며칠 또는 평생 동안 기억을 기억하고 저장하는 능력은 중요한 기능입니다.
뇌가 정보를 저장하는 방법과어떤 기억이 오랫동안 남아 있고 어떤 기억이 사라질지 조절하고 노화 관련 장애가 발생할 위험이 있는 사람들의 기억력을 강화하는 방법을 개발하고 부상 후 정상적인 뇌 기능을 회복하는 데 도움이 될 것입니다.
메모리는 어떻게 작동합니까?
다양한 형태의 메모리 생성 및 저장다르게 그리고 뇌의 다른 영역에서. 신경과학자들은 아직 모든 과정의 복잡성을 완전히 이해하지 못하고 있으며 계속해서 세부 사항을 다듬고 새로운 뇌 기능을 발견하고 있습니다. 그러나 자전적 기억(개인적으로 경험한 사건에 대한 기억)은 사건이 발생한 후 몇 시간 또는 며칠이 지나면 해마라고 하는 뇌의 한 부분에서 형태를 갖추기 시작하는 것으로 알려져 있습니다.
뉴런은 서로 통신하는 신경계의 세포입니다.다른 하나는 시냅스를 통해. 이것은 두 개의 세포가 화학 메시지(신경 전달 물질)를 사용하여 작은 틈을 통해 연결하고 "정보"를 교환하는 영역입니다. 각 뉴런은 시냅스를 통해 수천 개의 다른 뉴런과 연결될 수 있습니다.
현미경으로 본 뉴런의 상호작용. 비디오: UC 버클리
뉴런의 주요 특성 중 하나는 시냅스입니다.플라스틱. 이것은 상호 작용 활동의 증가 또는 감소에 반응하여 시간이 지남에 따라 강화되거나 약화되는 시냅스의 능력에 주어진 이름입니다. "사용" 빈도에 따른 시냅스 효율성의 장기적인 변화는 학습, 기억 형성 및 신경 발달에 중요하다고 여겨집니다.
뉴런은 지속적으로 새로운 단백질을 생성합니다.특정 신경 전달 물질에 대한 수용체와 같은 시냅스 부분의 리모델링. 이를 통해 신경 세포가 선택적으로 서로 연결을 강화할 수 있습니다. 결과적으로 메모리를 인코딩하는 네트워크가 형성됩니다. 메모리가 더 자주 "활성화"될수록 신경망이 더 강해집니다. 이러한 구조는 해마를 넘어 뇌의 여러 부분에서 장기 기억을 형성합니다.
추억이 보이시나요?
19세기 말에 과학자들은 최초의현미경은 개별 뉴런을 식별할 수 있을 만큼 강력합니다. 다음 세기 중반까지 전자 현미경은 폭이 수십 나노미터에 불과한 시냅스 구조를 보여주었고, 이후 연구자들은 2광자 현미경을 사용하여 학습 과정에서 시냅스 연결이 어떻게 형성되는지를 실시간으로 관찰했습니다.
신경과학자들이 사용하는 모델 중 하나기억을 다루는 것은 엔그램입니다. 이는 뇌에 있는 특정 기억의 물리적 흔적(신경망)에 부여되는 이름입니다. 엔그램 세포는 재활성화가 개인의 기억 검색으로 이어지는 뉴런 집단입니다.
유전학 분야의 수많은 연구그러한 엔그램을 시각화하는 것이 가능해졌습니다. 예를 들어, 과학자들은 바이러스를 사용하여 해파리에서 발견되는 녹색 형광 단백질을 생쥐의 뇌에 주입하여 뉴런이 학습할 때 빛을 발하도록 했습니다. 그리고 조류의 빛에 민감한 단백질인 카날로돕신(ChR2)을 도입함으로써 특정 뉴런을 인위적으로 활성화하고 특정 엔그램을 "끄거나" "시작"할 수 있습니다.
예를 들어, MIT의 연구자들은 다음과 같이 밝혔습니다.두려움을 학습하는 과정에서 생쥐의 뇌에 형성된 엔그램입니다. 청색광을 사용하여 이 뉴런 네트워크를 인공적으로 활성화하면 동물이 "동결"하게 되는데, 이는 위험에 대한 특징적인 반응입니다.
