기억은 까다롭다. 지난 3주 동안 캐나다 대서양을 여행했는데 날짜, 장소, 음식, 모험 등 여행에 대한 기억이 이미 Google 지도나 일지의 핀과 일치하지 않는다. 내 뇌는 새로운 경험을 배우고 기억을 암호화하고 있었다.

 

기억력 유지는 나이가 들수록 악화된다. 뇌졸중이나 뇌의 물리적 외상과 같은 뇌 손상을 입은 사람들의 경우 손상은 완전히 쇠약해질 수 있다. 기억을 유지하는 뇌의 능력을 인위적으로 높일 수 있는 방법이 있다면 어떨까?

 

아이디어는 블랙미러(Black Mirror) 에피소드처럼 들린다. 그러나 이번 달에 Frontiers in Human Neuroscience의 새로운 연구는 "기억 보철물"이 인간에게서 가능하다는 첫 번째 증거 중 일부를 제공했다. 보철물은 장치가 아니다. 오히려 해마 내부에 이식된 일련의 전극(일화 기억에 중요한 뇌 깊숙이 묻혀 있는 구조)이 우리의 일상 경험을 언제, 어디서, 무엇을 암호화하는지 인코딩한다.

 

설정은 완전히 낭만적이지 않은 기억의 관점에 의존한다. 풍부하고 세부적이며 감정적인 기억이 뇌에 넘쳐나는 것이 아니라 기억은 해마 내부의 잘 조절된 신경 고속도로에서 생성된 전기 신호일 뿐이라고 주장한다. 사람이 학습하는 동안 이러한 신호를 캡처할 수 있다면 이론적으로 전기 충격의 형태로 녹음을 뇌에 재생하고 잠재적으로 특정 기억을 향상시킬 수 있다.

 

팀은 이전의 엔지니어링 메모리 보철 작업을 기반으로 구축되었다. 그들은 간질이 있는 사람들에게 특정 작업에서 한 가지 유형의 기억을 인코딩하는 신경 신호를 다시 도입함으로써 잽이 기억력을 50% 이상 높인다는 것을 보여주었다.

 

이 연구에는 소규모 코호트가 포함되었다. 그러나 놀랍게도 이전에 기억 상실을 겪었던 사람들이 가장 좋은 개선을 보였다.

 

분명히 말해서, 팀은 기억을 위한 비디오 카메라를 개발하지 않았다. 이 시스템은 악명 높은 주관적이고 다소 신뢰할 수 없는 기억 인코딩 및 회상을 위한 해마의 정상적인 프로세스를 부분적으로 모방한다. 우리가 끊임없이 새로운 경험과 기억에 노출되는 현실 세계에서는 유사한 기억 인공물이 잘 작동하지 않을 수 있다.

 

그렇긴 하지만, 이 연구는 치매, 알츠하이머 병 또는 기타 기억 상실 원인이 있는 사람들이 그렇지 않으면 잃을 수 있는 삶의 단편을 유지하도록 돕는 방법을 보여준다.

 

연구에 참여하지 않은 버밍엄 대학의 Kim Shapiro 박사는 MIT Technology Review에 "기억을 복원하기 위해 우리가 할 수 있는 일의 미래를 엿볼 수 있다."고 말했다.

 

어떻게 작동할까?

 

그것은 모두 해마를 둘러싼 해마 내부의 전기 펄스로 귀결된다.

 

확대해 보자. 해마 모양의 구조물인 해마는 흔히 기억의 단일체 허브로 묘사된다. 그러나 식품 유추를 삽입하면 균일한 치즈 덩어리가 아니라 다층 치즈 딥에 가깝다. 전기 펄스가 기억을 인코딩, 유지 및 회상할 때 여러 층을 통해 흐른다.

 

기억 보철물의 경우, 팀은 고도로 상호 연결된 신경 회로를 형성하는 두 가지 특정 영역인 CA1과 CA3에 집중했다. 설치류, 영장류 및 인간에 대한 수십 년간의 연구는 이 신경 고속도로를 기억을 암호화하는 핵심으로 지적했다.

 

박사들이 이끄는 팀원들 서던캘리포니아대학교의 Dong Song과 웨이크 포레스트 의과 대학의 Robert Hampson은 "기억 생명공학자" Theodore Berger 박사와 함께—기억 보철에 대해 전혀 모르는 사람이다.

 

30년 넘게 기억력 향상을 위해 CA3-CA1 회로를 가로채기 위해 일해 온 드림팀은 2015년 인간을 대상으로 첫 성공을 거두었다.

 

핵심 아이디어는 간단하다. 디지털 교체로 해마 신호를 복제하는 것이다. 쉬운 일이 아니다. 컴퓨터 회로와 달리 신경 회로는 비선형이다. 이는 신호가 종종 매우 시끄럽고 시간이 겹치므로 신경 신호를 강화하거나 억제한다는 것을 의미한다. 당시 Berger 박사가 말했듯이 "혼돈의 블랙박스이다."

