기억은 뇌가 기억할 가치가 있는 새로운 사건을 인식하도록 도와줍니다 | 콴타 매거진

추억은 과거의 그림자이기도 하지만 미래를 비추는 손전등이기도 하다.

우리의 기억은 세상을 통해 우리를 안내하고, 우리의 주의를 조정하고, 우리가 나중에 인생에서 배우는 것을 형성합니다. 인간과 동물 연구는 기억이 미래 사건에 대한 우리의 인식과 우리가 그것에 기울이는 관심을 바꿀 수 있다는 것을 보여주었습니다. "우리는 과거의 경험이 물건을 바꾼다는 것을 알고 있습니다."라고 말했습니다. 로렌 프랭크, 샌프란시스코 캘리포니아 대학의 신경과학자. "그 일이 정확히 어떻게 일어나는지는 항상 명확하지 않습니다."

학술지에 게재 된 새로운 연구 과학의 발전 이제 답변의 일부를 제공합니다. 연구자들은 달팽이를 대상으로 어떻게 확립된 기억이 달팽이가 무시했을 관련 미래 사건에 대한 새로운 장기 기억을 형성할 가능성이 더 높은지 조사했습니다. 그들이 발견한 간단한 메커니즘은 그러한 사건에 대한 달팽이의 인식을 변경함으로써 이를 수행했습니다.

연구자들은 과거의 학습이 미래의 학습에 어떻게 영향을 미치는지 "단일 세포까지" 현상을 취했다고 말했습니다. 데이비드 글랜즈맨, 연구에 참여하지 않은 로스앤젤레스 캘리포니아 대학의 세포 생물학자. 그는 그것을 "상당히 복잡한 행동 현상을 이해하기 위해 단순한 유기체를 사용하는" 매력적인 예라고 말했습니다.

달팽이는 상당히 단순한 생물이지만, 새로운 통찰력은 과학자들로 하여금 인간과 같은 고차 동물의 장기 기억의 신경 기반을 이해하는 데 한 걸음 더 가까이 다가가도록 합니다.

우리는 종종 문제를 인식하지 못하지만 장기 기억 형성은 "엄청나게 에너지가 넘치는 과정"이라고 말했습니다. 마이클 크로슬리, Sussex 대학의 선임 연구원이자 새 연구의 주 저자입니다. 그러한 기억은 뉴런 사이의 보다 내구성 있는 시냅스 연결을 구축하는 데 달려 있으며, 뇌 세포는 이를 위해 많은 분자를 모집해야 합니다. 따라서 자원을 절약하기 위해 두뇌는 기억을 형성하는 데 비용이 들 때와 그렇지 않을 때를 구별할 수 있어야 합니다. 그것은 인간의 뇌이든 "에너지 예산이 부족한 작은 달팽이"의 뇌이든 사실입니다.

최근 화상 통화에서 Crossley는 엄지손가락 크기의 달팽이를 내밀었습니다. 림네아 그는 뇌를 가진 연체 동물을 "아름답다"라고 불렀습니다. 인간의 뇌에는 86억 개의 뉴런이 있지만 달팽이는 20,000개에 불과합니다. 하지만 각각의 뉴런은 우리보다 10배 더 크고 연구에 훨씬 더 쉽게 접근할 수 있습니다. 그 거대한 뉴런과 잘 매핑된 뇌 회로는 달팽이를 신경생물학 연구에서 가장 좋아하는 주제로 만들었습니다.

작은 채집 동물은 또한 한 번 노출된 후 무언가를 기억할 수 있는 "놀라운 학습자"라고 Crossley는 말했습니다. 새로운 연구에서 연구원들은 달팽이가 기억을 획득할 때 신경학적 수준에서 무슨 일이 일어났는지 알아내기 위해 달팽이의 뇌를 깊이 들여다보았습니다.

추억을 달래다

그들의 실험에서 연구원들은 달팽이에게 강하고 약한 두 가지 형태의 훈련을 제공했습니다. 강한 훈련을 하는 동안 그들은 먼저 달팽이에게 바나나 맛 물을 뿌렸습니다. 달팽이는 그 매력에 중립적인 것으로 취급했습니다. 일부는 삼키고 일부는 뱉어 냈습니다. 그런 다음 팀은 달팽이에게 설탕을 주었고 열심히 먹었습니다.

하루 후에 달팽이를 테스트했을 때 달팽이는 단일 경험에서 바나나 맛과 설탕을 연관시키는 법을 배웠다는 것을 보여주었습니다. 달팽이는 그 맛을 더 바람직한 것으로 인식하는 것 같았습니다. 그들은 훨씬 더 기꺼이 물을 삼켰습니다.

대조적으로, 달팽이는 코코넛 향이 나는 목욕 후에 훨씬 더 희석된 설탕 치료가 뒤따르는 약한 훈련 세션에서 이러한 긍정적인 연관성을 배우지 않았습니다. 달팽이는 계속해서 물을 삼키고 뱉었습니다.

지금까지 실험은 본질적으로 개들이 종소리를 들었을 때 침을 흘리는 것을 배운 Pavlov의 유명한 컨디셔닝 실험의 달팽이 버전이었습니다. 그러나 과학자들은 달팽이에게 바나나 맛으로 강한 훈련을 한 다음 몇 시간 후에 코코넛 맛으로 약한 훈련을 했을 때 무슨 일이 일어났는지 살펴보았습니다. 갑자기 달팽이들도 약한 훈련에서 배웠습니다.

