해마체 연구, 시작

안녕하세요.

블로그의 주인입니다.
석사과정 2년차를 맞는 저는 요즘 지독한 슬럼프에 시달리고 있습니다. 하루 하루 매일 지독한 심연 속으로 가라앉는 느낌인데요 그 이유는 저에 대한 의심이 점점 깊어지고 있기 때문입니다. 석사 논문은 잘 쓸 수 있을지, 나는 지금 잘 살고 있는 것인지, 나는 어디로 가고 있는 것인지 또 여기는 어디인지에 대한 생각들이 점점 저를 옥죄어 오는 것 같습니다. 그 중에서 가장 큰 고민은 바로 졸업에 대한 고민인데요, 지금 저의 상황은 졸업조차 할 수 있을지 불투명합니다. 연구 실적은 안나오고, 교수님이 시키는 일은 제 논문과는 거리가 먼 것 같아서 점점 자신이 소모되는 느낌입니다. 이러한 상황을 타개하기 위해서 저는 글을 쓰기로 했습니다. 제가 다른 사람들에게 인정받는 졸업논문을 쓸 수 있을지 없을지는 잘 모르겠지만 저의 블로그를 통해서 나만의 졸업논문은 쓸 수 있을 것 같습니다. 그래서! 저는, 오늘부터 저만의 thesis를 조금씩 써보려고 합니다. 미래의 제가 이 글들을 보며 과거의 자신을 추억할 수도 있을것 같고 혹시나 이러한 글들을 엮어 졸업논문으로 낼 수도 있지 않을까 하는 기대감 때문이지요.

그럼 시작하겠습니다.

기억

제 논문의 주제는 기억입니다. 기억 중에서도 운동 학습과 관련된 기억이죠. 인간은 한평생 운동을 하며 살아가며 같은 운동을 여러번 반복하면 점점 더 잘하게 되죠. 피아노를 여러번 치면 좀 더 잘 피아노를 칠 수 있듯이, 운동 학습을 통해서 자신의 운동 능력을 증대시킬 수 있습니다. 이것을 운동학습이라고 하는데요, 그런데 과연 운동 학습은 뇌의 어디 부위에서 발생할까요? 저는 Hippocampus를 운동학습을 일으키는 영역으로 생각했습니다. Hippocampus는 인간의 기억과 관련된 기관으로 다양한 연구분야에서 연구되었는데요, 특히 episodic memory와 연관이 깊습니다. 만약 이 영역이 없다면 자신이 무엇을 했는지에 대한 기억이 전혀 없죠. 뇌과학 분야에서 유명한 환자 Patient H.M이 대표적인 사례입니다. 그는 뇌전증을 앓고 있었는데요, 이 뇌전증을 치료하기 위한 방법으로 해마체를 제거하는 수술을 하였습니다. 이 수술로 인하여 뇌전증은 일어나지 않았지만 치명적이게도 기억을 형성하는 능력을 잃어버리게 됩니다. 그는 수술 이후 자신이 만난 사람 혹은 자신이 어떤 일을 했는지를 기억하지 못하게 됩니다. 이렇듯 Hippocampus는 인간의 기억과 관련이 있습니다.

운동학습과 Hippocampus

수술 이후 Patient H.M은 운동학습과 관련된 실험에 참여하게 됩니다. 그 실험은 종이에 그려져 있는 별 모양의 그림을 따라그리는 과제로 이루어있었는데요, 그는 매일 매일 마주치는 실험자를 기억하지 못했지만 놀랍게도 별모양의 그림을 따라 그리는 능력은 향상되었다고 합니다. 이 사례를 보면 운동학습과 Hippocampus는 서로 관련이 없는 것처럼 보입니다. 왜냐하면 Patient H.M.은 해마가 없는 상태에서도 운동 능력이 향상되었기 때문이죠. 그러나 저는 이 Hippocampus에 주목했습니다.

운동학습과 관련된 기관과 MTL

인간이 운동을 할 때, 대표적으로 활성화 되는 뇌 영역은 motor cortex와 somatosensory cortex 그리고 parietal cortex 등등이 있는데요. motor cortex는 말 그대로 운동과 관련된 피질입니다. motor cortex에 전기 자극을 가하면 자극을 받은 사람의 손은 자동적으로 반응합니다. somatosensory cortex는 감각과 관련된 영역인데요. 이 피질로 인해 인간은 감각을 느끼게 됩니다. 그리고 parietal cortex는 여러가지 정보(시각, 청각, 촉각 등)를 통합해주는 피질입니다. 그러나 우리가 운동을 할 때 이러한 피질들만 활성화 되는 것은 아닙니다. 다음 논문은 Medial Temporal lobe(MTL) 영역에서도 활성화가 일어난다고 보고하고 있습니다.(*Schendan, Haline E., et al. “An FMRI study of the role of the medial temporal lobe in implicit and explicit sequence learning.” Neuron 37.6 (2003): 1013-1025.) 이 논문은 다양한 학습과제를 수행할때 MTL 영역에서의 activation을 확인하였는데요, explicit한 task를 학습할때도 활성화가 일어나며, implicit한 task를 학습할 때도 활성화가 일어났다고 보고하고 있습니다. 이 논문에서 사용한 Implicit learning task는 손가락을 이용하여 어떤 숫자들의 연속(sequence)를 입력하는 것 이었습니다. 피험자는 지시된 대로 연속적으로 손가락을 움직였고 fMRI를 이용하여 피험자의 뇌를 촬영한 결과 MTL 영역에서의 활성화를 발견한 것인데 그 이유를 Relational memory가 형성되기 떄문이라고 밝히고 있습니다. Relational memory란 어떤 시점에서 손가락을 움직였을 때와 그 다음 시점에서 손가락을 움직였을 때의 기억이 서로 연관된다는 것인데요, assocication memory와 관련이 깊습니다. 특정한 brain activity와 다른 brain activity를 서로 연관짓는 것이죠. 이 논문에 의하면 이러한 것은 higher order sequence learning이며 이러한 sequence learning이 MTL에서 일어난다는 것입니다.