 

메모리 코드를 해독하기 위해 팀은 두 가지 알고리즘을 개발했다. MDM(메모리 디코딩 모델)이라고 하는 첫 번째 모델은 여러 사람들이 기억을 형성할 때 전기적 패턴의 평균을 취한다. MIMO(다중 입력, 다중 출력)라고 하는 다른 하나는 입력 및 출력 전기 패턴, 즉 CA3-CA1 회로를 모두 통합하고 공간과 타이밍 모두에서 이러한 신호를 모방하기 때문에 조금 더 정교하다. 이론적으로 MDM과 MIMO를 기반으로 하는 두 전기 신호를 해마로 다시 펄스하면 이를 향상시킬 수 있다.

 

일련의 실험에서 처음에는 쥐와 원숭이를 대상으로 한 다음 건강한 인간에서 팀은 약물과 같이 신경 회로가 일시적으로 중단되었을 때 기억 보철물이 기억력을 향상시킬 수 있음을 발견했다. 그러나 손상된 회로를 우회하는 것만으로는 충분하지 않다. 그들이 원하는 것은 손상된 경우 해마를 대체할 수 있는 진정한 기억 보철물이었다.

 

완전히 새로운 세계

 

새로운 연구는 뇌의 기억 관련 영역에 전극을 이식한 간질 환자라는 귀중한 신경과학 자원의 혜택을 받았다. 뇌 깊숙이 있는 임플란트는 신경외과 의사가 발작의 원인을 추적하는 데 도움이 된다. 선정된 25명의 참가자 중 일부는 간질 이외의 다른 증상을 나타내지 않은 반면, 나머지는 경증에서 중등도의 뇌 손상을 입었다.

 

다음은 테스트이다. 참가자들에게 화면에 이미지가 표시되고 지연된 후 최대 7개의 다른 대안이 포함된 동일한 이미지가 표시되었다. 그들의 목표는 익숙한 이미지를 고르는 것이었다. 각 참가자는 단기 기억을 캡처하기 위해 해마 활동을 기록하는 동안 100-150번의 실험을 빠르게 순환했다.

 

최소 15분 후에 참가자들에게 3개의 이미지를 보여주고 각각의 친숙도를 평가하도록 요청했다. 까다로운 작업이다. 하나는 시험판의 샘플 이미지이고, 다른 하나는 친숙해 보이는 대안이며, 이전에 본 적이 없다. 이것은 그들의 장기 기억을 포착하기 위한 것이었다.

 

앞으로 플래시. 전극을 제거한 사이 어느 날, 참가자들은 이전과 유사한 기억 테스트를 다시 받았다. 일부 사람들은 MDM 또는 MIMO 알고리즘에 의해 처리된 자신의 신경 신호를 기반으로 전기 자극을 받았다. 다른 사람들은 무작위 펄스로 재핑되었다. 마지막 그룹은 전혀 자극을 받지 않았다.

 

전반적으로 간질 환자의 뇌를 자극하면 기억력이 약 15% 향상되었다. 평균 전기 신호를 사용하는 MDM 펄스는 13.8% 향상되었다. 대조적으로, 각 해마의 신경 신호를 모방한 MIMO 모델은 성능이 36% 향상되었다.

 

팀은 "기준 기억 기능(장애 대 정상)에 관계없이 MIMO 모델은 MDM 모델에 비해 적어도 두 배의 촉진을 생성한다."라고 말했다.

 

앞으로의 긴 여정

 

유망하지만, 이 연구는 해마 보철물을 향한 다음 작은 단계일 뿐이다. 참가자들은 두 번째 테스트 후에 전극을 제거했기 때문에 효과가 지속되는지 또는 얼마나 오래 지속되는지 또는 지속적인 자극이 필요한지 여부를 알 수 없다.

 

기억 보철물이 알츠하이머 환자에게 도움이 될 수 있지만 더 많은 세부 사항을 정리해야 한다. 여기서 전극 설정은 비교적 조잡하다. 마이크로어레이 또는 비침습적 장치가 가능할까? 그렇다면 장치를 연중무휴로 켜야 할까? 결국 우리는 모든 기억을 기억하지 못한다. 수면 중에 발생하는 것으로 생각되는 일종의 시냅스 "퍼징"이 있다.

 

현재로서는 이 기술이 임상에서 사용할 준비가 되지 않았다. 그러나 그것은 무엇이 될 수 있는지를 엿볼 수 있다. 최소한 이 연구는 뇌로 제어되는 의수와 유사하게 메모리 칩이 가장 필요한 사람들에게 불가능하지 않다는 것을 보여준다.

 

이미지: Pixabay/박근식