곽노필의 미래창

» 학습 후 수면이 기억을 저장시키는 메커니즘이 밝혀졌다. 박미향 한겨레신문 기자  

 학습 후 수면이 수상세포 가지 생장 촉진

 이것이 특정 부위 뇌 세포 연결 강화시켜

 학습 후 수면이 수상세포의 가지 생장을 촉진한다는 것이 뉴욕대 의료센터 연구진에 의해 처음으로 확인됐다. 수상세포의 가지는 뇌 세포들을 연결시키고, 시냅스를 가로지르는 정보의 전달을 촉진하는 작은 돌출부이며, 시냅스는 뇌 세포들이 만나는 접합(junctions)이다. 학습 후 깊은 수면 또는 서파수면(slow-wave sleep) 동안, 뇌 세포의 활성이 그러한 생장에 핵심적이라고 한다. 이 연구 결과는 과학저널 <사이언스>에 최근호에 실렸다.
 생쥐에서의 이번 발견은 수면이 새로운 기억을 공고히 하고 강화시킨다는 가설을 뒷받침하는 중요한 물리적 증거이며, 학습과 기억이 어떻게 운동 피질에서의 물리적 변화를 유발하는지를 보여준다. 운동 피질은 수의적 운동(voluntary movements)을 담당하는 뇌 영역이다.
 학습과 기억에 수면이 중요한 역할을 한다는 것은 오랫동안 알려져 왔다. 수면을 잘 취하지 못하면, 학습을 잘할 수 없다는 것이다. 하지만 이 현상의 기초가 되는 물리적 메커니즘은 밝혀지지 않았었다. 이번에 그에 대한 답 즉, 뉴런이 장기 기억을 촉진할 수 있는 수상세포의 가지들(dendritic branches)에서의 매우 특별한 연결을 형성하는 것을 수면이 어떻게 돕는지가 이번에 간(Wen-Biao Gan) 박사 팀에 의해 밝혀진 것이다.
 세포 수준에서 수면은 결코 평온한 것이 아니다. 즉, 깨어있는 시간 동안 새로운 정보의 소화에 따라 발화한 뇌 세포가 깊은 수면 동안 그 정보를 재생하는 것이다. 학자들은 이러한 야행성 재생이 새로운 기억을 형성하고 기억하는데 도움이 된다고 오랫동안 믿고 있었으나, 이 과정의 근거가 되는 구조적 변화를 완전하게 이해하지 못하고 있었다.
 간 교수팀은 이 과정을 이해하기 위해서, 뉴런에 형광 단백질이 발현되도록 유전적으로 조작된 생쥐를 이용했다. 이 연구팀은 운동 피질에서 형광을 발하는 단백질을 빛나게 하는 특수 레이저 주사 현미경(laser-scanning microscope)의 이용으로, 생쥐가 회전하는 막대 위에서 균형을 잡는 것을 학습하기 전, 그리고 후에 수지상 세포의 개별 가지들에서 돌출부들의 생장을 추적하고 영상화했다. 우선 연구팀은 생쥐들에게 점진적으로 회전이 빨라지는 막대 위에서 균형을 잡는 방법을 오랜 시간 동안 학습시켰다. 이는 우리가 자전거 타는 방법을 익히는 것과 비슷하고, 일단 학습되면 절대 잊어버리지 않는다고 한다.
 회전 막대 위에서의 훈련 후 6시간 이내에, 생쥐가 수지상 세포의 가지를 따라 새로운 돌출부(spines)를 생성시킨다는 것을 확인한 후, 이러한 물리적 생장에 수면이 어떻게 영향을 미치는지를 밝히기 시작했고, 두 그룹의 생쥐를 훈련시켰다. 즉, 한 그룹은 한 시간 동안 훈련시킨 후 7시간 동안 수면을 취했다. 두 번째 그룹은 동일 시간 훈련했으나, 7시간 깨어 있는 상태가 유지되었다. 그리고 수면이 결핍된 생쥐 그룹은 수면을 잘 취한 그룹에 비해 수상 돌기의 생장이 상당히 작다는 것이 확인되었다. 더욱이, 학습 유형이 어떤 가지들이 생장될지를 결정한다는 것도 연구팀은 확인했다.  예를 들어, 회전 막대에서 앞으로 달리기는 뒤로 달리기에 비해 서로 다른 가지들에서의 돌출부가 생장되도록 했는데, 이는 특정 작업에 대한 학습은 뇌에서 구조적 변화를 가져온다는 것을 시사한다.
　이번 연구로 우리가 새로운 것을 학습하면 뉴런은 어떤 특정 가지에서 새로운 연결을 만든다는 걸 알게 되었다. 우리가 새로운 것을 학습한다는 것은 한 특정 가지 위에 잎들이 돋아나게 하는 것과 같다고 한다.
　　　
출처
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=246800&cont_cd=GT 
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-06-11    
원문　　      
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-06/nlmc-sal060514.php