연구원들이 순서를 바꿔서 약한 훈련을 먼저 했을 때, 그것은 다시 기억을 부여하는 데 실패했습니다. 달팽이는 여전히 강한 훈련에 대한 기억을 형성했지만 이전 경험에 대한 소급 강화 효과는 없었습니다. 강한 훈련과 약한 훈련에 사용된 맛을 바꿔도 효과가 없었다.

과학자들은 강력한 훈련이 달팽이를 기억 형성의 역치가 낮은 "학습이 풍부한" 기간으로 몰아넣어 그렇지 않으면 가질 수 없는 것을 배울 수 있게 했다고 결론지었습니다(예: 맛과 음식 사이의 약한 훈련 연관성). 묽은 설탕). 그러한 메커니즘은 뇌가 적절한 시기에 학습에 자원을 투입하도록 도울 수 있습니다. 음식은 달팽이가 근처의 잠재적인 음식 공급원에 대해 더 경계하게 만들 수 있습니다. 위험이 있는 브러시는 위협에 대한 민감도를 날카롭게 할 수 있습니다.

그러나 달팽이에 미치는 영향은 한순간이었습니다. 스트렝스 훈련 후 30분에서 XNUMX시간 정도만 배움의 시간이 지속되었다. 그 후 달팽이는 약한 훈련 기간 동안 장기 기억 형성을 멈췄는데, 그것은 그들이 강한 훈련을 잊었기 때문이 아니라 몇 달 동안 그 기억이 지속되었습니다.

강화된 학습을 위한 중요한 창을 갖는 것은 과정이 꺼지지 않으면 "동물에게 해로울 수 있기 때문에 의미가 있습니다"라고 Crossley는 말했습니다. 그러면 동물은 학습에 너무 많은 자원을 투자할 수 있을 뿐만 아니라 생존에 해로운 연관성을 학습할 수 있습니다.

변경된 인식

연구원들은 전극을 조사하여 달팽이가 훈련에서 장기 기억을 형성할 때 뇌 내부에서 어떤 일이 일어나는지 알아냈습니다. 뇌 활동에서 두 개의 병렬 조정이 발생합니다. 첫 번째는 메모리 자체를 인코딩합니다. 두 번째는 "다른 사건에 대한 동물의 인식을 바꾸는 데 순전히 관여한다"고 Crossley는 말했습니다. 그것은 "과거 경험을 바탕으로 세상을 보는 방식을 바꿉니다."

그들은 또한 침을 뱉는 행동을 활성화시키는 뉴런에 의해 생성되는 뇌 화학 물질인 도파민의 효과를 차단함으로써 달팽이의 인식에 동일한 변화를 유도할 수 있음을 발견했습니다. 실제로 그것은 침을 뱉는 뉴런을 끄고 삼키는 뉴런을 계속 켜두었습니다. 이 경험은 이전 실험에서 강한 훈련이 했던 것과 동일한 이월 효과를 나타냈습니다. 몇 시간 후 달팽이는 약한 훈련에 대한 장기 기억을 형성했습니다.

연구원들은 "과거와 새로운 기억 사이의 이러한 상호 작용의 전기 생리학적 토대에 대한 행동"에서 프로세스를 철저하고 우아하게 매핑한다고 말했습니다. 페드로 제이콥, 연구에 참여하지 않은 옥스포드 대학의 박사후 연구원. "이것이 어떻게 기계적으로 발생하는지에 대한 지식을 갖는 것은 아마 종 전체에 걸쳐 보존될 것이기 때문에 흥미롭습니다."

그러나 프랭크는 약한 훈련 후에 달팽이가 맛을 낸 물을 섭취하지 못하는 것이 달팽이가 기억력을 가지고 있지 않다는 것을 의미한다고 완전히 확신하지 못합니다. 당신은 기억을 가질 수 있지만 그것에 따라 행동하지 않을 수 있기 때문에 그러한 구별을 하기 위해서는 후속 실험이 필요할 수 있다고 그는 말했다.

학습과 기억 뒤에 있는 메커니즘은 연체동물과 인간과 같은 포유류에서 놀라울 정도로 유사하다고 Glanzman은 말했습니다. 저자들이 아는 한, 이 정확한 메커니즘은 인간에게 나타나지 않았다고 Crossley는 말했습니다. "광범위하게 보존된 기능일 수 있으므로 더 많은 관심을 기울여야 합니다."라고 그는 말했습니다.

Glanzman은 인식의 변화가 보다 영구적일 수 있는지 여부를 연구하는 것이 흥미로울 것이라고 말했습니다. 그는 달팽이에게 그들이 좋아하는 것 대신에 그들을 아프게 만드는 혐오적인 자극을 주면 이것이 가능할 것이라고 의심합니다.

현재 Crossley와 그의 팀은 이 달팽이들이 단지 입을 벌리거나 닫는 것이 아니라 여러 가지 행동을 할 때 뇌에서 어떤 일이 일어나는지 궁금합니다. Crossley는 "이것들은 매우 매혹적인 생물입니다."라고 말했습니다. "이러한 동물들이 이런 종류의 복잡한 과정을 수행할 수 있을 것이라고는 기대하지 않습니다."

편집자 주: Loren Frank는 Simons Foundation의 Autism Research Initiative(SFARI) 조사관입니다. 시몬스 재단도 자금을 지원합니다. 콴타 편집 독립 잡지로. 자금 지원 결정은 보장 범위에 영향을 미치지 않습니다.