기억의 근본 메커니즘, 기억의 뇌과학

기억한다는 착각
_2024 차란 란가나스 (인도인)
 
기억력과 관련된 뇌과학책입니다.

책 제목이 그리 끌리지는 않았는데,
맨 앞장에 "기억을 잘 사용할 수 있는 방법부터 가짜 뉴스 같은 사회적 문제를 해결할 수 있는 제안까지 기억에 관해 우리가 궁금해하는 모든 것을 담았다."라고 소개된 부분을 보고 1차로 혹해서 읽다가,
 
전전두엽피질은 작업기억, 해마는 장기기억으로 정의하는 옛날교과서 같은 내용이 아니라서 2차로 혹해서 끝까지 다 읽어보았어요.

목차박스

1. 기억의 메커니즘    1) 해마    2) 전전두엽피질    3) 디폴트모드 네트워크 2. 기억에 영향을 주는 보이지 않는 힘    1) 상상력    2) 감정    3) 도파민 회로    4) 기시감(데자뷰)    5) 호기심 3. 기억응고화와 수면 4. 학습과 교육에의 함의 5. 집단기억 6.마무리

 

1. 기억의 메커니즘

1) 해마 (시공간 여행자)

1. 기억은 고립된 섬들의 집합이 아니라, 상호작용하는 세포연합들의 생태계다.
2. 뉴런끼리의 연합과 경쟁(간섭현상)으로 우리는 매일 망각을 경험한다. 우리가 매일 수많은 망각을 경험하는 것은 기억이 사라지기 때문이 아니다. 특정한 시간과 장소에 대한 감각(맥락)이 맞아떨어지면, 사라진 줄 알았던 기억이 갑자기 전면으로 다시 부상할 수 있다. 
3. 해마는 뇌의 측두엽 안쪽, 편도체 뒤에 위치한다.  우리에게 지금 위치를 알려주는 방향으로 진화했으며, 기억형성과 공간적 방향감각에 핵심적 역할을 한다. 존 오키프는 해마에서 '특정한 장소에 있을 때 활성화되는 뉴런(=장소세포)을 발견한 공로로 노벨상을 받았다. 
4. 해마는 맥락을 하나로 묶는다. 일화기억(경험)에서 맥락이(음식 맛, 음악, 감정) 핵심적 역할을 한다. 특정한 장소, 상황 기분만으로 비슷한 맥락 속에서 발생한 다른 사건에 접속하기가 쉬워진다. 해마는 일어난 '사건'이 아니라, 그 일이 일어난 '시기와 장소'를 기준으로 여러 사건에 대한 기억을 '색인'으로 정리할 수 있게 해 준다. (공간과 시간에 모두 뿌리를 내린 일화기억은 해마에 의존한다)
5. 엔델 툴빙의 통찰에서 가장 핵심은 어떤 사건을 기억해 내기 위해서는(일화기억, 정신적 시간여행) 특정한 시간과 장소로 정신적으로 되돌아갈 필요가 있지만, 지식은(의미기억) 정보학습 시기, 장소 상관없이 떠올릴 수 있다는 것이다. 일화기억과 의미기억으로 무장한 우리는 규칙과 예외를 모두 빠르게 학습할 수 있다.
6. 특정한 일화기억에 접속했을 때, 우리는 그 당시의 정신적 상태도 조금 떠올릴 수 있다.(감정, 느낌) p73
7. 대부분 두 살 이전의 일화기억이 없다 (영아기 기억상실) 생애 첫 몇 년 동안은 해마가 아직 발달 중이라서 아주 어린아이들에게 시공간에 대한 맥락과 경험을 연결시킬 능력이 없을 거라 예측한다.
8. 만약 자다 깼는데, 오늘이 며칠인지 여기는 어디인지 알 수 있는 맥락이 전혀 없다고 상상해 보자. 시공간 속에서 우리를 붙잡아 줄 것이 하나도 없기 때문에 우리는 방향감각을 잃는다. 알츠하이머병은 뇌에서 해마를 파괴시켜 환자들이 자주 길을 잃게 만든다.
9. 어떤 방에 들어왔는데 왜 들어왔는지 기억이 안 날 때 : '사건의 경계선'이라 부르는 현상의 정상적 결과이다. 장소에 대한 감각이 급격히 변해서, '사건의 경계선'은 까닭 모를 망각을 야기하곤 한다.
10. 적조 시 생성되는 해양 생물독소 도모산(domoic acid)이 해마에 미치는 연구 : 도모산은 먹이사슬을 타고 올라간다. 인간이 이 독소를 먹으면 '기억상실증 패독'에 중독될 수 있다. 도모산에 노출된 바다사자는 해마가 심각하게 손상되어 있었다. 해마가 제대로 기능하지 못해서 방향감각을 잃은 바다사자들은 평소 먹이를 구하던 곳이 어딘지 기억하지 못하고 해변으로 떠밀려 온다.

