두뇌 속 저장 장치의 비밀

이정모(서울시립과학관장)

한림SA 시리즈13 『기억의 세계』. 우리는 좀처럼 기억이란 과정에 대해 놀라움을 느끼지 않는다. 기억을 잃어버리고 나서야 비로소 기억이 놀라운 행위라는 것을 깨닫는다. 어떻게 기억을 하고, 어떻게 기억을 잃는 걸까? 무엇보다도, 어떤 것은 기억하면서 어떤 것은 기억하지 못하는 이유는 무엇일까? 50년 이상의 연구를 통해 ‘기억센터’라는 뇌의 특정 영역이 기억을 전담한다는 사실이 밝혀졌다. 또한 기억에는 여러 가지 유형, 즉 사실, 경험, 일을 처리하는 방법 등 다양한 기억의 유형이 있다는 사실이 밝혀졌다.

1 기억이란 무엇인가? 11
1-1 기억의 좋은 점과 나쁜 점 12
1-2 무언가를 기억하는 이유는 무엇일까? 17
1-3 잘못 알려진 기억에 대한 네 가지 사실 22
1-4 이건 꼭 기억해야 합니다…, 그러지 않으면 안 되니까 26
1-5 기억을 이야기하다 : 노벨상 수상자 에릭 캔들과의 대화 30

2 기억의 해부 37
2-1 기억은 어떻게 저장되는가? 38
2-2 단기 기억과 장기 기억 39
2-3 기억을 고정하기 43
2-4 기억 코드 60
2-5 할머니 뇌세포 72
2-6 과거에 대한 느낌 85

3 학습과 기억 99
3-1 총명한 생쥐 만들기 100
3-2 백질이 중요하다 111
3-3 수면 학습 126

4 기이한 사례 : 기억상실, 최면, 데자뷔 139
4-1 기억상실 유전자 140
4-2 최면, 기억, 그리고 뇌 144
4-3 기이하게 친숙한 151

5 트라우마 159
5-1 만성 통증이 기억과 기분에 미치는 영향 160
5-2 기억은 사라지지만, 감정은 지속된다 162
5-3 거짓 기억 만들기 165
5-4 괴로운 기억 지우기 179

6 노화 195
6-1 나이가 들면 왜 기억이 희미해질까? 196
6-2 수면 중 기억 저장과 나이 문제 199
6-3 나이 든 뉴런, 새로운 방법 202
6-4 유산소운동이 노인의 기억력을 향상시킨다 204
6-5 건강한 육체, 건강한 정신 207

7 기억력 향상 219
7-1 잠들면 꿈도 꾸겠지, 그리고 학습도 할 거야 220
7-2 기억하는 약 223
7-3 잊으려 애를 써봐도 228
7-4 뇌와 블루베리 242

감정은 어떻게 기억을 왜곡하는가?
수많은 미국인들은 펠프스처럼 그날에 대한 고통스런 기억이 있다. 사람들은 테러리스트의 공격 소식을 처음 들었을 때 어디에 있었고, 무엇을 하고 있었는지 그때의 충격과 공포를 아마 마음의 눈으로 떠올릴 수 있을 것이다. 하 지만 실제로 일어났다고 느낀 9?11에 대한 기억은 오류투성이일 가능성이 높다. “아주 작은 부분까지 기억해요. 제 말이 맞다니까요. 하지만 데이터는 제가 틀렸다고 하는군요.” 85쪽 이하 [과거에 대한 느낌]

자기 전에 학습하라
깨어 있을 때 했던 학습이 자면서 강화될 수는 있는 듯하다. 수많은 연구에서, 학습한 후에 수면을 하면 수면을 하지 않는 것보다 기억이 향상된다는 결과가 나왔다. 일부 연구에서는 ‘단서 주기(cueing)’라는 기법을 이용하면 자는 동안 특정 기억을 생성하는 데 도움이 된다는 결과가 나오기도 했다. 화면에 나오는 물체마다 정해진 소리를 들려주며 물체의 위치를 학습하게 한 사람들 중에서, 훈련 시간과 테스트 시간 사이에 잠을 자는 동안 소리를 들려 준 사람들은 물체의 위치를 훨씬 잘 기억했다. 127쪽 이하 [수면 학습]

