기억의 뇌과학

 

기억의 뇌과학

이후 서술되는 내용은 필자가 리사 제노바 신경 과학자님의 '기억의 뇌과학'을 읽고 인상 깊었던 부분을 정리한 것이다.

 

Part 1. 기억의 과학

01. 기억은 어떻게 만들어지는가

- 기억의 4단계

  1. 부호화(encoding)    뇌로 들어온 정보 모두를 신경 신호로 변환

  2. 강화(consolidation)    뇌가 이전까지 서로 무관하던 신경 활동들을 연관성을 갖는 하나의 패턴으로 연결

  3. 저장(storage)    신경세포들이 영구적인 구조 변화와 화학 변화를 겪으며 지속성을 얻음

  4. 인출(retrieval)    연결된 패턴을 활성화할 때마다 '기억'을 하게 됨

 

- 해마(Hippocampus)    기억을 형성하는 장소 (저장하는 장소 X)

  - 해마는 기억으로 전환될 정보에 관여하는 뇌의 특정 부위들을 반복해서 활성화하고, 그 특정 부위들은 어느새 안정적인 하나의 활성 패턴으로 연결됨

  - 이렇게 형성된 기억은 최초의 경험을 접수한 뇌의 각 부위로 분배됨 (기억의 저장을 전담하는 부위는 존재하지 않음)

    - 기억의 인출은 분배된 기억의 일부가 자극을 받으면 신경 패턴이 활성화되며 일어남

  - 해마의 기억 강화 과정은 시간 의존적이기 때문에 중간에 방해를 받으면 기억은 질이 떨어지거나 손실됨

  - 알츠하이머병은 해마를 작아지게 만듦 (이로 인해, 환자들은 새로운 기억 형성에 어려움을 겪음)

 

02. 당신이 주차 위치를 잊어버린 이유

- 입력된 정보에 주의라는 신경자극이 더해지지 않으면 해마는 어떠한 감각정보도 장기기억으로 강화시키지 못함

- 부주의는 뇌 활동의 기본 설정값이며, 주의를 기울인다는 것은 의식적으로 노력한다는 것

- 따라서, 멀티태스킹은 기억의 관점에서는 최악임 (주의가 분산되어 기억이 제대로 만들어지기 힘듦)

 

03. 지금 이 순간, 작업기억

- 작업기억(working memory)    지금 이 순간의 기억 (기억의 최초 관문) 

  - 전전두피질(prefrontal cortex)이 담당함

  - 작업기억은 늘 가동 중이며 15~30초 동안 5~9개까지의 정보를 보관 가능

  - 작업기억 중 기억할 만한 것들(주의를 기울인 것, 나를 놀라게 한 것 등)은 해마에서 강화되어 장기기억으로 전환됨

    - 장기기억은 작업기억과는 다르게 보관 기간과 용량에 제한이 없음

  tmi. 시각 데이터에 관한 작업기억을 시공간메모장(visuospatial scratchpad), 청각 데이터에 관한 작업 기억은 음운루프(phonological loop)라고 함

    - 음운루프는 약 2초 안에 말할 수 있는 단어들을 개수에 상관없이 한 번에 처리할 수 있음

 

04. 근육기억, 몸이 기억하는 것들

- 장기기억에는 크게 세 가지 유형이 존재함

  - 정보에 대한 기억(의미기억), 사건에 대한 기억(일화기억), 방법에 대한 기억(근육기억)

 

- 근육기억(muscle memory)    운동 기능과 절차에 관한 기억이자 어떤 일을 하는 방법이 기록된 기억

  - 의미기억과 일화기억과 달리 해마가 아닌 기저핵(basal ganglia)에서 강화됨

  - 기억이 강화되면 이 기억은 운동피질 내에 신경세포들의 연결 패턴으로 상존하게 됨

    - 이 신경세포들이 척수를 통해 체내 모든 수의근(voluntary muscle)에게 행동을 지시하는 것

  - 근육기억은 왠만해서는 손상되거나 사라지지 않고, 무의식적으로 소환되는 기억임

  - 하나하나의 물리적 동작들을 연속적으로 수행하면, 이것이 하나의 신경 활성 패턴으로 해석됨

    - e.g. 축구공을 찰 때, 디딤발을 딛고(동작1), 다른 발을 들고(동작2), 그 발을 피며 힘껏 참(동작3)

    - 소뇌(cerebellum)에서 이 패턴에 대해 피드백을 제공하며 근육기억을 다듬음

  - 우리의 뇌는 근육기억을 무한대로 형성할 수 있음

기저핵과 소뇌의 위치

 

05. 의미기억, 내 머릿속 백과사전

- 의미기억(semantic memory)    학습한 지식, 삶과 세상에 관한 단순 사실들

  - 개인의 경험과는 분리된 지식으로 학습 당시 세부기억을 떠올리지 않고도 기억할 수 있음

    - 이와 대비되는 개념으로, 개인적이고 과거에 일어난 일에 대한 기억인 일화기억(episodic memory)이 있음

  - 의미기억이 효과적으로 형성하기 위해서는?

