장기강화

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[명강리뷰] 기억 찾기_ ‘기억’을 찾아서 by 강봉균ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강

학습은 외부 정보를 습득하는 과정이며, 기억은 이를 저장하고 필요할 때 꺼내 쓰는 과정입니다. 우리 뇌는 기본적으로 전기와 화학의 기관으로, 특정 부위를 자극하면 독특한 인지 기능을 경험할 수 있습니다. 뇌는 컴퓨터처럼 정보를 한곳에 모아 저장하지 않고, 정보가 처리되는 여러 영역에 분산하여 저장한다는 특징이 있습니다. 1,000억 개의 뉴런이 만들어내는 전기 신호와 화학 물질의 상호작용은 우리의 생각과 감정에 따라 매 순간 다른 신호를 만들어내며, 이러한 복잡한 활동이 모여 인간의 고차원적인 정신세계를 구성하게 됩니다. 뉴런과 뉴런이 만나는 연결 부위인 시냅스는 기억의 핵심적인 장소입니다. 이곳에서는 글루탐산과 같은 신경전달물질이 분비되어 정보를 전달하며, 학습에 따라 시냅스의 크기가 커지거나 연결이 강화되는 '시냅스 가소성'이 일어납니다. 특히 정보 처리가 반복될 때 시냅스의 효율이 비약적으로 높아지는 '장기 강화(LTP)' 현상은 기억이 형성되는 분자적 기초가 됩니다. 마치 근육을 단련하듯 뇌의 특정 회로를 자주 사용할수록 시냅스는 더욱 두툼해지고 발달하며, 이러한 역동적인 변화가 모여 우리의 지식과 경험을 구성하게 됩니다. 기억은 크게 말로 표현할 수 있는 서술 기억과 몸으로 익히는 비서술 기억으로 나뉩니다. 해마는 새로운 사실이나 사건을 기억하는 서술 기억에 결정적인 역할을 하며, 이곳이 손상되면 과거의 기억은 유지되더라도 새로운 정보를 저장하지 못하는 장애가 발생합니다. 반면 악기 연주나 운동 기술 같은 비서술 기억은 소뇌나 기저핵 등 다른 부위에서 담당하기 때문에 의식적인 기억이 없더라도 반복을 통해 습득될 수 있습니다. 이처럼 우리 뇌는 다양한 종류의 기억을 서로 다른 영역에서 정교하게 관리하며 인간의 복합적인 인지 활동을 가능하게 합니다. 단기 기억이 장기 기억으로 전환되기 위해서는 '공고화 과정'이라는 단단하게 굳어지는 단계가 필수적입니다. 이 과정에서 해마에 잠시 머물던 정보는 신피질로 이동하여 영구적으로 저장되는데, 이때 해마와 신피질 사이의 활발한 의사소통은 주로 수면 중에 이루어집니다. 낮 동안 습득한 방대한 정보들을 정리하고 금고에 보관하듯 정교하게 분류하는 작업이 우리가 잠든 사이에 진행되는 것입니다. 따라서 충분한 숙면은 단순히 휴식을 넘어, 학습한 내용을 뇌에 온전히 정착시키고 기억의 유효 기간을 늘리는 데 있어 무엇보다 중요한 역할을 수행합니다. 시냅스의 연결 패턴은 개개인의 성격과 자아를 결정짓는 본질적인 요소입니다. 천 조 개에 달하는 시냅스의 미세한 차이가 각자의 사고방식과 행동 양식을 만들어내기에, '당신은 당신의 시냅스'라는 말은 과언이 아닙니다. 하지만 노화나 질병으로 인해 뇌 속에 노폐물이 쌓이면 시냅스 가소성에 문제가 생기고, 이는 기억의 상실과 자아의 해체로 이어지는 치매와 같은 질환을 유발합니다. 기억은 과거와 미래를 잇는 다리이자 현재의 나를 증명하는 수단이므로, 뇌 과학은 결국 인간의 정체성을 지키고 삶의 연속성을 유지하기 위한 숭고한 탐구라고 할 수 있습니다.

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[강연] 기억 찾기 (2) _ 강봉균 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강 | 3강 ②