2) 전전두엽피질 (중앙집행부)

1. 전전두엽피질(전두엽)에 문제가 생긴 사람들이 산만하지 않은 환경에서 명확한 지시를 받았을 때는 아무 문제 없이 기능을 발휘하지만, 산만한 환경에서는 어려움을 겪는다. 뇌의 특화된 네트워크는 남아있으나 각각의 영역이 공통의 목적을 위해 협력하지는 못하기 때문이다. 
2. 전전두엽피질은 뇌에서 매우 늦게 성숙하는 부위 중 하나로, 청소년기 내내 뇌의 다른 영역들과의 연결 상태를 계속 섬세하게 다듬는다. 어린이들은 비록 학습 속도가 빠르지만, 쉽게 산만해지는 이유이다.
3. ADHD를 지닌 아이들은 이해력이 떨어지는 것이 아니라 수업에 집중하지 못해서 공부를 잘하지 못하는 것이다. 
4. 어르신들의 경우에는 우울증이 알츠하이머병의 초기증세와 아주 흡사한 형태를 띨 수 있다. 기억의 문제가 아니라, 주의를 집중하는 능력이 변화를 겪으면서 별로 중요하지 않은 것이 머리에 새겨져 버리는 경우가 많다. 
5. 전전두엽피질에게 좋지 않은 것 : ① 멀티태스킹, ② 고혈압과 당뇨 같은 건강문제(뇌의 *백질 손상), ③ 수면부족 ④ 알코올 ⑤ 스트레스
6. 코로나19를 장기간 앓은 사람들은 물론 만성피로증후군 같은 다른 감염 관련 장애를 지닌 사람들도 호소하는 브레인포그가 어쩌면 전전두엽 기능의 변화 때문인지 모른다. 
7. 전전두엽피질 기능 향상을 위해 : 우리가 몸을 위해 하는 일이라면 무엇이든 뇌에도 좋다. 나아가 기억력에도 좋다. 잠, 운동, 건강한 식사 등 신체와 정신에 좋은 모든 것이 전전두엽피질에도 좋다. 운동은 수면을 돕고 스트레스도 줄여준다. 달리기 같은 유산소운동은 뇌의 가소성을 증진시키는 화학물질 분비를 증가시키고, 뇌에 에너지와 산소를 전달하는 혈관계통을 건강하게 하며, 뇌혈관 질환과 당뇨병의 위험 및 염증을 줄여준다. 
8. 덩어리 짓기(chunking) : 방대한 양을 압축해서 뇌에 저장한다. 이때 전전두엽피질의 활동이 극적으로 증가한다. 도식(schema)

* 뇌의 백질은 뇌의 여러 영역이 소통하는 통로로써, 이것이 손상되면 전전두엽피질이 고립된다.
 
3) 디폴트모드 네트워크 (DMN)

1. 디폴드모드 네트워크의 활동이 줄어들면, 해마의 홀동도 줄어든다. p103
2. 해마는 사건의 경계선에서 DMN과 신호를 주고받을 때 활동량이 증가한다. 
3. 디폴트모드 네트워크는 정보를 모두 구성요소로 분해해서 같은 요소들이 포함된 다른 영상을 이해하거나 기억할 때 반복적으로 재사용되도록 한다. 해마는 이 분해된 조각들을 조합해서 과거 어떤 사건 때 활성화되었던 다양한 세포연합을 찾아 기억해 낸다.
4. 노인중 20%는 단백질 아밀로이드가 알츠하이머 증상이 나타나기 훨씬전부터 DMN에 축적된다.