머리에서는 사라지지만 가슴에는 남는다.
슬픈 영화를 보면 얼마나 오랫동안 울적한 느낌이 드는가? 슬픈 일에 대한 기억은 사라져도 그에 대한 감정은 오랫동안 지속된다. 기억이 손상된 사람들은 강렬한 감정을 남긴 사건 자체는 잊더라도 감정은 한참 후까지 간직하는 것으로 보인다. 실제로 그들은 사건에 대한 기억을 가진 사람보다 오랫동안 감정을 간직한다고 어느 과학 연구가 밝혔다. 161쪽 이하 [기억은 사라지지만 감정은 지속된다]

운동하면 기억한다.
많은 연구에서 운동이 노년의 뇌 건강 향상과 관련이 있다고 밝혀왔다. 한 대조시험(controlled trial)은 유산소 운동이 해마를 강화하면 뇌 건강에 어떻게 도움이 되는지 자세히 밝히고 있다. 나이가 들면 치매나 알츠하이머병 같은 신경 인지 장애가 없더라도 뇌의 일부가 줄어든다. 이 연구는 노년기에 약간의 활동을 하는 것만으로 뇌의 일부가 퇴화하는 것을 막거나 심지어 더 커지게 할 수도 있음을 보여주었다. 204쪽 이하 [유산소 운동이 노인의 기억력을 향상시킨다]

블루베리 먹으면 뇌에 도움이 될까?
최근 발표된 연구는, 블루베리에 든 플라보노이드(flavonoid)라는 화합물이 기억력, 학습 능력과 추론 능력, 의사 결정, 언어 이해, 수리 능력 등 일반적 인지 기능을 향상시킬 수도 있다는 의견을 제시했다. 그리고 성인의 식습관과 인지 기능을 비교한 여러 연구는 플라보노이드를 소비하면 노화에서 자주 나타나는 정신적 기능의 퇴화를 늦추는 데 도움이 되거나 알츠하이머병이나 파킨슨병을 예방해줄 수도 있다는 의견을 제시했다. 242쪽 이하 [뇌와 블루베리]

전통과 권위, 흥미와 대중성을 고루 갖춘 《사이언티픽 아메리칸》,
‘한림SA 시리즈’로 한국의 독자들과 만나다근대 과학은 처음 탄생하던 시대부터 오늘날까지 현실에 대한 해석과 참여가 출발점이자 목표였다. 이런 면에서 과학은 인문학과 다를 바가 없다. 그러나 우리나라에서 과학은 이과의 영역이며, 전문가의 영역이라는 선입관이 만연해 있다. 분명히 주입식 교육도 그 원인 중 하나일 것이다.
한림출판사에서는 이러한 선입관에서 조금이나마 벗어나보고자 가장 현실적인 문제, 가장 현재적인 이슈를 과학의 관점에서 추적한 미국의 대표적 과학 잡지 《사이언티픽 아메리칸(Scientific American)》의 칼럼들을 주제별로 묶어 ‘한림SA 시리즈’로 소개한다.
《사이언티픽 아메리칸》은 1845년 첫 호가 발행된 이래 170년 넘도록 꾸준히 발행되어왔으며, 그간 에디슨과 아인슈타인 등 노벨상 수상자 및 후보들이 필진으로 참여한 미국 최고의 대중 과학 잡지이다. 과학이란 전공자가 아니면 쉽게 다가가기 어려운 영역이라는 편견을 깨고 일반인이 이해할 만한 주제의 내용을 전문적으로 다룬 정확한 내용으로 높은 신뢰를 얻었으며, 과학에 대한 이해의 폭을 넓혀줌으로써 전 세계 독자들에게 사랑받아왔다.
한림SA 시리즈는 이처럼 흥미로우면서도 권위 있는 《사이언티픽 아메리칸》의 여러 훌륭한 글 중에서도 시간, 인간, 노화, 기억, 사랑 등 가장 보편적이고 일상적인 삶의 소재를 주제별로 묶어 과학의 시각으로 톺아봄으로써, 현실적인 문제들과 대화할 수 있는 가장 효율적인 통로가 바로 과학이라는 점을 독자들에게 보여주고자 했다. 특히 미래의 주역인 청소년들이 이 시리즈를 통하여 과학의 창으로 세상을 보는 눈을 경험할 수 있기를 기대한다.‘한림SA 시리즈’ 13 《기억의 세계》,
우리는 좀처럼 기억이란 과정에 대해 놀라움을 느끼지 않는다. 기억을 잃어버리고 나서야 비로소 기억이 놀라운 행위라는 것을 깨닫는다. 어떻게 기억을 하고, 어떻게 기억을 잃는 걸까? 무엇보다도, 어떤 것은 기억하면서 어떤 것은 기억하지 못하는 이유는 무엇일까? 50년 이상의 연구를 통해 ‘기억센터’라는 뇌의 특정 영역이 기억을 전담한다는 사실이 밝혀졌다. 또한 기억에는 여러 가지 유형, 즉 사실, 경험, 일을 처리하는 방법 등 다양한 기억의 유형이 있다는 사실이 밝혀졌다. ▶▷ 이 책의 구성
1부_ ‘기억이란 무엇인가?’라는 제목으로, 기억에 대해 과학적으로 어떻게 설명할 수 있는지 살펴볼 것이다. 게리 스틱스(Gary Stix)는 ‘이건 꼭 기억해야 합니다…, 그러지 않으면 안 되니까요’라는 놀라운 글에서 20년 전 어느 화요일 점심에 무엇을 먹었는지 기억하는 사람이 있는 반면, 그러지 못하는 사람도 있는데 그 이유가 무엇인지 알아본다. 에릭 캔들(Eric Kandel)과의 흥미진진한 질의응답도 기다린다. 에릭 캔들은 신경과학자이자 정신과 의사이며, 뇌의 기억 저장을 위해 뉴런(neuron)이 동시에 발화하는 방법에 대한 획기적 연구로 노벨상을 수상했다.2부_ ‘기억의 해부’에서는 기억의 저장 과정을 비롯해 해마에 저장된 단기 기억이 대뇌 피질로 옮겨 가서 어떻게 장기 기억이 되는지 알아본다. 이 분야 리더들이 내놓은 몇 가지 뛰어난 연구들은 기억이 단기적으로 저장되어 장기적 기억으로 강화되고, 접근 가능해지는 데 대한 흥미로운 이론을 제시한다. 그중에는 뉴런 하나에 기억 한 가지가 대응된다는 ‘할머니 세포(grandmother cell)’ 이론을 다시 연구하는 사람도 있고, 정서적 경험이 기억을 강하게 만든다는 것을 보여주는 사람도 있다.3부_ ‘학습과 기억’으로 조 첸(Joe Z. Tsien)은 ‘총명한 생쥐 만들기’라는 멋진 글에서 뉴런의 수용체 단백질을 유전적으로 변경해서 ‘똑똑한’ 생쥐를 만들어내는 기법을 소개한다. 또 다른 글에서는 백질과 학습의 연관성을 다룬다. 3부 세 번째 글에서는 뇌가 어떻게 잠자는 시간을 이용해 우리가 인지한 것을 나중에 다시 찾아볼 수 있도록 장기 기억으로 저장하는지 알아본다.

