시험공부를 할 때 그렇게 안 외워지던 페이지가 거의 반쯤 포기하고 잠자리에 들었다가 일어나면 아침에 머릿속에 정리되어 있는 경험을 해보신 적 있는지요? 저는 꽤 많습니다. 그래서, 시험때 방을 새워 공부하기 보다는 단 몇 시간이라도 반드시 잠을 자는 것이 유리하다는 것을 몸으로 체득하고는 있었는데, 이에 대한 과학적 근거가 되는 연구논문이 나왔습니다. (시험에서의 기억은 단기기억이고, 이번 논문의 주제는 단기기억이 장기기억으로 넘어가는 것이기 때문에 완전히 설명하는 것은 아닙니다만 ...)
과거 프로이드는 낮에 경험하고 학습한 것들이 잠을 자는 동안 꿈을 통해 다양한 방식으로 재구성되고, 새로운 기억들이 구성된다는 주장을 한 적이 있습니다. 이에 대한 과학적인 근거가 있었던 것은 아닙니다. 이 블로그에서도 몇 차례 언급한 바 있지만, 인간의 단기기억력을 담당하는 뇌의 부위는 해마(hippocampus) 입니다. 그리고, 여기에서 일부의 기억들은 장기기억으로 넘어가게 됩니다.
수면과 기억력과 관련하여 2009년 9월 11일에 온라인 출간된 네이처 신경과학(Nature Neuroscience)지에 현재 Rutgers 대학의 분자/행동 신경과학 센터의 교수인 György Buzsaki 팀이 "sharp wave ripples," 라고 불리는 짧은 뇌에서 발생하는 이벤트를 발견하였다고 발표하였습니다. 그리고, 연구팀은 이 이벤트가 해마에서 생성된 학습정보가 장기기억이 저장되는 신피질(neocortex)로 넘어가면서 나타난다는 것을 알아냈습니다.
"Sharp wave ripples"는 강렬하고 압축된 파형으로 해마에서 나타나는데, 해마가 실제로 활발히 움직이지 않고 쉴때 나타납니다. 특히, 잠을 잘 때 많이 발생하는 이벤트로 수면의 가장 깊은 단게인 3단계에서 주로 나타납니다. 즉, 우리 뇌가 열심히 활동하면서 기록된 단기기억 정보들이 잠을 자면서 쉬는 동안에 필요한 것들을 골라서 장기기억 장치로 열심히 옮기는 작업을 한다는 것(?) 입니다. 마치 중요한 정보를 한밤 중에 컴퓨터가 자동으로 백업을 하는 것과 무척 비슷하지요?
이 연구는 쥐를 이용해서 이루어졌는데, 쥐들로 하여금 공간지각 능력과 관련한 작업을 훈련시키면서 각각의 훈련 세션마다 잠을 자도록 했습니다. 이렇게 수면을 취한 쥐들은 "ripples" 이벤트 뇌파가 모두 나왔고, 그런 쥐들이 수면을 취하지 않고, 이런 이벤트가 없는 쥐들에 비해 학습의 진행이 더욱 잘 되었습니다. 또한, 수면을 취하더라도 전기적 자극을 통해 "ripples" 이벤트 뇌파를 제거하면 학습효과가 저하되었습니다.
이 연구는 연구방법의 측면에서도 의미가 있습니다. 최근까지의 연구가 주로 fMRI(기능성 MRI)를 이용해서 뇌의 특정부위가 어떤 행동이나 기능과 연관이 있는지를 밝히는 것들이 많았는데, 이제는 뇌전도(electroencephalogram)나 신경의 전기전달과 관련한 측정방법 등을 이용해서 특정 이벤트와 행위 등이 뇌의 어떤 부위들과 연계가 되는지에 대해서 알아볼 수 있다는 점에서도 의미가 있다고 하겠습니다.
참고문헌 (연구논문 원문링크)
Gabrielle Girardeau, Karim Benchenane, Sidney I Wiener, György Buzsáki & Michaël B Zugaro.
Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory.
