[코싸인의 인지과학 이야기] 기억(11)

[기억 3주차 - 신경] 4. 해마와 기억

해마

    저번 포스팅에서는 알코올이 기억에 미치는 영향을 다뤘다면, 이번에는 해마와 기억의 직접적인 관계에 대하여 이야기해 볼 예정입니다. 해마가 기억과 관련이 있다는 것은 이미 잘 알려져 있는데요, 해마는 학습과 장기기억 저장에 관여하고 있습니다. 또한 해마는 ‘대뇌변연계’라는 뇌 영역의 양쪽 측두엽에 존재합니다.

해마의 부위 / 그림출처 : Wikipedia

파페츠 회로

    흔히들 기억에 관여하는 뇌 부위는 해마 뿐이라고 생각할 수 있는데요, 실제로는 파페츠 회로(Papez Circuit)라는 구조도 기억 형성과 관련이 있습니다. 파페츠 회로란, 뇌과학자 파페츠에 의해 정의된 ‘해마 – 유두체 – 시상 – 대상회– 해마방회 – 해마'로 이어지는 뇌 연합구조입니다. 필요한 정보는 이 회로를 통하여 장기기억으로 저장되는데, 이 과정을 반복한 정보일수록 더욱 기억이 잘 되며 우리의 뇌는 그 정보에 대하여 숙달됩니다. 이 복잡한 연합구조 중 어느 한 군데라도 손상이 되면 기억장애가 일어날 수 있는데요, 특히 시상이 손상된 경우 심한 기억장애나 작화증 등을 보일 수 있습니다.

파페츠 회로 / 그림출처 : Tumblr

    정상인의 뇌는 이러한 뇌 구조들이 기능적으로 잘 연결되어 있어 빠른 정보처리와 반복을 통한 숙달이 가능하지만, 자폐아나 발달장애아 같은 경우 특정한 뇌 구조의 기능이 떨어진 상태이기 때문에 시각, 청각, 체감각 정보들이 빠르게 처리되지 않습니다. 그렇기 때문에 여러 교육을 받아도 효과가 떨어지고 반복을 해도 실력이 잘 늘지 않는 것입니다.

H.M.

해마와 기억에 관한 연구에 매우 중요한 역할을 한 사람은 H.M.이라는 이니셜로 더 많이 알려진 Henry Gustav Molaison입니다. H.M.은 뇌전증을 치료하기 위해서 물리적으로 해마를 포함한 내측 측두엽을 제거하여 기억 장애를 가지게 된 환자입니다. 그는 뇌전증은 치료되었지만 수술 이후의 일을 장기기억으로 저장하지 못하는 순행성 기억 상실로 인해 고통을 받았습니다. 수술 전의 기억들은 존재하지만 그 이후에 새로운 장기기억들은 만들어내지 못하는 것을 보고, 해마를 포함한 내측 측두엽이 의미 기억과 일화 장기기억의 형성에 관여를 하고 있다는 것을 이해하게 되었습니다.

내측 측두엽이 손상된 H.M.의 뇌 / 그림출처 : Psychology Wizard

    하지만 앓고 있는 기억 상실 증상에도 불구하고, H.M.은 놀랍게도 지능 검사에서는 지극히 정상적인 모습을 보였습니다. 또한, 새롭게 배운 운동 기술과 같은 암묵 기억은 보존이 되는 것을 발견하였습니다. 예를 들어 거울에 반사된 그림을 보고 따라 그리는 과제가 주어졌을 때, 첫 번째 시도에서는 많은 오류를 냈지만 회차가 반복될수록 오차가 줄었습니다. 물론 H.M.은 본인이 이전에 그러한 과제를 했었다는 것은 기억하지 못했지만 과제 수행력은 발전했던 것이지요.

H.M.star tracing experiment / 사진출처 : Psychology Wizard

    그렇다면, 운동 기술과 같은 암묵 기억 말고 H.M.과 같은 사람이 학습할 수 있는 정보는 어떠한 것들이 있을까요?

