GIB, Shutterstock, 박주현

태어난 지 8개월이 된 조카 초코(태명)를 볼 때마다 신기합니다. 목도 못 가누던 갓난아기가 이젠 온 집안을 기어다니고 있거든요. 신기한 건 성장뿐만이 아닙니다. 신생아 시절 길러준 할머니, 할아버지 목소리가 휴대전화 너머로 들릴 때마다 아기는 방긋 웃습니다. 할머니, 할아버지와 잠시 함께 살았던 시절을 기억하는 것처럼 말입니다. 하지만 초코가 자라면 지금의 기억은 사라질 겁니다. 사람들은 생후 3~4세 이전에 경험한 사건이나 상황을 기억하지 못하는 ‘유아기 기억상실’을 겪으니까요.

아기는 기억하는데, 왜 어른은 기억하지 못할까

유아기 기억상실에 관한 연구는 19세기 말부터 시작됐습니다. 1895년, 미국의 심리학자 캐롤라인 마일스는 성인 89명에게 인생의 첫 번째 기억을 물어본 후, 사람들이 약 3세 이전의 기억을 떠올리지 못한다는 것을 최초로 보고했죠. doi: 10.2307/1411191 1905년 오스트리아 심리학자 지그문트 프로이트는 “유아기 기억상실이 무의식적인 억압의 결과”라고 주장했습니다. 어린 시절의 강렬한 감정적 경험이 억압되면서 기억이 사라진다는 거였는데요. 지금은 이를 틀렸다고 평가하지만, 프로이트의 주장은 유아기 기억상실을 심리학적으로 체계화한 최초의 설명으로 꼽힙니다.

1954년 심리학자이자 생물학자였던 장 피아제는 ‘인지발달 이론’을 제시하며 “2세 이전의 유아는 자기와 타자를 구별하지 못해, 기억이 구조화되는 것이 불가능하다”고 말했습니다. 기억이 언어나 상징 그리고 자아 개념과 함께 형성된다는 발달심리학적 관점이었죠. 반면 1972년, 바이론 캠벨 미국 프린스턴대 교수와 노만 스피어 럿거스대 교수는 “유아기 기억이 저장은 되지만, 인출이 되지 않는 것”이라 설명했습니다. ^{doi: 10.1037/h0032690} 기억 ‘인출 실패’ 가설을 최초로 제시한 거죠.

어른들은 어린 시절 기억이 거의 없는데, 정작 어린이는 매우 활발하게 학습하고 있는 역설적인 상황을 어떻게 설명할 수 있을까. 쉬나 조슬린과 폴 프랭클랜드, 캐나다 토론토 어린이병원 생리학 교수들은 2012년, 이에 대한 대답으로 탄생 후 해마에서 활발하게 생성되는 새로운 신경세포가 장기 기억 형성 능력을 방해하는 것이란 ‘신경발생 가설’을 내놨습니다. ^{doi: 10.1101/lm.021311.110} 기억이 저장되긴 하지만, 새로 생기는 뉴런이 기존 기억이 저장된 신경 회로를 흐트러뜨려 인출, 즉 기억을 떠올리기 어렵게 만든다는 뜻입니다.

신경발생 가설은 2년 뒤 증명됐습니다. 2014년 조슬린, 프랭클랜드 교수팀은 쥐와 기니피그의 뇌를 비교했습니다. 유아기 해마에서 신경발생이 매우 활발했던 쥐는 유아기 기억상실을 겪지만, 태어날 때부터 뇌가 성숙한 기니피그는 유아기 기억상실이 관찰되지 않았죠. 그런데 기니피그에 인위적으로 신경발생을 증가시키자 유아기 기억상실처럼 기억 소실 현상이 유도됐습니다. 유아기 시절 기억은 저장되지만 추후 기억을 꺼내는 것에 실패한다는 인출 실패 가설을 뒷받침하는 이 연구는 국제학술지 ‘사이언스’에 발표됐습니다. ^{doi: 10.1126/science.1248903}

김태희

기자의 조카 초코(태명). 미국 컬럼비아대 연구팀은 어린 아이들을 대상으로 한 유아기 기억상실 실험에서 12개월 이상의 유아가 일화 기억을 저장할 수 있는 능력을 갖춘다고 밝혔다.