기억은 유지되는 시간에 따라 작동 기억, 단기 기억, 장기 기억으로 나뉩니다. 작동 기억은 전화번호를 잠시 외우는 것처럼 몇 초간만 유지되며, 단기 기억은 수 분에서 수 시간 동안 지속됩니다. 반면 장기 기억은 생존과 직결된 중요한 정보나 강렬한 감정적 사건처럼 특별한 경우에만 형성되어 하루 이상 유지됩니다. 우리 뇌는 여전히 원시적인 특성을 지니고 있어, 단순한 학습 내용보다는 먹이나 번식, 위험 상황과 관련된 정보를 우선적으로 장기 기억으로 저장하려는 경향이 있습니다. 새로운 정보가 감각기관을 통해 들어오면 주의 집중을 거쳐 단기 기억이 됩니다. 하지만 단기 기억은 쉽게 잊히기 때문에, 이를 오래 보관하기 위해서는 기억이 단단하게 굳어지는 '공고화' 과정이 필수적입니다. 공고화된 기억은 장기 기억으로 저장되었다가 특정 단서가 주어질 때 다시 떠오르게 됩니다. 흥미로운 점은 기억을 회상한 후에도 '재공고화'라는 뒷정리 과정이 필요하다는 것입니다. 꺼내 쓴 물건을 제자리에 두지 않으면 잃어버리듯, 재공고화가 제대로 이뤄지지 않으면 기억은 사라질 수 있습니다. 단기 기억이 장기 기억으로 전환되는 과정에서 해마와 신피질은 부단히 소통합니다. 초기 기억은 해마에 잠시 머물지만, 영구적인 저장을 위해서는 신피질로 이동해야 하기 때문입니다. 이러한 '크로스토크' 현상은 주로 우리가 잠을 자는 동안 활발하게 일어납니다. 마치 은행이 영업을 마친 후 셔터를 내리고 내부에서 그날의 장부를 정리하며 돈을 금고에 보관하듯이, 우리 뇌도 수면 중에 낮 동안 습득한 수많은 정보를 체계적으로 정리하고 장기 기억의 형태로 안전하게 저장하는 작업을 수행합니다. 기억의 저장 원리를 분자 수준에서 들여다보면 '장기 강화(LTP)'라는 현상을 발견할 수 있습니다. 시냅스에 강하고 중요한 정보가 전달되면 글루탐산 수용체와 칼슘 이온의 작용으로 인해 신경전달 효율이 비약적으로 높아집니다. 이 과정에서 시냅스의 구조가 두툼해지고 단백질 합성이 일어나며 회로가 강화됩니다. 이는 운동을 통해 근육을 단련하는 것과 유사합니다. 특정 뇌 부위를 자주 사용하고 정보를 반복해서 처리할수록 해당 시냅스는 더욱 발달하며, 결과적으로 더 빠르고 정확한 정보 전달이 가능해집니다. 인간의 뇌에는 수조 개의 시냅스가 존재하며, 이들의 연결 패턴은 사람마다 조금씩 다릅니다. 유전적 차이뿐만 아니라 개인이 겪은 경험과 학습에 따라 시냅스의 강도와 분포가 달라지기 때문입니다. 이러한 시냅스 패턴의 차이는 각자의 정보 처리 방식과 성격, 행동 양식을 결정짓는 핵심 요소가 됩니다. 조셉 르두 박사가 "당신은 당신의 시냅스다"라고 말했듯이, 시냅스의 변화는 단순한 정보 저장을 넘어 한 개인의 자아와 정체성을 형성하는 근간이 된다고 볼 수 있습니다. 아무리 좋은 기억이라도 적절한 단서가 없으면 회상하기 어렵습니다. 마르셀 프루스트의 소설에서 마들렌의 향기가 유년 시절의 기억을 생생하게 불러일으켰듯, 후각이나 시각 자극은 강력한 회상 단서가 됩니다. 하지만 기억은 인출될 때마다 재구성되는 특성이 있어 왜곡되기도 쉽습니다. 뇌의 여러 부위에 분산 저장된 정보를 다시 조립하는 과정에서 요소가 빠지거나 엉뚱한 정보가 끼어들 수 있기 때문입니다. 이는 기억의 불완전함을 보여주기도 하지만, 한편으로는 뇌가 정보를 처리하는 유연한 방식임을 시사합니다. 기억 연구는 치매나 외상 후 스트레스 증후군(PTSD) 같은 난치성 질환 치료에 중요한 실마리를 제공합니다. 나쁜 기억의 재공고화를 차단하여 고통을 줄이거나, 손상된 시냅스 가소성을 회복시켜 인지 기능을 개선하려는 시도가 계속되고 있습니다. 결국 기억은 과거와 미래를 잇는 다리이며, 우리가 누구인지 알려주는 자아의 본질입니다. 기억이 있기에 우리는 어제의 나와 오늘의 내가 같은 존재임을 자각하며 일관된 삶을 살아갈 수 있습니다. 우리가 우리인 이유는 바로 우리가 배우고 기억하기 때문입니다.

