단기기억은 방금 본 정보를 일정 기간 유지하고 활용할 수 있게 해주는 핵심적인 인지능력이다. 그러나 우리는 종종 이런 정보들을 깜빡 잊어버린다. 단기기억 오류의 신경 메커니즘을 이해하는 것은 인지 과정을 규명하고 신경정신과적 질환와 관련된 결핍을 해결하는데 핵심적인 연구분야다.
한국뇌연구원(원장 서판길)은 라종철 감각·운동시스템 연구그룹 박사 연구팀이 단기기억 오류의 뇌 회로 메커니즘을 규명했다고 16일 밝혔다. 생쥐에서 기억이 유지되는 동안 뇌 신경세포의 신호 표류 현상(drift)을 발견했으며, 신경 신호의 표류가 곧 행동 오류와 직결됨을 확인한 것이다.
연구팀은 “기억은 처음부터 잘못 입력되는 것일까, 아니면 시간이 지나면서 변질되는 걸까? 그리고 잘못 입력되거나 변질되는 정보를 시간에 따른 신경활성 기반으로 디코딩할 수 있을까?”라는 질문에서 연구를 시작했다.
연구팀은 공간 정보나 움직임을 배제한 상태에서 시각정보를 잠시 기억했다가 올바른 방향으로 반응해야 하는 '지연일치 행동과제'를 설계해 생쥐가 수행하게 했다. 그 과정에서 이광자 칼슘 영상법(2-Photon Imaging) 등을 활용해 살아있는 생쥐의 후두정피질(PPC)*의 신경세포 활동을 분석했다.
분석 결과, 기억이 유지되는 동안 뇌의 후두정피질의 신경신호가 점차 '다른 선택지'로 표류하는 현상이 관찰됐다. 이러한 표류는 결국 잘못된 행동의 선택, 즉 기억 오류로 이어졌다. 생쥐가 기억한 시각정보와는 다른 '오답'을 선택한 것이다. 연구팀은 이러한 신경활동의 표류가 행동 오류와 직접적으로 연결됨을 다양한 신경군집분석 방법을 통해 입증했다.
교신저자인 라종철 책임연구원은 “이번 성과가 조현병, ADHD 등 단기기억 손상이 주요 증상으로 나타나는 신경정신질환의 기초 메커니즘을 밝히고, 조기 진단기반 마련에 중요한 밑거름이 될 것”이라며 “단순히 기억오류 탐지 기술을 넘어, 뇌-기계 인터페이스(BCI) 등 첨단 신경신호 해석 기술의 발전에 중요한 단서를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 한국뇌연구원 감각·운동시스템 연구그룹 최준호 선임연구원(제1저자·교신저자), 배성원 연수연구원(제1저자)이 참여했으며, 연구 결과는 권위있는 생물학 분야 국제학술지인 'PLoS Biology' 최신호에 게재됐다. 연구는 한국뇌연구원 기관고유사업, 한국연구재단의 개인기초연구(중견연구) 및 뇌과학 선도융합기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