(→ 그래서 자고 일어나거나 산책, 샤워, 설거지, 학교 쉬는 시간에(디폴프모드, 멍 때릴 때) 정보를 분해하고 재결합 하다보니 유레카! 하는 일들이 있나 봅니다.)
 
 [ 요약 박스 ] 

부위	기능 요약	특징
해마	시간과 공간 맥락을 연결하는 ‘기억의 색인’	장소세포, 일화기억 형성, 방향감각,
전전두엽피질	기억의 조율자, 주의집중·계획·조직·실행기능 담당	늦게 성숙하며, 산만함·ADHD·우울·스트레스에 민감
디폴트모드네트워크(DMN)	수면, 멍때릴 때 활성화, 기억과 연결된 상상·내적 성찰의 회로	해마와 협력, 수면 중 기억 통합

 
 

2. 기억에 영향을 주는 보이지 않는 힘

1) 상상력
소련의 기자 셰레솁스키는 모든 걸 기억하는 능력의 소유자로 연구대상이 되었고, 자주 회자되는 인물이다. 그가 보여준 완벽한 기억력의 열쇠는 바로 "생생한 상상력"이었다. 기억은 재생이 아닌 재구성. 뇌의 상상기능과 기억기능은 서로 완전히 별개의 존재가 아니다.
 
2) 감정
강렬한 감정과 관련된 사건은 잘 기억한다. 뇌는 중요도를 판단해 우선순위를 매긴다. 생존회로를 강력하게 활성화하는 사건은 기억해 둘 가치가 있다. 감정은 뇌의 신경전달물질을 증가시켜(노르아드레날린, 코르티솔, 도파민 등) 기억력을 강화시킨다.
 
생존회로가 발동했던 시기를 떠올릴 때는 편도체(감정)와 해마(시간여행)가 한 팀으로 움직인다. 편도체(아미그달라)는 해마 바로 앞에 있고, 위협에 반응하는 중심부위이다. 
 
해마, 전전두엽피질, 편도체에는 스트레스 호르몬 수용체가 있다. 그래서 스트레스는 기억력에 영향을 준다. 스트레스는 전전두엽피질의 중재하는 실행기능을 하향조정하고, 편도체의 민감성을 높인다. 
 
3) 도파민회로
위험한 내기와 안전한 내기 중 하나를 반복적으로 선택하는 실험을 했다. 안전한 쪽을 택한 사람은 작은 보상을 받을 가능성이 높았고 (1.25$ 딸 확률 80%) 위험한 쪽을 택한 사람은 큰 보상을 받을 가능성이 낮았다.( 2.25$ 딸 확률 40%) 위험한 쪽을 선호하는 사람은 승리했을 때 보상-학습회로(도파민회로)가 더 활성화되었다. 하지만 실패했을 때에도 보상회로의 활동이 치솟았다. 
중독에 취약한 사람들이 있고, 도파민은 무모한 결정을 내리게 할 수도 있다. 
 
4) 기시감(데자뷔)_친숙함
쥐의 측두엽에서 주변후피질을 저주파로 자극하면 이런 효과를 흉내 낼 수 있음을 발견했다. p177
저주파로 자극하면 낯익은 느낌, 고주파로 자극하면 낯선 느낌을 인위적으로 만들어 낼 수 있었다.
 
친숙함은 약한 형태의 일화기억이 아니라 완전히 다른 것이다. 주변후피질의 온전함에 좌우되는 또 다른 형태의 기억이다. p184 
사람들에게 처음 들어보는 단어를 제시하면 주변후피질의 활동이 증가한다. 
 
5) 호기심
아는 것과 알고 싶은 것 사이의 정보격차(예측오류, 지식의 틈)가 발견될 때 호기심이 자극받는다. 이때 도파민 회로의 활동이 증가(측좌핵 포함)하는데, 학습과 기억에 영향을 미치는 자도 있었지만, 사람마다 달랐다.
 
단순히 학문에 흥미 있는 상태보다, '경험에 대한 개방성'이 학습성과 예측에 더 훌륭한 성능을 발휘한다. 이들은 구체적인 목적이나 성취가 없어도 학습을 즐긴다. 기질의 차이.
 

