기억을 회상하는 전용 신경 회로 발견
Neuroscientists discover a brain circuit dedicated to retrieving memories
우리가 새로운 경험을 할 때, 그 사건의 기억은 해마(hippocampus)와 다른 뇌 구조물의 여러 부분을 연결하는 신경 회로에 저장된다. 각 뉴런 클러스터는 그 사건이 발생한 장소와 그때 느낀 감정과 같은 다양한 측면의 기억을 저장할 수 있다.
신경과학자들은 기억을 떠올릴 때 기억이 형성될 때 활성화되었던 해마의 회로를 똑같이 사용한다고 생각해 왔다. 하지만 MIT 과학자들은 기억을 추출할 때는 원래 기억회로에서 분기된 우회로를 사용한다는 것을 처음으로 증명했다.
이 결과는 뇌 연구에서 가장 근본적인 문제 중에 하나인 기억이 어떻게 형성되고 추출되는지를 설명해주면서 예기치 않았던 회상에 서로 다른 회로가 사용된다는 것을 보여준 것이라고 RIKEN-MIT 신경 회로 유전학 센터장 스스무 토네가와가 말했다. 작년에 발표된 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans) 연구에서 유사한 회상 회로가 발견된 바 있지만 척추동물에서는 한 번도 관찰이 된 적이 없었다.
해마의 기억 관련 기능은 여러 영역으로 나뉘어 있고 대부분은 충분한 연구가 끝난 상태지만 해마이행부(subiculum)라고 불리는 작은 부분에 대한 연구는 거의 수행되지 않은 상태였다. MIT 연구팀은 유전적으로 조작된 생쥐를 이용해 해마이행부를 빛으로 활성화 또는 비활성화시킬 수 있게 만들었다. 또한 생쥐의 기억력을 테스트하기 위해 특정 우리에 들어가면 약한 전기 충격을 가해 두려움 상태를 유발하였다.
이전 연구에서는 이런 기억은 해마의 CA1이라는 부분에 인코딩되어 내후각(entorhinal) 피질이라고 불리는 영역으로 정보를 전달하는 것으로 알려져 있었다. 이 경로를 따라 각 지역의 소규모 뉴런이 활성화되면서 엔그램(engrams)으로 알려진 기억 흔적을 형성한다. 이전까지는 회상할 때도 이 경로를 따라 해당 흔적을 재활성화하는 것으로 여겨졌다. 이전에 과학자들은 CA1에서 해마이행부를 거쳐 내후각 피질까지 이어진 해부학적 연결을 발견했었지만 그 회로의 기능이나 해마이행부에 대해서 알려진 것은 없었다.
MIT 연구팀은 두려움 상태에 들어갈 때 해마이행부의 뉴런을 억제한 그룹의 생쥐가 여전히 경험을 기억할 수 있음을 발견했다. 하지만 두려움 상태가 발생한 후 해마이행부의 뉴런을 억제한 그룹에서는 기억을 제대로 회상하지 못하는 것을 발견했다. 이 결과는 우회 회로가 정상적으로 동작하여 회상하기 위해서는 해마이행부가 필요하다는 것을 보여주고 있다. 다른 실험에서도 CA1에서 내후각 피질까지 직접적인 연결이 없어도 회상은 가능했지만 기억을 형성하기 위해서 필요한 사실을 발견했다.
왜 해마는 기억 형성과 회상에 두 개의 서로 다른 회로를 사용하는 것일까? 그 이유는 두 개의 회로를 사용하는 것이 기억을 편집하거나 업데이트하는 것이 쉽기 때문이다. 이것은 회상 회로가 활성화되는 것과 동시에 새로운 기억이 형성되는 것을 가능하게 한다. 또 다른 우회 회로의 기능은 장기적인 스트레스 반응을 자극하는데 도움을 주는 것이다. 해마이행부는 유두체(mammillary)라고 불리는 시상하부 구조물에도 연결되어 있는데, 코티코스테로이드(corticosteroids)라고 불리는 스트레스 호르몬을 방출하는 영역은 두려운 기억이 떠오른 후 적어도 1시간 후에 활성화된다.
연구팀은 감정적 요소에 대해 긍정 및 부정적인 기억에 관련된 실험을 진행했으며, 이 두 회로는 종류에 상관없이 일회성 기억에 관여하는 것으로 나타났다. 연구팀은 작년에 수행한 알츠하이머 관련 연구에서 초기 알츠하이머의 경우 기억을 회상하는 것은 어렵지만 여전히 기억을 형성할 수 있음을 발견한 바 있다. 이번 연구는 해마이행부 회로가 알츠하이머의 영향을 받은 결과일 수 있음을 보여주고 있다.
관련연구자: Dheeraj Roy, Takashi Kitamura, Susumu Tonegawa
관련기관: RIKEN-MIT Center for Neural Circuit Genetics
본문키워드(한글): 해마, 기억, 해마이행부, 회상
본문키워드(영문): hippocampus, memory, subiculum, recall
국가: 미국
원문출판일: 2017-08-17
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170817122149.htm