강봉균

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뇌인지과학

[강연] 기억 찾기 (4) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 3강 | 3강 ④

유아기 뇌 발달과 교육의 관계는 많은 부모의 관심사입니다. 뇌과학에서는 특정 기능을 습득하기에 가장 적합한 '결정적 시기'가 존재한다고 설명합니다. 예를 들어 시각이나 언어 회로는 특정 시기에 적절한 자극을 받아야 정상적으로 발달하며, 이 시기를 놓치면 나중에 회복하기가 매우 어려울 수 있습니다. 하지만 동물을 대상으로 한 연구 결과를 인간의 조기 교육에 그대로 대입하는 것은 주의가 필요합니다. 인간의 학습은 훨씬 복잡하며, 정교하게 통제된 연구를 통해 각 기능에 맞는 적기 교육의 기준을 세우는 것이 중요합니다. 기억력을 높이기 위해 시각과 청각 등 여러 감각을 동시에 활용하는 것은 과학적 근거가 있습니다. 우리 뇌에서 시냅스가 강화되는 현상인 장기 강화(LTP)가 일어날 때, 다른 경로의 정보가 함께 입력되면 기억 형성을 돕는 시너지 효과가 발생합니다. 단순히 눈으로 읽는 것보다 손으로 쓰면서 외울 때 더 잘 기억되는 이유도 여기에 있습니다. 다양한 감각 정보가 뇌로 들어오면 신경세포 간의 연결이 더욱 단단해지며, 이는 정보를 더 효율적으로 저장하고 나중에 다시 인출하기 좋게 만드는 밑거름이 됩니다. 기억은 카메라처럼 세상을 그대로 기록하는 것이 아니라, 뇌 안에서 나름의 방식으로 재구성되는 과정입니다. 정보를 저장할 때 시각, 청각, 촉각 등 다양한 감각적 '문고리'를 만들어두면 나중에 이를 인출하기가 훨씬 수월해집니다. 특히 영장류인 인간은 뇌의 절반가량을 시각 정보 처리에 할애할 정도로 시각에 민감합니다. 따라서 기억 전문가들이 사용하는 장소법처럼 정보를 시각적 이미지와 결합해 저장하는 방식은 뇌의 특성을 가장 잘 활용하는 효율적인 전략이라 할 수 있으며, 이는 정보의 장기 보존에도 유리합니다. 최근 전자기기 사용 증가로 인한 '디지털 치매'에 대한 우려가 큽니다. 하지만 이는 전자파의 직접적인 영향이라기보다 정보를 대하는 태도와 감각의 단조로움에서 기인할 가능성이 큽니다. 종이책은 특유의 질감과 냄새 등 풍부한 감각 정보를 제공하지만, 디지털 매체는 시각적 자극에 치중되어 기억의 깊이가 얕아질 수 있습니다. 또한 언제든 검색이 가능하다는 심리적 안도감이 뇌의 기억 중요도를 낮추기도 합니다. 매체의 변화에 적응하는 것도 필요하지만, 뇌를 능동적으로 사용하여 정보를 내면화하는 습관이 중요합니다. 나이가 들면서 겪는 자연스러운 기억력 감퇴와 알츠하이머와 같은 치매는 엄연히 다른 현상입니다. 노화에 따라 단순 암기력은 줄어들 수 있지만, 판단력이나 종합적인 인지 능력은 80대 이후까지도 건강하게 유지될 수 있습니다. 유전적 요인이나 생활 습관에 따라 개인차는 존재하지만, 뇌를 지속적으로 자극하고 관리한다면 고령에도 높은 수준의 지적 활동이 가능합니다. 따라서 건망증을 무조건 치매의 전조로 보며 불안해하기보다는, 뇌의 고차원적인 기능을 믿고 꾸준히 독서나 대화 등을 통해 뇌 건강을 관리하는 자세가 필요합니다. 기억의 실체는 특정 단백질이나 물질이 아니라 신경세포 사이의 연결인 '시냅스 가소성'에 있습니다. 우리가 무언가를 기억할 때 뇌는 정보를 여러 조각으로 나누어 각기 다른 회로에 분산 저장합니다. 예를 들어 할머니에 대한 기억은 얼굴 모습, 목소리, 함께했던 추억 등이 뇌 전체에 퍼져 있다가, 회상하는 순간에 다시 하나로 조립됩니다. 이 과정에서 시냅스의 구조를 키우고 연결을 공고히 하기 위해 단백질 합성이 일어나는 것이며, 이러한 역동적인 연결망 자체가 바로 우리 기억의 본질이자 외부 저장 장치와 차별화되는 지점입니다. 건강한 삶을 위해서는 잘 기억하는 것만큼이나 잘 잊어버리는 '망각'의 조화가 필수적입니다. 모든 것을 기억하는 과잉 기억은 오히려 과거에 매몰되게 만들어 미래로 나아가는 발목을 잡을 수 있습니다. 반대로 모든 것을 잊는다면 자아의 정체성을 잃게 됩니다. 결국 기억과 망각 사이의 적절한 균형이 우리의 자아를 지탱하고 변화하는 세상에 적응하게 만드는 힘입니다. 과거를 발판 삼아 현재를 살아가고 미래를 설계하는 인간의 위대한 능력은 바로 이 기억의 메커니즘에서 비롯되며, 이는 우리가 개성을 가진 존재로 우뚝 서게 합니다.

강봉균, 김상정, 최준식

카오스재단카오스강연

뇌인지과학