3. 기억 응고화와 수면

 
실수에서 더 많이 배운다. 고생은 진짜다.
온 세상에서 대부분의 학생이 사용하는 가장 간단한 방법은 교과서를 반복적으로 읽어서 외우려고 시도하는 것이다. 공부를 하는 대신 스스로 시험을 보는 방식으로 훈련하면 어떨까?
 
우리 뇌는 실수와 도전에서 교훈을 얻도록 만들어져 있다. 이를 '실수기반학습'이라 부른다. 시험에서 사람들의 약한 부분이 드러난다. (메타인지↑) '사전시험'도 한참 애쓰도록 하기에 학습에 놀라운 효과를 발휘한다. 
 
실수기반학습이 뇌에 어떻게 작동하는지 컴퓨터 시뮬레이션을 적용해 본 결과, 해마에 터보엔진을 장착한 것 같은 결과가 나왔다. 간섭현상 앞에서도 훨씬 많은 정보를 학습하고 기억할 수 있었다는 뜻이다. 
시험효과는 방금 학습한 것을 떠올리라고 자신을 다그치는 데서 나온다. 시험으로 유용한 연결은 강화하고 방해되는 연결은 잘라내며 기억을 갱신한다. 아직 잘 모르는 정보에 초점을 맞추는 것이 우리 뇌가 공간을 절약하고 신속히 학습하는 가장 능률적인 방법이다. 
 
뇌가 올바른 기억을 끄집어내려고 애쓸 때마다 실수기반학습이 이루어진다. 
벼락치기는 단기적으로는 효과적이지만 금세 사라진다. 오랫동안 정보를 머릿속에 보관하려면 공부시간을 짧게 여러 번 쪼개는 것이 가성비가 높다. 해마가 그 기억을 계속 갱신하다 못해 나중에는 이렇다 할 맥락이 사라지는 지경에 이르러, 언제 어디서든 그 정보에 쉽게 접근할 수 있게 된다. 
 
가장 깊은 수면상태인 서파수면(SWS)은 학습 및 기억과 가장 확실하게 연결되어 있다. SWS 중에 해마와 신피질이 놀라울 정도로 정연하게 상호작용하며, 전전두엽과 디폴트모드네트워크에서도 폭발적인 활동을 일으킨다. 
 
급속안구운동(REM) 수면은 학자들이 때로 역설적인 수면이라 부른다. 뇌파가 깨어 있을 때와 비슷하기 때문이다. *신피질이 역동적으로 활동하고, 이 때 꿈을 꾼다. (*신피질 : 대뇌 피질 중 가장 최근에 진화된 부위. 대뇌피질의 90%)
 
수면이 기억을 응고화하는 원리
기억은 일종의 생태계라서 한 기억을 떠올리면 다른 맥락에서 습득된 경쟁 기억을 품은 세포연합이 억압될 수 있다. (인출 유발 망각) 반면 수면은 세포연합들이 서로 경쟁하기보다 함께 잘 활동하는 환경을 만들어준다.
 
SWS 중에 해마는 전날의 중요한 경험(일화기억)을 포획한 세포연합에 불을 붙이고, REM수면상태에서 신피질은 한 정보를 이용해 자유연상이라는 연쇄반응을 일으키며 수면 중에 여러 경험의 가닥으로 지식을 엮는다. 수면 후에 정보의 큰 그림을 보기가 더 수월해질 때가 있다. 우리는 잠 덕분에 기억을 지혜로 바꿀 수 있다. 낮잠, 멍 때리기로도 비슷한 이득을 얻을 수 있다. 
 