    한 심리학자가 코르사코프 증후군을 앓고 있는 한 환자와 악수를 할 때, 손가락 사이에 바늘을 꼽고 상대방의 손을 잡았습니다. 그 환자는 당연히 통증을 느꼈지만 기억을 입력하는데 문제가 있는 환자였기 때문에 그 심리학자가 본인을 아프게 했다는 사실 자체는 기억하지 못한다고 생각할 수 있습니다. 며칠이 지난 후, 같은 심리학자가 악수를 청했을 때 환자는 역시나 그 일화 자체는 기억하지 못했지만 “가끔 사람들은 손가락 사이에 바늘을 꼽은 채 악수를 하기도 해요”라며 악수를 거부했습니다. 이처럼, 해마가 모든 기억 형성에 관련이 있는 것이 아니라 해마가 관여하지 않는 기억도 있다는 것을 보여주는 몇 가지 예시가 발견되어왔습니다.

해마와 공간 기억

    해마는 의미 기억이나 장기기억뿐만 아니라 공간 기억에도 관여를 한다는 것이 관찰이 되었는데요, 이를 가장 잘 보여주는 예시는 런던 택시 기사들을 대상으로 한 연구입니다. 런던의 도로는 서울만큼이나 복잡하고 세세한 길들이 많습니다. 그렇기 때문에 약 25,000개의 도로의 위치와 수천 개의 광장 이름, 14,000여 개의 주요 지형지물의 위치와 건물명을 외워야 하는 런던의 택시 기사들에게는 뛰어난 기억력이 요구됩니다.

Destination London /사진출처 : Deposit photos

    이러한 엄청난 기억력을 자랑하는 런던의 택시기사들의 뇌를 검사해본 결과, 대뇌 측두엽의 해마 부위에서 일반인과의 차이를 발견했습니다. 택시기사들이 다른 교통 기사들이나 일반인에 비해 유독 해마의 크기가 컸던 것이지요. 해마는 앞서 말했듯 학습, 기억 등 인지 기능을 담당하는 곳이기 때문에 뇌과학자들은 런던의 택시 기사들이 계속하여 런던의 시내와 도로를 주행하며 공간을 학습하는 동안 해마의 크기가 커진 것으로 결론을 내렸습니다. 특정한 수행 능력 함양에 필요한 뇌 부위를 계속하여 사용하면 해당 뇌 부위가 성장하는데, 이를 통해 해마는 공간 기억에도 관여한다는 결론을 내릴 수 있습니다.

일화 기억의 해부학

    지금까지는 해마에 초점을 두어 기억을 설명하였습니다. 하지만, 앞서 말한 파페츠 회로처럼 해마 외에도 다양한 부위들이 우리의 기억 형성에 관여를 하고 있습니다. 여러 가지 기억의 한 종류인 일화 기억을 예로 들어 설명하자면 다음과 같습니다.

    우선, 여태까지 반복적으로 언급했던 해마는 사건의 부분 요소들을 결합 또는 연합하여 기억 항목을 직접적으로 회고합니다. 또한 공간 기억을 담당하고, 스트레스와 감정에 대한 신체 반응에도 관여를 합니다. 하지만 해마 영역을 제외한 해마 주변 영역의 경우에도 기억의 개별 항목을 저장하고 친숙함에 기반을 두어 항목을 재인합니다. 앞서 간략하게 설명했던 파페츠 회로는 일화 기억에서 중요한 역할을 담당하기 때문에 이 중 한 곳이라도 손상되면 기억장애가 발생합니다. 이 외에도 전두엽은 기억 전략을 세워 효율적으로 정보를 부호화하여 저장하고 인출하며, 기저전 뇌는 아세틸콜린을 생성하며 손상 시 기억장애와 작화증을 보입니다.

다양한 부위들이 기억 형성에 관여한다 / 그림출처 : Everyday Health

    이렇듯 단순히 해마가 기억의 모든 부분을 담당하는 것은 아니며, 기억은 뇌의 다른 부위들이 여러 역할을 수행함으로써 저장되는 복잡한 기전을 가집니다. [코싸인 신경생물팀]

참고 문헌

[1] Maguire, Eleanor A., Katherine Woollett, and Hugo J.Spiers. "London taxi drivers and bus drivers: A structural MRI andneuropsychological analysis." Hippocampus16.12 (2006): 1091-101. Web. 24 May 2017.

[2] Squire, Larry R. "The Legacy of Patient H.M. forNeuroscience." National Center forBiotechnology Information. U.S. National Library of Medicine, 15 Jan. 2009.Web. 24 May 2017.

[3] Steiner, Heinz, and Kuei Y. Tseng. Handbook of basal ganglia structure and function.Vol. 24. London: Academic Press, 2017. Print.