4부_ 기억상실, 최면, 데자뷔(d?j? vu) 등 인간 기억의 ‘기이한’ 측면을 다룬다.

5부_ 기억과 트라우마, 특별한 행동 기법을 비롯해 고통과 트라우마를 유발하는 기억을 사후에 줄여주는 약물 연구에 대해 집중적으로 알아본다. 오랫동안 저널리스트로 활동해온 제리 아들러(Jerry Adler)가 외상 후 스트레스 장애(post-traumatic stress disorder, PTSD)로 고통받는 참전군인에 대해 쓴 글은 감정적으로 충격받은 사람들을 치료하는 방법에 있어 획기적 전환점이 될 것이다.

6부_ 기억과 나이에 대해 상세하게 파헤친다. 나이가 들어가면 치매 진단을 받지 않더라도 기억력이 감소한다는 것은 잘 알려진 사실이지만, 그 원인은 여전히 미지의 영역으로 남아 있다. 몇몇 글에서는 꾸준한 운동으로 정신적?육체적 건강이라는 두 가지 측면에서 건강을 유지하는 방법의 핵심을 담고 있다. ‘유산소 운동이 노인의 기억력을 향상시킨다’라는 글에서 캐서린 하먼은 밑바탕에 숨어 있는 과학에 대해 논의한다.

7장_ 기억력 향상 방법을 살펴본다. 먼저 꿈과 학습 능력 향상의 관계에 대해 알아본다. ‘기억하는 약’에서 더글러스 필즈(R. DouglasFields)는 ‘똑똑해지는 약’이라는 개념 이면에 무엇이 있는지 간단하게 정리한다. 이는 특정 단백질 키나아제(protein kinase)가 기억력의 폭발적 향상을 불러올 수도 있으므로 알약 형태로 만들어진다면 기억이라는 신비로운 능력을 향상시킬 수도 있다는 발견에 바탕을 둔 것이다.

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