United States Library of Congress

심리학자 지그문트 프로이트(사진)는 유아기 기억상실을 최초로 개념화하며 아기도 기억을 생성하지만 성적인 이유로 뇌가 기억을 억누르는 것이라 설명하고자 했다.

아기들은 한 살 이후부터 기억한다

3월 20일, 트리스탄 예이츠 미국 컬럼비아대 교수팀이 앞선 연구를 바탕으로 유아기에 해마가 기억을 저장할 수 있는지를 실험한 뒤 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했습니다. ^{doi: 10.1126/science.adt7570} 4월 3일, 대구에서 만난 박형주 한국뇌연구원 신경·혈관 단위체 연구그룹 책임연구원과 함께 이 연구를 자세히 살펴봤습니다.

연구팀의 목적은 2세 이전의 아기들 중에서도 나이에 따라 뇌 활동이 다른지였습니다. 그래서 생후 4개월부터 24개월 사이 유아 26명의 뇌 활동을 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 측정했죠. 특히 ‘일화 기억(Episodic memory)’을 형성할 때 해마가 활동하는지를 관찰했습니다. 일화 기억은 개인적인 경험을 바탕으로 한 기억입니다. 친구랑 놀러간 기억, 수영장에서 선생님께 수영 배운 기억 등이죠. 연구팀은 이 실험에서 ‘사진을 봤던 경험’으로 일화 기억을 만들었습니다. 아기들에게 2초간 사진을 보여준 뒤 이후 평균 60초의 시간 차이를 두고, 앞서 보여준 사진과 새로운 사진을 나란히 제시했죠. 그리고 아기들의 시선을 추적했습니다. 사람은 익숙한 자극을 더 오래 보는 경향이 있기 때문입니다. 그 결과 아기의 해마가 일화 기억을 저장할 수 있다는 게 드러났습니다. 사진을 더 오래 보는 아기일수록 해마의 기억 저장 활동이 더 강했습니다.

다만 모든 아기의 해마가 기억을 저장할 때 활발한 것이 아녔습니다. 생후 1년을 기점으로 차이가 있었죠. 생후 1년 이상의 아기는 사진을 기억으로 저장하는 순간에 해마, 그 중 후방 해마에서 신경 활동이 증가했습니다. 해마는 전방과 후방으로 나뉩니다. 두 개 부위 모두 기억 정보 처리에 관여하지만 구체적인 역할이 다릅니다. 박 책임연구원은 “후방 해마는 외부 정보나 공간 정보를 인식하고 저장할 때 작동하고, 전방 해마는 사람의 감정과 스트레스 반응에 더 연관돼 있다”고 설명했죠. 반면 1년 이전의 아기는 해마 내 일화 기억 정보와 관련된 신경 활동이 크게 감지되지 않았습니다. 즉 해마에 기억이 저장되는 능력이 생후 1년 무렵부터 나타나며, 그 이전의 시기는 뇌가 미성숙해 일화 기억이 형성되지 않거나 형성돼도 매우 불안정한 상태라는 겁니다.

이모, 아니 기자는 당황스러웠습니다. 이제 겨우 8개월이 된 초코의 미성숙한 해마가 그간 쌓인 우리의 추억을 저장하지 않고 있었다니요. 초코는 낯을 가리는지라 기억을 하는 줄 알았거든요. 그런 기자에게 박 책임연구원은 “복잡한 일화 기억은 1세 이전의 아기가 하기 어렵더라도, 단순한 패턴을 인식하는 능력은 1세 이전에도 어느 정도 이뤄진다”고 설명했습니다.

패턴 인식은 규칙을 파악하는 능력입니다. 얼굴 생김새부터 도형, 색, 크기, 방향을 구별하는 것은 물론 언어를 배우는 것도 이런 패턴 인식의 결과입니다. 패턴 인식은 매우 이른 시기부터 발달합니다. 태어난 지 4일 차에 엄마의 얼굴을 인식할 수 있다는 연구가 있그으니까요. ^{doi: 10.1016/0163-6383(95)90009-8} 그러니까 초코는 이모 얼굴은 인식하지만 이모가 두 시간이나 안아준 것을(그날 팔에 근육통이 생겼습니다) 기억하기엔 아직 너무 어린 아기란 뜻입니다.