 [ 요약 박스 ] 

수면 단계	주요 뇌부위	작용 내용	기억 종류	학습효과
서파수면 (SWS) 깊은 수면	해마	하루 동안 형성된 일화기억을 되살리고 강화, 실수기반강화	일화기억 (경험기반)	실수기반학습 효과, 정보 안정화
렘수면 (REM) 얕은 수면, 꿈 단계	신피질	서로 다른 정보 조각을 창의적으로 연결	통합 기억(아이디어 재조합)	통찰, 창의성 증진. 문제 해결 능력 향상
낮잠 / 멍때리기 / 자유연상	DMN + 해마	깨어 있지만 외부 자극 없이 내부 연결 활성화	잠재기억, 망각된 정보 재구성	유레카 효과,감정 정리, 기억 정돈

 

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4. 학습과 교육에의 함의

 

• 실수 기반 학습: 시험은 단순 평가가 아니라 기억 응고의 촉진제.
• 사전 시험/반복 테스트는 학습 강화에 매우 효과적.
• 기억은 떠올릴 때마다 갱신된다. 잘못된 정보도 덧붙지만, 되돌리는 것도 가능.
• 벼락치기는 단기 효과. 반복과 간격두기 학습이 진짜 학습.

 
학교 시험만 잘 보면 된다고 생각하지 말고, 실수와 실패를 정상적인 일로 취급하고 끊임없는 개선과 향상에 인센티브를 주어야 하지 않을까?  특정한 내용에 통달해야 한다고 강조하기보다는 노력을, 자신이 뭔가를 배웠다고 증명하기보다는 배우려고 애쓰는 것을 칭찬할 필요가 있다. 

5. 집단기억

1. 우리는 서로 협력하여 개인적인 기억과 집단적인 기억을 끊임없이 재구축하고 갱신한다.
2. 사람들과의 싱호작용이 인생서사를 바꿔놓을 수도 있다. 자신에 대한 인식, 정체성에 영향을 미친다.
3. 기억은 집단안에서 가장 목소리가 큰 사람의 기억을 향해 기울어진다.
4. 집단과 함께 기억을 떠올리면 사람들의 기억이 점점 같은 내용으로 수렴된다. 싱호작용이 많아질수록 집단의 기억이 균질화된다.
5. 구성원들이 긴밀히 협동하여 개개인을 고려한다면 각자의 합보다 더 나은 집단기억이 만들어질 때도 많다. 소외된 집단까지 모두 포함된 평범한 사람들의 경험과 시각에도 관심을 기울인다면, 하나의 시회로서 과거를 더 훌륭하게 이해할 수 있다.
6. 우리는 사회적인 기억 전달에서 부정성편향을 갖고 있다는 연구결과도 있다 p307
7. 집단이 기억오류를 확대해서 전달하려는 경향은 거짓정보를 퍼뜨리는 데 쉽게 이용될 수 있다.
8. 가짜뉴스를 접한 뒤(이 타이밍이 중요) 팩트체크를하면 거짓정보의 영향을 없앨 수 있다.

 

마무리

기억_끊임없이 재조직되고 연결되는 살아있는 생태계.
기억은 왜곡되지만 그래서 더 유연해질 수 있지요.
 
제가 과거에 퇴근 후 집 근처 공원 벤치에 앉아서 힘없이 저녁노을을 보다가 문득 5살에 툇마루에서 혼자 노을을 보며 쓸쓸함을 느끼던 일이 떠올랐어요. 5살 그때 감정까지도 불러와 주더라고요. 너무 신기했죠. 수십 년간 떠올려 본 적 없는 기억이 그렇게 튀어나오다니...해마는 그렇게 과거로의 시간여행을 시켜주더군요.
 
기억과 학습관점에서는 [몰입]이란 책에서 말하는 것과 어느 정도 일맥상통하는 부분이 많았습니다. _ [시간을 두고 반복학습, 낮잠]
 
해마, 편도체, 전전두엽피질은 기억력뿐만 아니라
회복력에도 중요한 기능을 합니다.
감정 폭풍을 조절하는 전전두엽,
시간여행자 해마,
감정을 느끼는 편도체가 잘 균형상태가 이뤄지면,
회복력도 향상되지요.
 
뇌의 전반적인 기능을 향상하려면
운동이 가장 중요한 것 같네요.
숙면에도 도움을 주고,
뇌 가소성도 증진시켜 주니까요.
 
오늘 운동 고고씽 해볼까요??
오늘 못하더라도 틈날 때 해봐요. ^^

 
 
[4. 방향 찾는, 영어 수학 교수 방법] - 제대로 알고 공부하자 _ 뇌를 진화시키는 공부법

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[2. 정돈하는, 인생 탐구] - 필독] 마음수양 + 누구나 천재가 될 수 있다

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