기억을 시각화하는 또 다른 방법은기능성자기공명영상(fMRI). 이 기술은 신경 활동과 뇌의 혈류 변화의 연결을 기반으로 합니다. 연구자들은 혈역학(혈액 이동)이 어떻게 변화하는지 관찰하여 뇌의 어느 부분이 특정 시점에 활성화되는지 확인합니다.
예를 들어 이 기술을 사용하면오리건 대학의 연구원들은 인간의 기억에 떠오르는 얼굴 이미지를 인식하고 재구성하도록 AI를 훈련시켰습니다. 훈련 과정에서 참가자들에게는 다양한 사람들의 얼굴 사진이 보여졌고, 컴퓨터는 fMRI 데이터를 처리하여 각 사진의 특징적인 뇌 활동 패턴을 생성했습니다.
그 후, 참가자들에게 새로운 것을 보여주었을 때알 수 없는 AI 사진, 뇌 활동을 기반으로 컴퓨터가 사진 속 얼굴을 재구성하려고 했습니다. 완성된 이미지와 완전히 유사하지는 않지만 인공 신경망은 일부 특징을 정확하게 식별하고 재현했으며 피부색과 같은 사람의 특정 특징에 대한 주관적인 인식도 반영했습니다.
실험 계획: 학습(상단) 및 알려지지 않은 이미지의 재구성(하단). 삽화: 이홍미, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
기억을 조작할 수 있습니까?
"false"를 형성하는 방법 중 하나쥐의 기억”은 거의 10년 전에 Massachusetts Institute of Technology의 연구원들에 의해 입증되었습니다. 과학자들이 제안한 접근법은 특정 사건과 관련된 엔그램을 식별하고 광유전학(빛의 도움으로 뉴런을 제어)을 사용하여 엔그램을 활성화하는 것을 기반으로 합니다.
거짓을 만드는 실험 계획기억. 과학자들은 환경 A에 해당하는 패턴을 읽었습니다. 동물을 환경 B로 옮기고 전류를 켠 다음 동시에 빛의 도움을 받아 환경 A에 해당하는 엔그램의 뉴런을 활성화했습니다. , 그들은 A에 대한 두려움의 거짓 기억을 보여 주었고 (동결은 물결 모양의 선으로 표시됨) 감전사를 한 적이 없습니다. 동시에 중립 환경 C에서는 행동에 변화가 없었습니다. 이미지: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
과학자들은 유전적으로 변형된 쥐를단백질 canalrhodopsin (ChR2)을 암호화하는 유전자를 뉴런에 도입하기 위해. 단세포 녹조류에서 광수용체 역할을 하는 빛에 민감한 단백질입니다. 유전자는 뉴런이 활성화될 때 형광 단백질의 발현을 유발하도록 변형되었습니다. 이 수정을 통해 과학자들은 학습 과정 중에 어떤 뉴런이 활성화(형광)되는지 추적하고 빛을 사용하여 재활성화할 수 있었습니다.
실험 중에 과학자들은실험용 쥐를 첫 번째 “방”에 들어가서 이 환경의 기억에 해당하는 엔그램(신경망)을 읽습니다. 그 후, 동물들은 두 번째 환경으로 옮겨졌고, 첫 번째 “방”과 관련된 뉴런이 활성화되었으며, 그들은 충격을 받았습니다.
추가 분석에 따르면 동물에서원래 영역(첫 번째 "방")에 대한 두려움과 관련된 잘못된 기억이 형성되었습니다. 쥐들은 그곳에서 결코 충격을 받지 않았지만, 이 환경에 놓였을 때 그들은 두려움에 얼어붙었습니다.
빛이 활성화되기 전의 "훈련된" 쥐의 정상적인 행동과 과거의 두려움과 관련된 엔그램이 활성화된 후의 두려움. 비디오: Liu, X. 외, Nature
비록 이 작품만이원시 실험이며 인간의 뇌는 쥐보다 훨씬 더 복잡합니다. 이 연구는 외부 영향의 영향으로 기억이 얼마나 쉽게 변경되는지 보여줍니다. 일상 생활에서 사람들의 거짓 기억 형성에 대한 수많은 연구는 이러한 가소성을 확인합니다.
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