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일화 기억을 저장할 때 해마가 작동한다. 트리스탄 예이츠 미국 컬림비아대 교수팀은 유아가 일화 기억을 저장할 때 후방 해마 신경 활동이 크게 나타난다고 발표했다.

유아기 기억, 다시 불러올 수 있을까

우리가 유아기의 기억을 떠올리지 못하는 이유가 당시 기억을 불러오지 못해서란 사실은 알게 됐지만, 어떻게하면 그 기억을 인출할 수 있을지는 아직 미궁입니다. 이는 기억이 어떻게 저장되고 또 인출되는지가 확실히 밝혀지지 않았기 때문입니다.

기억이 저장되는 형태인 ‘엔그램’에 관해서는 크게 네 가지 가설이 있습니다. 기억이 특정 단백질 혹은 유전자로 저장된다는 가설부터 뉴런 간 연결 부위, 즉 시냅스의 변화로 기억이 저장된다는 가설, 뉴런 그룹이 기억 정보를 저장한다는 가설, 마지막으로 뇌의 특정 부위에 기억이 나뉘어 저장된다는 가설이죠. 박 책임연구원은 “이 중 시냅스와 뉴런 그룹 가설이 가장 많은 증거를 갖고 있지만 다른 가설을 지지하는 증거도 충분히 있다”고 설명합니다. 즉 아직 엔그램의 실체를 완벽하게 설명하는 하나의 이론이 확립된 상황은 아니란 겁니다.

이렇게 기억 저장 메커니즘이 명확히 규명되지 않다 보니, 어떻게 유아기 기억을 불러올 수 있을지에 관한 연구는 아직 이뤄진 바 없습니다. 아쉽지만 지금은 초코의 귀여움을 만끽하며 조금 더 기다렸다가 이모와의 추억을 잔뜩 쌓아 줘야겠습니다.

후방 해마로 확인한 후속 기억 효과

후속 기억 효과(SME)는 처음 배우거나 기억할 때의 뇌 활동이 나중 기억에 영향을 주는 현상이다. 미국 컬럼비아대 연구팀은 4~24개월 유아 26명의 해마 활동을 살폈고 12개월 이상의 유아에게서 후속 기억 효과가 나타났으며(후방 해마 활성화 확인), 기억을 잘 하는 유아일수록 후방 해마 활성이 높다는 사실을 알아냈다.

자료: Science

해마를 통해 확인한 후속 기억 효과

전체 유아의 해마에서 기능적인 뇌 활동이 유의미하게 나타났다. 다만 앞뒤 해마를 구분했을 땐 뒤쪽 해마에서만 유의미한 후속 기억 효과가 나타났다. 해마 앞쪽도 0보다 컸지만 통계적으로 우연히 효과가 나타날 가능성이 있는 수치였다.

기억을 잘 하는 유아일수록 후속 기억 효과 커,

기억 행동 점수가 낮은 유아 그룹(연한 색)과 높은 그룹(짙은 색)을 나눠 살펴본 결과, 기억을 잘 하는 유아 그룹에서 후방 해마 활성도와 후속 기억 효과가 더 높게 나타났다. 이는 유아기에도 기억이 후방 해마에 저장된다는 것을 뜻한다.

조카의 유아기, 내 기억 속에 오래 붙잡아 둘 수 있을까

초코의 유아기를 기억하는 제 기억은 어떨까요? 지금이야 태어난 날, 처음 본 날, 이유식을 시작한 날 등등이 생생하게 기억나지만 언젠가는 이 기억들이 흐릿해지는 날이 올 겁니다.

좀더 기억을 단단히 붙들어 매는 방법은 없을까요? 그런 이모의 눈에 10분 동안 100개 숫자를 순서대로 기억하는 사람들이 눈에 띄었습니다. 이들은 ‘연관성’을 활용한 기억법으로 단기간에 많은 기억을 할 수 있습니다. 대표적인 기억법으로 ‘기억의 궁전’이 있습니다. 우리가 익숙한 장소를 활용해 기억하는 방식입니다. 예를 들어 머릿속에서 집을 한 바퀴 걷는데 그 동선에 맞춰 소파, 책상, 침대 등 익숙한 가구에 기억해야 하는 사물을 올려놓고 이후 다시 집을 한 바퀴 돌며 순서대로 배치한 사물을 기억해 내는 겁니다.

