- KAIST 연구팀이 최신 기억과 과거 기억 중 어떤 기억을 꺼낼지 조절하는 뇌 내 '기억 스위치' 신경회로를 세계 최초로 규명했습니다.
- 실험에서 광유전학 기술로 특정 신경회로를 차단하자 최근 업데이트된 기억은 사라지고 과거의 기억 상태가 고스란히 복원되는 유연성을 확인했습니다.
- 이는 아밀로이드 단백질 제거에 그치던 기존 치매 치료 한계를 조절 스위치 복원이라는 완전히 새로운 패러다임으로 돌파할 실마리를 제공합니다.
치매에 걸리면 머릿속에 있던 기억이 다 날아가 버리는 걸까요? 여러분은 어떻게 생각하십니까? 많은 이들이 치매를 뇌细胞가 죽어나가며 기억 자체가 아예 삭제되는 비가역적인 파괴 질환으로 알고 있습니다.
하지만 카이스트(KAIST) 생명과학과 한진희 교수 연구팀의 발견은 우리의 상식을 완전히 뒤흔듭니다. 결론부터 간단하게 말씀드리자면, 치매 환자의 뇌 속에도 기억은 여전히 존재합니다. 다만 그 기억을 서랍에서 끄집어내는 '스위치'가 고장 난 것뿐이라는 놀라운 사실이 동물을 통한 신경 실험에서 증명되었습니다.
세상의 모든 지식 언더스탠딩이 이번 연구를 주도한 한진희 교수와 함께 우리 뇌 속 기억 저장과 인출의 보이지 않는 통제실을 깊숙이 파헤쳐 봅니다.
치매 환자의 기억은 사라진 것일까? : 세계 최초로 규명된 '기억 스위치'
우리는 보통 새로운 정보를 얻으면 기존 기억의 자리에 새 기억이 '덮어쓰기' 되어 옛날 기억은 흔적 없이 사라진다고 믿잖아요. 과연 그럴까요?
기억 업데이트 과정에서 신경 세포가 활성화되는 특정 뇌 영역을 비교한 데이터입니다.
연구팀이 생지(실험용 쥐)를 대상으로 전기 충격 공포 학습을 반복하며 뇌 단면 활성화를 분석한 결과, 완전히 반대의 현상이 관찰되었습니다. 생지에게 동일한 장소에서 무서운 자극을 주어 기억을 업데이트(강화)시켰을 때, 뇌 속 '내측 중격(Medial Septum)'이라는 특정 영역의 활성 분포가 확연하게 달라졌던 겁니다.
그렇다면 이 공간을 억제해보면 어떨까요? 놀랍게도 업데이트된 최신 기억 시스템을 일시적으로 꺼버리자, 지워진 줄 알았던 업데이트 전의 원래 기억 상태로 뇌의 반응이 완벽하게 되돌아갔습니다. 기억 자체가 파괴되어 사라진 게 아니라, 최근 기억과 조상 기억을 선택해서 보여주는 정교한 교차로 스위치가 뇌 깊은 곳에 엄연히 존재하고 있었던 것이죠.
왜 이것이 기존 뇌과학의 판도를 뒤흔드는가 : '덮어쓰기'가 아닌 '선택'의 문제
이게 무슨 의미일까요? 통념과는 다르게 우리 뇌는 기억을 삭제하는 게 아니라, 차곡차곡 모두 저장해 두고 있다는 뜻입니다.
단지 지금 처한 상황에서 어떤 메모리 카드(최신 업데이트 카드인가, 옛날 원본 카드인가)를 컴퓨터에 꽂아 출력할지만을 이 스위치가 제어하고 있었던 건데요.
뇌의 특정 영역인 MS와 MEC 사이의 신경 연결성을 시각화하여 기억 정보가 어떻게 전달되는지 보여줍니다.
재밌는 건 이 조절 장치가 망가지면 치매 환자에게서 나타나는 전형적인 행동이 그대로 복제된다는 점입니다. 아주 방금 밥을 먹은 최신 행위는 업데이트가 안 돼서 완전히 기억을 못 하는데, 수십 년 전 자식들이 어렸을 때 결혼했던 과거의 디테일은 귀신같이 찾아내 이야기하는 현상이지요. 뇌 속에 저장 매체인 '하드웨어'는 멀쩡히 돌아가고 있는데, 원하는 경로를 찾아가 비춰주는 '검색 엔진 서치 라이트'가 고장 났다고 이해하시면 쉽습니다.
기억을 제어하는 뇌 속 지휘자 : 가바(GABA) 신경세포와 광유전학의 비밀
그렇다면 대체 그 스위치의 정체는 무엇이며 어떻게 움직이는 걸까요? 한진희 교수는 뇌 아래쪽 깊숙한 곳에 있는 '내측 중격(Medial Septum)' 부위의 억제성 가바(GABA) 신경세포에 주목했습니다.
가바 신경세포는 뇌의 흥분을 가라앉히는 자동차의 브레이크 역할을 하는 세포입니다. 연구팀은 이 가바 세포가 '내측 내우 피질(MEC)'로 길게 가지를 뻗어 신호를 보내며 전체적인 기억 조절의 지휘자 역할을 수행한다는 사실을 알아냈습니다.
뇌의 특정 부위를 빛으로 제어하여 신경 전달을 차단하고 기억의 작동 원리를 확인하는 실험 과정입니다.
연구팀은 현대 뇌과학의 핵심 무기인 '광유전학(Optogenetics)' 기술을 사용하여 검증에 돌입했습니다. 눈이 먼 미생물 등에서 채취한 빛 반응 유전자를 생지의 특정 뇌세포에 주입해 성질을 개조한 뒤, 뇌 매설 광섬유를 통해 특정 색의 빛을 쏘아주는 메커니즘입니다.
