뇌 시냅스 절반 사라져도 ‘알짜배기 기억’은 남는다

‘핵심 시냅스’ 생존 땐 기억 재건돼 日 연구팀, 생쥐 동면 실험서 확인 기초과학연구원(IBS)이 뇌과학 연구의 핵심인 시냅스 관찰 및 조절 기술을 집대성한 지침서를 발표했다. 게티이미지뱅크 제공 우리 뇌에서 장기간 기억이 유지되려면 기억이 저장될 때마다 강화되는 개별 시냅스들이 계속 안정적으로 보존돼야 한다는 게 지금까지의 신경과학 분야 통념이다. 시냅스는 신경세포인 뉴런을 연결하고 자극을 전달하는 연결 부위를 말한다. 통념과는 달리 시냅스의 50% 이상이 허물어져도 핵심 시냅스가 남아 있다면 장기 기억이 유지될 수 있다는 연구결과가 제시됐다. 다나카 가즈마사 일본 오키나와과학기술대학원대(OIST) 교수 연구팀은 뇌가 기억을 지키는 방식은 개별 시냅스 유지가 아니라 집단화된 핵심 시냅스 유지라는 점을 확인하고 연구 결과를 13일 국제 학술지 ‘사이언스’에 발표했다. 연구팀은 우선 생쥐들에게 두 가지 기억이 형성되도록 했다. 전기 자극을 가한 공포 기억과 먹이를 찾기 위한 길을 학습한 기억이다. 그런 뒤 실험군 생쥐의 대사율과 체온을 급격히 떨어뜨렸다. 마치 동면(겨울잠) 상태에 빠진 것처럼 만들었다. 동면 상태가 되면 뇌는 에너지 소비를 최소화하기 위해 신경 활동을 극도로 줄이고 안 쓰는 시냅스를 제거하는 ‘에너지 절약 모드’로 전환된다. 대조군 생쥐에게는 동면 상태처럼 뇌 활동을 줄이기 위해 마취제를 주입하고 ‘사이토칼라신 D’라는 시냅스 골격 파괴 약물을 투여했다. 동면에서 깨어난 실험군 생쥐는 전기 자극을 가한 공간에서 얼어붙는 모습을 보였고 먹이를 찾는 길도 기억했다. 반면 대조군 생쥐는 두 가지 모두 기억하지 못했다. 실험군은 동면이 끝난 뒤에도 기억을 유지하고 대조군은 기억을 잃은 셈이다. 연구팀은 이유를 확인하기 위해 전기 신호, 3차원 뇌 이미지, 실시간 영상, 특정 시냅스에서만 형광이 발광하는 기술 등을 이용해 생쥐의 뇌 속에서 일어나는 일을 살폈다. 그 결과 동면 상태에서는 기억을 담당하는 뇌 부위인 해마의 전기 신호 발생이 70% 감소하고 기억 관련 뇌파 작동이 멈췄으며 해마 부위 시냅스의 50% 이상이 감소했다. 뇌가 극심한 저체온·저대사 상태에 빠지면 신경 연결망이 절반 이상 허물어진다는 것이다. 반면 뇌 속 내비게이션 시스템인 ‘장소세포 지도’는 동면에서 깨어난 뒤에도 정확도를 유지했다. 동면 중 사라졌던 ‘수상돌기 가시’의 82.1%는 체온 상승과 함께 원래 자리에 그대로 다시 돋아...