    - 기억의 간격효과(spacing effect) [반복해서 떠올리기]

      - 같은 시간을 공부한다면 조금씩 나눠서 외우는 것이 벼락치기로 한 번에 공부하는 것보다 유리

      - 일정 시간에 걸쳐 간격을 두고 외우면 그 내용이 해마에서 완전히 강화될 수 있는 시간이 확보됨

    - 시각 형상화와 물체의 위치를 기억하는 방식을 사용하기

 

06. 섬광기억, 잊지 못 할 그때 그 사건

- 섬광기억(flashbulb memory)    격한 감정을 불러일으킨 경험들에 대한 일화기억

  - 감정이 강하게 결부된 사건일수록, 기억은 더 세부적인 내용까지 기억함

  - 감정과 의외성이 편도체(amygdala)를 활성화하고, 자극을 받은 편도체는 해마에 강력한 신호를 보냄

편도체와 해마는 매우 밀접하게 붙어 있음

 

- 자서전적 기억(autobiographical memory)    내 인생에서 가장 의미 있었던 일화기억들

  - 일화기억을 강화·저장·인출하려면 언어와 연관된 해부학적 구조와 회로가 갖추어져야 함

    - 성인이 되어 기억할 수 있는 최초의 일화기억이 형성되는 시기는 평균 3세

    - 또한, 6~7세 이전까지의 기억은 제대로 기억하기 힘듦

  - 최근성 효과(recency memory)    섬광기억 외에 가장 또렷한 기억은 지난 1, 2년 사이의 기억

  - 회고절정(reminiscence bump)의 시기    일화기억은 대개 15~30세에 모여 있음

    - 다양한 방면에서 첫 경험을 가장 많이 하는 시기이기 때문 (뇌는 의미 있는 것들만 기억함)

 

Part 2. 망각의 예술

07. 우리의 기억은 틀렸다

- 일화기억은 부호화, 강화, 저장, 인출의 각 단계마다 편집·왜곡될 가능성이 있음

  - 특히 기억이 강화되는 사이, 장기기억으로 저장되기 전의 시간 동안이 가장 왜곡에 취약함

  - 또한, 이미 저장된 기억이라도 물리적 신경망 연결이 끊어졌다가 사라지기도 하면서 기억이 왜곡됨

  - 기억의 인출은 이야기를 재구성하는 것이기에 인출할 때마다 기억은 바뀌게 되고, 우리는 인출한 기억 대신 새로 바뀐 기억을 재강화해서 저장함 (내용을 덮어씀)

 

- 우리는 기억에 대해 이야기하는 것만으로도 기억이 왜곡되고 축소됨  - 감각경험을 언어로 전환하는 과정에서 일부 선택된 정보만이 말로 옮겨짐  - 그럼, 말로 옮겨진 정보만이 저장되고 원래의 기억은 사라짐

 

08. 혀끝에 기억이 맴돌 때

- 설단현상(TOT; Tip of the Tongue)    알고 있는 내용이지만, 순간적으로 단어가 기억이 나지 않아 혀끝에 맴도는 현상

  - 모든 단어는 그 단어에 상응하는 신경 부위가 있고, 관련 신경세포들이 연결되어 있음

    - e.g. 어떤 신경세포는 단어의 시각적 측면을, 다른 신경세포는 그 단어의 개념정보를 저장

  - 설단현상은 찾고 있는 단어와 연관된 신경세포들이 일부만 활성화되거나 약하게 활성화될 때 일어나게 됨

  - 나이가 들면 뇌의 처리 속도가 느려져 설단현상의 빈도가 증가함

 

  - 신데렐라의 못된 언니(ugly sisters)

    - 찾고 있는 단어와 발음이나 뜻이 비슷한 단어들을 의미하는 개념

    - 설단현상 중 이게 떠오르면 신경경로가 그쪽으로만 유도되어 상황이 악화됨

 

  - 베이커/베이커의 역설(baker/baker paradox)    같은 단어라도 고유명사가 일반 단어보다 설단현상에 취약함

    - 제빵사(baker)라는 직업은 뇌에서 여러 가지 정보와 연결되어 있음 (e.g. 밀가루, 단골 빵집)

      - 활성화 경로가 다양하게 열려 있음

    - 하지만, baker라는 이름은 추상적인 개념이고, 신경회로가 더 뻗어나갈 여지가 없음

 

09. 기억해야 한다는 걸 기억하는 법

- 미래기억(prospective memory)    나중에 해야 할 일에 대한 기억

  - 미래기억은 신경회로가 제대로 뒷받침해주지 않아 쉽게 망각하기에 기억을 도와줄 외부 단서가 있어야 함

 

10. 인생에서 얼마나 많은 기억이 사라질까

- 기억이 사라지는 데 가장 영향을 많이 주는 것은 '시간'임

- 에빙하우스의 망각곡선(Ebbinghaus forgetting curve)

