억 네트워크를 형성한다. © Tonegawa Lab/ Picower Institute MIT

기존의 통념에 따르면 기억은 특정 뇌 세포와 영역의 생화학적 변화를 통해 생성된다. 특히 해마는 피질에서 기억 내용의 저장 및 인출을 제어하는 ​​센터로 여겨진다. "중앙"과 저장 위치 간의 연결이 강할수록 각 정보를 더 잘 기억할 수 있다.

기억하는 쥐의 뇌를 들여다보았다.

우리의 메모리 저장소는 얼마나 국부적일까? 특정 정보는 항상 제한된 뇌 영역의 네트워크 뉴런으로만 표현될까? MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 Dheeraj Roy와 그의 동료들은 이 질문을 조사했다. 그들은 20세기 초에 이미 뇌에 분산된 기억 네트워크인 메모리 엔그램의 아이디어를 옹호한 독일 동물학자 리하르트 세몬(Richard Semon)의 이론에서 영감을 받았다.

이를 확인하기 위해 연구원들은 실험쥐의 247개 뇌 영역에 있는 뉴런을 형광 마커로 표시했다. 이것은 정보를 저장하거나 불러오는 데 필요한 유전자가 이 영역의 뇌 세포에서 활성화되었을 때 밝혀진다. 그런 다음 그들은 새로운 기억을 형성해야 하는 상황에 생쥐를 노출시켰다. 즉, 평소의 우리에서 컨테이너로 옮겨져 낮은 수준의 전기 충격을 가했다. 이는 실험쥐들에게 불편하고 기억에 남는 경험이었다. 

▲ 쥐 뇌의 활성 뉴런은 새로운 기억 내용을 저장하고(위) 회상한다. © Tonegawa Lab/ Picower Institute MIT

뇌 전반에 걸친 네트워크 활동

해마, 공포를 담당하는 편도체, 피질과 같이 이미 알려진 기억 영역의 뉴런 외에도 많은 다른 뇌 영역도 켜진 것으로 나타났다. Roy와 그의 동료들은 "이전에 학습 및 기억 센터로 확인된 영역 외에도 중뇌 및 뇌간 핵의 구조도 포함했다"고 보고했다. 활동 패턴(엔그램)은 쥐의 거의 전체 뇌에 걸쳐 있다.

단일 메모리 조각은 로컬 메모리 네트워크 그 이상을 포함한다. "특정 메모리의 엔그램 매핑은 메모리가 한 뇌 영역에 저장되지 않고 여러 뇌 영역에 분산된 엔그램 앙상블 체인에 저장되어 있음을 확인했다"고 과학자들을 기술했다.

▲ 확인된 엔그램 세포(그림 4)의 시상 마우스 뇌 섹션의 분포. 해마(HPC). (출처: 관련논문 Fig 7. Brain-wide mapping reveals that engrams for a single memory are distributed across multiple brain regions)

로컬 활성화는 전체 네트워크를 "깨워준다“

흥미로운 사실은 Roy와 그의 팀이 쥐의 기억 네트워크에서 개별 뉴런을 구체적으로 활성화했을 때 엔그램의 나머지 부분도 함께 활성화되었다는 점이다. "자연적 기억 검색 중에 발생하는 패턴의 적어도 일부는 이러한 방식으로 재현될 수 있다"고 연구원들은 말했다. 동물의 행동도 이와 일치했다. 예를 들어 이전에 감전과 연결된 용기에 다시 넣어두었을 때 두려운 기억이 자연스럽게 회상될 때와 유사하게 불안한 방식으로 반응했다.

"이것은 이러한 기억 앙상블의 성공적인 재활성화가 성공적인 기억의 중요한 구성 요소라는 가정을 뒷받침한다"고 연구자들은 말했다. 그들의 테스트에 따르면 검색하는 동안 활성화되는 기억 네트워크의 부분이 많을수록 기억이 더 강하고 명확해진다. "여러 엔그램을 이러한 네트워크에 결합하면 메모리를 보다 효율적으로 저장하고 검색하는 데 도움이 될 수 있다"고 Roy는 추측했다.

메모리 문제에 대한 도움
연구팀에 따르면 그들의 발견은 Richard Semon의 이론을 확인시켜줄 뿐만 아니라 현대 신경학에도 도움이 될 수 있다고 한다. "기억 장애가 해마나 피질의 기능 장애로 인한 것이라면 기억 엔그램과 관련된 다른 영역을 자극하는 것이 도움이 될 수 있다"고 Roy는 말했다.

쥐의 기억 엔그램과 관련된 117개 뇌 영역의 연구원들이 작성한 목록이 이에 기여할 수 있다. "향후 연구에서는 이러한 엔그램 세포 앙상블과 기능적 연결성을 더 잘 매핑하기 위해 이 리소스를 사용할 수 있다"고 팀이 말했다.
(nature communications, 2022, doi: 10.1038/s41467-022-29384-4)
출처: 매사추세츠 공과대학(MIT)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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