박 책임연구원은 이런 기억법이 효과적인 이유는 “공간 정보를 활용하기 때문”이라고 설명합니다. 외부 정보를 저장하는 대부분의 외재적 기억은 해마에서 처리되고 장기기억으로 저장됩니다. 그런 해마는 공간 정보 처리에도 관여하죠. 즉 기억의 궁전처럼 공간 정보와 다른 정보를 결합하는 방식이 외재적 기억을 저장하고 다시 불러오는 데 유리하다는 겁니다.

이런 기억력 향상 비법이 일상에서도 유용할까요? 박 책임연구원은 “유용성을 부정할 순 없지만 실생활에서는 더 쉬운 방법이 있다”고 답했습니다.
첫 번째는 반복입니다. 어떤 대상을 학습하는 데 투입된 시간 대비 학습 성취도를 나타내는 그래프인 학습 곡선은 학습 효율이 처음에 급격히 증가하다가 점차 완만해집니다. 이때 학습 시도를 반복하면 곡선의 증가 기울기가 가팔라집니다. 꼭 기억하고 싶은 것은 기억하고자 반복해 노력한다면 기억할 수 있다는 겁니다.

건강한 일상도 기억력 향상에 도움이 됩니다. 충분한 수면 시간을 지키면 기억력이 좋아지죠. 박 책임연구원은 “잠을 자는 동안 전날 학습한 정보를 자동으로 회상하고 공고화해 장기 기억으로 전환하기 때문”이라고 설명했습니다. 또한 잠을 자는 동안 뇌 속 노폐물이 제거되므로 잠을 잘 자는 것은 뇌 건강을 지키는 일이기도 하죠.

규칙적인 운동을 하는 것도 기억력을 향상하는 방법입니다. 박 책임연구원은 “규칙적인 신체활동과 운동에 의해 학습 효율과 기억력이 증가한다는 과학적 증거는 인간과 동물에서 모두 관찰됐다”며 “운동은 해마 내 세포의 생존 및 분화 등을 관장하는 뇌유래신경영양인자 발현량을 증가시킬 뿐만 아니라 새로운 신경세포 생성을 촉진해 해마가 새로운 정보들을 받아들이고 처리할 수 있도록 용량을 조절한다”고 말했습니다.

공간을 활용한 기억력 향상법, 기억의 궁전
‘열쇠-햄버거-사탕-청바지-참새.’ 이를 순서대로 외워야 한다고 하자. 자신에게 가장 익숙한 공간인 집을 떠올리고 일상적인 동선에 따라 거실 쇼파에 열쇠, 식탁 위에 햄버거, 침대 위에 사탕, 욕조에 청바지, 옷장에 참새를 배치한다. 이후 다시 집을 한 바퀴 걸으며 가구 위에 올려둔 것을 기억해내는 방식이다.

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노화, 질환으로부터 기억을 지킬 수 있을까

한편 일상적인 노력으로 기억을 붙들어 매는 것이 불가능한 상황이 있습니다. 노화 또는 알츠하이머나 파킨슨병 같은 신경퇴행성 질환이죠. 걱정을 사서 하는 기자 이모에게 희망을 주는 연구가 3월 21일 국제학술지 ‘셀’에 발표됐습니다. 조나단 킵니스 미국 워싱턴대 의대 병리학 및 면역학 교수팀은 뇌의 노폐물 제거 시스템을 강화하면 기억력이 향상된다고 발표했죠. ^{doi: 10.1016./j.cell.2025.02.022} 4월 7일, 논문 제1 저자인 김경덕 워싱턴대 의대 박사후연구원과 화상으로 만났습니다.

