침묵의 기억을 반박하다: 뇌는 부주의한 정보를 적극적으로 처리한다

인간의 뇌가 정보를 어떻게 저장하고 다양한 과제를 수행하는 데 사용하는지 이해하는 것은 오랫동안 신경과학과 심리학 연구의 주요 목표였습니다. 과학자들은 이전에도 각기 고유한 특성과 기능을 가진 다양한 유형의 기억을 밝혀냈습니다.

이러한 유형 중 하나는 작업 기억으로, 중요한 정보, 특히 논리적인 작업을 수행하거나 가까운 미래에 결정을 내리는 데 필요한 정보를 단기적으로 저장하고 처리하는 것을 포함합니다. 연구에 따르면 이러한 정보의 일시적인 저장은 뇌의 특정 뉴런의 지속적이고 지속적인 활동과 관련이 있는 것으로 나타났습니다.

과거 작업 기억에 대한 대부분의 연구에서는 참가자들에게 제시된 모든 정보를 기억하도록 요구하는 과제를 사용했습니다.

그러나 뇌가 '무주의적' 정보, 즉 현재 주의의 초점이 아니며 현재 작업과 직접적으로 관련이 없는 자극을 어떻게 저장하는지 이해하려고 시도한 연구는 거의 없습니다.

폴란드 과학 아카데미, SUNY Upstate, 엘크 군 병원, 브로츠와프 의대의 과학자들은 부주의한 정보를 저장하는 "활동-침묵 메커니즘"의 존재를 시사하는 이론적 모델의 타당성을 시험하기로 결정했습니다.

Nature Human Behaviour 저널에 게재된 연구 결과는 이러한 이론적 가정에 이의를 제기하고, 대신 부주의 정보를 저장하는 것도 신경 활동과 관련이 있다는 것을 보여줍니다.

"우리의 작업 기억, 즉 생각은 특수 뉴런의 활동으로 표현된다는 것을 알고 있습니다."라고 수석 저자인 얀 카민스키는 메디컬 익스프레스와의 인터뷰에서 밝혔습니다.
"우리가 무언가를 마음속에 간직해야 할 때 특정 뉴런이 더욱 활성화됩니다. 예를 들어, 전화번호를 기억할 때 특정 뉴런이 일시적으로 활성화되어 해당 정보를 인코딩합니다."
"하지만 최근 연구에 따르면 기억 요소가 일시적으로 초점을 맞추지 못하면 뉴런의 활동이 원래 수준으로 돌아간다고 합니다. 예를 들어, 전화번호를 기억해야 하지만 일시적으로 다른 작업으로 전환해야 할 때와 같습니다."

이러한 가정은 EEG나 fMRI와 같은 비침습적 방법을 사용하여 얻은 데이터에 크게 기반했습니다. 그러나 이러한 방법은 수십만 개의 뉴런의 평균 활동을 측정하기 때문에, 소수의 세포 집단의 활동이 주변 뉴런의 비활성에 의해 "삼켜질" 수 있습니다.

카민스키는 "저희 연구실은 간질 환자를 모니터링하기 위해 환자의 뇌에 전극을 이식하는 것과 같은 침습적 임상 시술 중 신경 활동을 직접 기록하는 데 특화되어 있습니다."라고 말했습니다.
"이는 침묵 활동 가설을 직접 검증할 수 있는 특별한 기회를 제공합니다. 이번 연구에서는 작업 기억에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 측두엽 뉴런의 활동을 기록했습니다."

참가자들에게 두 장의 사진을 보여주고 두 사진을 모두 기억하도록 했지만, 실험 초반에는 한 장에만 집중하도록 했습니다. 나중에는 같은 사진에 계속 집중하거나 이전에 "초점이 맞지 않았던" 사진으로 전환해야 했습니다.

"이 실험 설계는 이중 역추적 패러다임(double retro-cue paradigm)이라고 불리며, 이전 연구에서도 사용되었습니다."라고 논문의 제1저자인 카타르지나 팔루흐는 설명합니다.
"활동 기록을 위해 두개내 뇌파(EEG)를 사용했습니다. 이는 전극을 환자의 뇌에 직접 삽입하는 임상적 시술로, 예를 들어 간질 진단에 사용됩니다. 이를 통해 개별 뉴런의 활동을 기록할 수 있었습니다."

참가자들이 한 사진에서 다른 사진으로 주의를 전환할 때, 과학자들은 측두엽의 뉴런 활동을 기록하여 뇌가 '초점에 맞지 않는' 정보를 어떻게 저장하는지 이해했습니다.

카민스키는 "놀랍게도, 참가자가 집중하지 않았던 이미지조차도 신경 발화를 통해 계속해서 활발하게 표상되는 것을 발견했습니다."라고 말했습니다.
"이는 침묵 저장 가설과 모순되며, 작업 기억에서 초점이 맞지 않는 항목들 역시 활성적인 신경 활동에 의해 표상됨을 보여줍니다. 저희의 결과는 작업 기억의 상당 부분, 즉 이 정신적 '스케치'가 활성적인 신경 발화를 통해 유지된다는 것을 시사합니다."

따라서 주의의 초점 밖에 있는 생각과 다른 정보는 이전에 가정했던 것처럼 어떤 "침묵의" 메커니즘이 아닌, 여전히 활성 뉴런에 의해 지원됩니다.

이러한 연구 결과는 기억이 작동하는 방식을 이해하는 데 있어 근본적으로 중요할 뿐만 아니라, ADHD, 강박증, 정신분열증 등 작동 기억 장애가 수반되는 정신 질환에 대한 치료법 개발에도 영향을 미칠 수 있습니다.

카민스키는 "예를 들어, 저희 연구 결과는 특정 정보를 작업 기억에 유지하는 데 도움이 되는 신경 임플란트나 전기 자극기를 개발하는 방안을 모색할 수 있게 해 주며, 이를 통해 치료의 가능성을 확장할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.
"저희 연구실은 현재 뇌 활동을 직접 기록하여 작업 기억과 그 신경 메커니즘을 계속 연구하고 있습니다.
앞으로는 뇌가 현재 정보를 유지하는 것과 새로운 정보를 기억하는 것 사이를 어떻게 전환하는지 연구할 계획입니다. 이는 유연한 인지 활동에 필수적입니다."