  - 학습 초기에는 망각 속도가 매우 빠르지만, 24시간이 지나면서 망각 속도는 안정화되고 기억이 유지되는 비율은 25% 수준에서 머무름

  - 절약 효과(memory savings)    시간이 기억을 완전히 지우지는 않음

    - 뇌는 학습하기 이전의 상태로 되돌아간 것이 아니라 기억의 흔적이 남아 단어를 재학습하는 과정에서 시간이 단축됨

에빙하우스의 망각곡선

우리는 각자의 세계가 된다

10장 '속도가 다른 층층구조'에 절약 효과와 관련된 내용이 나옴

 

12. 노화, 그 숙명에 관하여

- 근육기억은 나이가 들어도 퇴화하지 않음

- 또한, 의미기억은 나이가 들어도 계속 강화·저장될 수 있고, 노인들은 젊은이들보다 많은 의미기억을 가지고 있음

- 하지만, 기억의 많은 기능은 나이가 들수록 자연스럽게 저하됨

  - 설단현상은 대개 40세 전후부터 늘어남

  - 회상할 수 있는 일화기억은 많이 사라지지만, 아직 가지고 있는 기억의 정확도는 저하되지 않음

  - 작업기억과 미래기억도 저하됨

  - 뇌의 처리 속도도 떨어져 새로운 정보를 습득하는 능력과 기억인출능력도 저하됨

 

13. 알츠하이머병, 가장 두려운 미래

- 알츠하이머병(Alzheimer's disease)

  - 원인

    - 베타 아밀로이드(Aβ; Amyloid beta) 단백질이 기억강화와 인출에 관여하는 시냅스에 찌꺼기를 형성하며 시작됨

    - 그렇게 되면, 시냅스 내에 분자 수준의 교란이 발생하고 결국 해당 시냅스 부위가 망가짐

    - 병이 더 진행된 후에는 신경세포가 아예 죽거나 사라지며 기억을 잃게 됨

  - 진행 과정

    1. 해마의 신경회로를 손상시켜 해마가 점점 줄어들게 함 (오래된 기억은 아직 가지고 있지만, 기억 새로 형성 못함)

    2. 공간정보를 처리하는 두정엽(parietal lobe)의 신경회로 손상 (늘 가던 장소에서 길을 잃음)

    3. 전전두엽과 전두엽(frontal lobe)의 신경회로 손상 (논리적 사고, 의사결정, 문제해결능력 등에 장애)

    4. 기분과 감정을 제어하는 영역인 편도체와 변연계(limbic system) 손상 (감정 조절 못함)

    5. 근육기억이 저장된 회로 손상

 

Part 3. 기억의 숲을 가꾸는 법

15. 스트레스는 약일까 독일까

- 급성 스트레스 상황

  - 지금 상황에 관해 새로운 기억이 생성되도록 도움을 주지만, 이미 생성된 기억을 인출하는 능력에는 제한함

  - 새로운 기억 생성 촉진

    1. 급성 스트레스 상황에서는 집중력이 높아짐

    2. 스트레스 호르몬인 아드레날린과 코르티솔은 편도체에 노르에피네프린(norepinephrine)을 분비하게 함

      - 그럼, 편도체는 해마에 기억을 강화하라는 신호를 보냄

      - 또한, 코르티솔이 해마에 있는 수용체에 직접 작용해 기억강화를 촉진할 수도 있음

  - 하지만, 급성 스트레스 상황에서 주의력이 고양되기는 해도 대상 범위가 좁아지기 때문에 기억으로 강화할 수 있는 세부 정보도 줄어들게 됨

  - 스트레스 정도가 너무 낮으면 편도체가 충분히 활성화되지 않아 기억이 충분히 강화되지 못하고, 너무 높으면 집중할 수도, 정보를 처리할 수도 없기에 적당한 스트레스가 기억형성에 좋음

 

- 만성 스트레스 상황

  - 전전두엽을 제한해 사고능력을 떨어뜨림

  - 해마의 신경세포가 줄어듦

 

16. 잠이 부족할 때 벌어지는 일

- 잠은 전두피질의 신경세포를 도와 새로운 기억을 부호화하는 데 필요한 집중력을 높임

- 또한, 잠을 잘 때 뇌에서 깨어 있는 동안 활성화되었던 고유한 신경패턴이 재활성화되어 기억이 강화됨

  - 따라서, 잠을 설치면 후향성 기억상실(retrograde amnesia)^[각주:1]이 나타남

 

- 낮잠과 기억 능력 향상의 관계성

  - 피질과 달리 해마의 저장용량에는 한계가 있음

  - 낮잠을 자면, 새롭게 만들어진 기억의 일부를 강화하여 해마 저장용량을 조금이라도 확보할 수 있음

 

- 수면과 알츠하이머병

  - 신경교세포(중 미세아교세포)는 아밀로이드의 청소와 대사를 맡음

  - 우리가 깨어서 활동하는 동안 시냅스에 대사 잔해들이 쌓이는데, 깊은 잠을 자는 동안 신경교세포가 이 잔해들을 청소함

  - 따라서, 수면 부족이 계속되면 아밀로이드 축적이 누적되어 알츠하이머병의 발병을 앞당김

신경교세포(Glial cell, Glia)

 

 

 

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1. 어느 시점 이전의 기억이 손상되는 기억장애 [본문으로]