뇌에선 노폐물이 많이 나옵니다. 신경세포 활동의 부산물이죠. 뇌를 감싸고 있는 수막 내 림프관이 노폐물 제거에 핵심적인 역할을 합니다. 알츠하이머나 파킨슨병을 앓고 있는 사람일수록 노폐물 배출이 원활하지 않다는 것도 보고됐습니다. 빠져나가지 못한 노폐물이 점점 뇌 안에 쌓여가는 것입니다. 꼭 이런 질환이 아니더라도 노화로 인해 노폐물 배출 문제가 나타날 수 있습니다. 나이가 듦에 따라 뇌 속의 각종 하수관이 좁아지기 때문이죠.
연구팀은 수막 림프관이 제대로 기능하지 못하는 상태가 오래 지속됐을 때, 뉴런 정보처리 시스템에 문제가 생긴다는 것을 발견했습니다. 시냅스는 흥분성과 억제성으로 나뉩니다. 김 연구원은 “흥분성 시냅스는 다음 뉴런을 활성화해 정보를 전달하는 역할을, 억제성 시냅스는 다음 뉴런의 활성화를 억제하는 역할을 한다”고 설명했습니다. 림프관에 문제가 생기면 이중에서도 특히 억제성 시냅스가 제대로 작동하지 않았습니다. 김 연구원은 “정상 상태에서는 제거 됐던 불필요한 신호가 노이즈캔슬링되지 않는 상황”이라고 설명했죠.

연구팀은 쥐를 대상으로 림프관에 문제를 만든 뒤 시냅스 자극이 어떻게 발현되는지를 정상 림프관과 비교해 봤습니다. 그 결과 림프관에 문제가 있으면 뉴런 활성을 억제하는 억제성 시냅스 구조를 이루는 신호전달물질(단백질)이 20%나 줄어든 것을 확인했습니다.

시스템에 문제를 만든 범인은 염증성 사이토카인, IL-6였습니다. 염증성 사이토카인은 염증 반응을 촉진하는 데 중요한 역할을 하는 단백질입니다. 미세아교세포는 뇌에 존재하는 면역 세포의 일종입니다. 시냅스를 ‘먹어 없애거나’ ‘다듬어 유지’하는 것으로 잘 알려져 있죠. 쉽게 말해 시냅스 수를 조절하는 역할을 합니다. “림프관에 문제를 일으켜도, 미세아교세포를 없앴을 때는 시냅스 신호나 단백질에 직접적인 변화가 없어요.” 김 연구원은 미세아교세포가 직접 시냅스를 없애 억제성 시냅스가 줄어든 것은 아니라고 설명했습니다.

한편 림프관 기능을 약화했을 때 미세아교세포가 분비하는 사이토카인인 IL-6가 4배나 늘어나는 것을 확인했습니다. 림프관이 고장나 뇌에 노폐물이 계속 쌓이니, 미세아교세포가 이를 면역 시스템의 위기 상황이라 인식하고 IL-6를 계속 만들어 낸 것으로 볼 수 있습니다. 이렇게 과다 분배된 IL-6가 억제 시냅스를 파괴한 거고요.

기억 연구는 계속될 예정입니다. 김 연구원은 “그동안 기억 연구는 인지 기억 장애 등을 중심으로 이뤄졌는데, 코로나 바이러스 감염증(코로나19)을 계기로 기억 저하와 면역 반응 간 연구가 활발하다”고 말했죠. 코로나 바이러스 감염 후유증 중 하나로 기억 장애가 꼽히는데, 이를 호소하는 사람들을 연구할 수 있게 됐기 때문입니다. 실제 기억 장애를 겪은 사람들의 피에 염증성 사이토카인 등이 보고됐습니다. 과학자들은 염증성 사이토카인이 기억에 어떤 영향을 미치고, 어떤 관계가 있는지 연구하고 있습니다. 언젠가는 잃고 싶지 않은 기억을 모두 기억할 수 있는 날이 오길 기대합니다.

김경덕

미국 워싱턴대 의대 연구팀은 뇌를 둘러싼 조직인 수막(파란색)에 있는 림프관(녹색)의 기능을 인위적으로 강화한 쥐가(아래쪽), 림프관 기능이 약한 쥐(위쪽)에 비해 기억력이 향상된 것을 확인했다. 림프관은 뇌 속 노폐물을 제거하는 역할을 한다.