노란색 빛을 쏘아 가바 신경망의 신호 전달을 억제하자마자, 공포 소멸 학습(안전해졌다는 업데이트)을 마쳤던 쥐들이 돌연 옛날의 극심한 공포 행동으로 돌아갔습니다. 반대로 빛을 끄자 다시 현재의 평온한 상태로 돌아왔죠. 빛 스위치 하나로 주인의 기억 시간대를 자유자재로 순간 이동시키는 혁신적인 발견입니다.
누구에게 영향을 주는가 : 기존 아밀로이드 치료법의 한계와 새로운 돌파구
이 발견으로 가장 큰 영향을 받는 대상은 바로 전 세계의 치매 환자들과 현재 미궁에 빠져 있는 신약 개발 바이오 업계입니다.
그동안 글로벌 빅파마들은 치매 환자의 뇌 겉과 속에 쌓이는 끈적한 노폐물, 즉 '아밀로이드 베타 플라크' 찌꺼기를 없애는 데에만 혈안이 되어 있었습니다. 수십조 원의 치료 비용을 쏟아부어 마침내 찌꺼기를 훌륭하게 청소해 냈음에도 불구하고, 실제 임상 시험에서 환자들의 인지 능력이 눈에 띄게 좋아지지 않아 의학계가 깊은 좌절에 빠져 있었던 게 사실입니다.
뇌가 특정 상황에서 얻은 정보를 어떻게 기억하고 수정하며 학습하는지 보여주는 실험 단계입니다.
왜 동물 치료에서는 통했는데 사람한테는 실패했을까요? 의아했던 건 기존 동물 실험 방식은 단 하나의 밋밋한 기억만 테스트하는 수준이었지만, 인간의 일상은 무수히 축적된 기억 위에서 실시간으로 업데이트되는 초정밀 환경이라는 점입니다.
기존 치료제들은 세포 겉에 쌓인 찌꺼기만 치웠을 뿐, 기억 조절 타겟인 '억제성 가바 신경세포의 고장 난 기능'을 교정하지 못했습니다. 실제로 초기 치매 단계에서 가장 먼저 기능 장애를 일으키는 곳이 바로 이 가바 스위치 영역이라는 사실이 밝혀진 만큼, 이제 치료 표적은 아밀로이드 배출에서 스위치 복원 회로 쪽으로 대대적으로 전환될 것입니다.
앞으로 우리가 주목해야 할 점 : 일상 속 '온·오프라인' 상태와 미래의 치매 치료제
더 나아가 연구팀은 인위적인 전기 조절 없이도 자연 상태에서 이 기억 스위치가 어떻게 작동하는지도 발견했습니다. 우리 뇌는 활발하게 외부에 집중하는 '온라인(Online)' 상태와, 멍을 때리거나 잠을 잘 때 혹은 명상을 하는 '오프라인(Offline)' 상태로 나뉩니다.
실험 결과, 우리가 외부 자극을 차단하고 눈을 감은 '오프라인' 상태가 되면 기억 스위치 세포가 자연스레 쉬면서 옛날 오래된 과거의 기억들이 훨씬 부드럽게 수면 위로 풀려 올라오게 됩니다. 눈을 감고 회상에 잠기는 일상적인 행동 자체가 뇌를 오프라인 상태로 만들어 스위치를 슬며시 내려놓는 정교한 생체 작용이었던 것입니다.
여기서 핵심이 뭐냐면, 결국 우리 기억 저장은 망가지지 않고 하드웨어 안에 무사히 있으니, 이 스위치 가바 활성을 되찾아주는 전용 약물이나 자극 기술이 확보된다면 치매 증상을 비약적으로 호전시킬 길이 열린다는 희망입니다. 카이스트에서 시작된 이 작은 뇌 스위치의 비밀이 향후 인류 최악의 질병으로 꼽히는 치매 정복의 실마리가 될 수 있을지 끝까지 주목해야 할 이유입니다.
FAQ
치매 환자가 옛날 기억은 생생한데 오늘 아침 기억을 못 하는 건 왜 그런가요?
기억 자체가 뇌에서 지워졌기 때문이 아니라, 최근 업데이트된 최신 기억을 꺼내 쓰도록 유도하는 뇌 속 '기억 스위치(내측 중격의 가바 신경세포)' 시스템이 고장 났기 때문입니다. 저장된 하드웨어 자체는 존재하나 경로를 찾지 못해 과거 기억만 인출되는 현상입니다.
기존의 아밀로이드 플라크 제거 치매 신약들은 효과가 없었던 건가요?
아밀로이드 찌꺼기를 없애는 효과는 있었지만, 이미 기능이 전하되어 고장 난 내부 기억 제어 신경 경로(스위치)를 치료하지 못했기 때문에 인지능력 개선 등 실질적인 치매 완화 효과가 미비했습니다. 찌꺼기 청소와 스위치 경로 복원이 동시에 가야 치료 효율을 극대화할 수 있습니다.
눈을 감고 멍하니 있거나 명상을 할 때 옛날 기억이 잘 나는 이유도 스위치와 연관이 있나요?
그렇습니다. 외부 자극을 집중적으로 처리하는 '온라인 상태'에서는 최근 업데이트 스위치가 켜져 있지만, 자극을 차단하고 눈을 감아 뇌를 '오프라인 상태'로 전환하면 스위치가 이완되어 서랍 깊숙이 보관된 오래된 과거記憶들이 오히려 자연스럽게 연상됩니다.
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