기억 형성의 매커니즘을 찾다

로베르토 말리노의 새로운 연구 결과

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캘리포니아 대학 연구팀이 기억 형성에 대한 매커니즘을 알아내어 수년간의 논쟁에 종지부를 찍었습니다.

많은 과학자들은 시냅스 증강이 기억 형성에 관여하고, 이러한 증강이 시냅스 가소성의 한 형태인 장기 강화작용(Long-term potentiation, 이하 LTP)에 의해 발생한다는 시각에 동의해왔지만, 이러한 작용에 의해 기억이 형성된다는 확실한 증거를 찾지 못해왔습니다.

이번에 새로 시작한 연구는 최신 기술의 신경공학 기술을 도입했는데, 이는 LTP 시냅스 증강이 공포스런 기억을 만드는데에 필요하다는 것을 증명하기 위할 뿐만 아니라 반대의 매커니즘이 기억을 지울 수도 있다는 것을 보여주기 위함입니다.

기억에 있어서 해마의 중요성은 이미 잘 알려져 있었습니다. 그리고 LTP가 발견되었을 때, 이것은 기억 형성의 기초라고 추정되었습니다. 그리고 이것의 매커니즘에 대한 연구가 집중적으로 이루어졌고, 다른 분야의 두뇌 연구보다 훨씬 더 많은 논문이 이 분야에서 나왔습니다. 이러한 연구의 결과로 연구자들은 LTP가 기억의 여러 부분에 관여하고 있으며, 또한 약물이나 돌연변이가 일종의 기억 결손을 발생시킨다는 사실을 알아냈습니다. 그러나 지금까지 어떠한 연구도 이것이 기억 형성의 기초라는 것을 직접적으로 보여주진 못했습니다.

로베르토 말리노와 그의 동료 연구원들은 이 문제에 대해 광유전자학(Optogenetics)을 이용하여 접근하였습니다. 광유전자학에선 특정한 뉴런 집단에 Channelrhodopsin으로 알려진 광감응 단백질을 집어넣는 과정을 수반하는데, 이렇게 함으로서 꽤 정확히 세포를 켜고 끌 수 있습니다. 레이저 펄스는 광섬유를 통해 뇌로 전달됩니다.

연구자들은 Channelrhodopsin 유전자를 운반하는 인공적인 바이러스를 통해 쥐의 뇌, 그 중에서도 Amygdala라는 특정한 부위에 특정 소리에 대한 정보를 삽입합니다. Amygdala는 공포를 관장하는 부위입니다. 그리고 그들은 어떠한 청각적 자극이나 다른 자극을 줄 때마다 가벼운 전기 충격을 줌으로서 쥐가 이 자극에 대해 공포를 느끼도록 하였습니다.

말리노와 그의 동료 연구원들은 레이저 펄스의 깜빡임을 통해 Amygdala 세포를 활성화시키는 동안 약간의 전기 충격을 줌으로서 쥐가 공포심을 느끼도록 유도했습니다. 쥐가 전기 충격과 불의 깜빡임이 서로 연관되어 있음을 알 수 있도록 하기 위해서죠. 이후 쥐들의 뇌를 검사한 결과, 연구진들은 이러한 자극이 amygdala에 LTP를 유도했다는 것을 발견했습니다.

또한 연구원들은 빛을 다른 패턴으로 깜빡인다면 같은 시냅스에 있는 같은 세포가 LTP를 파괴할 수도 있다는 것도 발견했습니다. 이는 장기 억압(Long-term depression)이라는 매커니즘에 의해 발생하는데, 장기 강화작용의 반대 매커니즘입니다. 이러한 매커니즘은 쥐가 빛의 깜빡임과 전기 충격이 관계가 있음을 잊게 만듭니다.

“우리는 기억을 요요처럼 가지고 놀았습니다”

말리노가 네이쳐와의 인터뷰에서 한 말입니다. 그리고 이제서야 그와 그의 동료들은 자신들의 업적을 “조금이라도 기념”할 수 있는 여유가 생겼습니다. 이제 LTP가 기억 형성에 관여한다는 사실은 확고해졌습니다. 전 세계의 수많은 신경과학자들도 이 순간을 기념하고 싶을 겁니다. (The Guardian)