In Search of Memory

1. 비엔나에서 신경과학으로의 여정: 개인적 경험이 과학적 추구를 형성하다

"비록 '마침내 자유'라고 말할 예지력과 언어가 부족했지만, 그때도 느꼈고 그 이후로도 계속 느꼈다."

나치 점령 하의 비엔나 탈출: 어린 시절 에릭 캔델은 나치 점령 하의 비엔나를 탈출하면서 그의 후일 과학적 추구에 깊은 영향을 미쳤다. 크리스탈나흐트의 트라우마와 미국으로의 도피는 그의 정신에 지울 수 없는 흔적을 남겼고, 이는 기억과 인간 정신의 작동에 대한 평생의 관심을 불러일으켰다.

교육과 초기 경력: 캔델의 여정은 플랫부시 예시바에서 하버드로 이어졌으며, 처음에는 역사와 문학을 공부하다가 정신분석학과 결국 신경과학으로 끌리게 되었다. 기억의 생물학적 기초에 대한 그의 호기심은 그를 의학 훈련과 신경생물학 연구로 이끌었다.

주요 멘토와 협력: 캔델은 경력 내내 해리 그룬드페스트와 같은 영향력 있는 인물들의 지도를 받았으며, 이들은 그에게 "하나의 세포씩" 뇌를 연구하도록 격려했다. 또한 알덴 스펜서와 제임스 슈워츠와의 협력은 그의 과학적 탐구 접근 방식을 형성하고 신경과학 분야에서 획기적인 발견을 이끌어냈다.

2. 기억의 세포적 기초: 단순한 시스템 연구를 통해 보편적 원리를 밝히다

"나는 밀너가 남긴 곳에서 시작하고 싶었다. 나는 그녀가 H.M.에서 부족하다고 느낀 사람, 장소, 사물에 대한 장기 기억 형성이라는 가장 복잡하고 흥미로운 측면을 다루고 싶었다."

아플리시아를 모델 생물로 선택: 캔델은 단순한 신경계와 크고 쉽게 식별 가능한 뉴런을 가진 바다 달팽이 아플리시아 캘리포니카를 실험 대상으로 선택했다. 이 결정은 그가 학습과 기억의 세포 메커니즘을 전례 없이 자세히 연구할 수 있게 했다.

주요 발견:

• 아플리시아의 아가미 철수 반사는 습관화와 민감화 같은 단순한 학습 형태에 의해 수정될 수 있다.
• 이러한 행동 변화는 특정 뉴런 간의 시냅스 강도 변화와 일치했다.
• 아플리시아에서 학습을 뒷받침하는 동일한 분자 메커니즘이 인간을 포함한 더 복잡한 생물에서도 보존되어 있음이 나중에 밝혀졌다.

단순한 시스템에 집중함으로써 캔델과 그의 동료들은 종을 초월하여 적용되는 기억 형성의 기본 원리를 밝혀내어 인간 기억과 인지에 대한 더 깊은 이해의 기초를 마련했다.

3. 시냅스 가소성: 학습과 기억의 분자 메커니즘

"카할의 아이디어와 나의 초기 학습 및 기억 연구는 행동주의자들이 사용한 학습 패러다임을 기반으로 했다. 행동주의자들은 주로 지식이 단기 기억에 어떻게 획득되고 저장되는지에 초점을 맞췄다."

시냅스 가소성: 시냅스 간의 연결이 경험에 반응하여 강화되거나 약화될 수 있는 능력을 말한다. 캔델의 연구는 이 과정이 학습과 기억의 근본적인 메커니즘임을 밝혀냈다.

시냅스 가소성의 주요 측면:

• 단기 변화는 시냅스에서 기존 단백질의 수정과 관련이 있다.
• 장기 변화는 새로운 단백질 합성과 유전자 발현을 필요로 한다.
• 다양한 자극 패턴은 시냅스 연결의 강화(강화) 또는 약화(억제)를 초래할 수 있다.

캔델의 연구는 단순하고 복잡한 신경계 모두에서 동일한 기본 시냅스 가소성 메커니즘이 작동함을 보여주어 종을 초월한 학습과 기억 이해를 위한 통일된 원리를 제공했다.

4. 단기 기억에서 장기 기억으로: 단백질 합성과 유전자 발현의 역할

"우리는 이제 유전적 증거를 통해 지도가 공간 기억과 상관관계가 있음을 직접적으로 확인했다. 더 나아가, 아플리시아의 아가미 철수 반사에 기초한 단순한 암묵적 기억에서와 마찬가지로, 공간 기억에서도 지도를 획득하고 몇 시간 동안 유지하는 과정과 장기적으로 지도를 안정된 형태로 유지하는 과정 사이에 차이가 있음을 발견했다."

단기 기억: 기존 시냅스 연결의 일시적인 변화를 포함하며, 장기 기억은 새로운 단백질 합성과 특정 유전자의 활성화를 필요로 한다.

주요 발견:

• 전사 인자 CREB는 단기 기억을 장기 기억으로 전환하는 데 중요한 역할을 한다.
• 반복적인 자극은 시냅스 성장을 위해 필요한 단백질을 생성하는 유전자의 활성화를 이끈다.
• 새로운 시냅스 연결의 형성은 장기 기억 저장에 필수적이다.

캔델의 연구는 단기 기억에서 장기 기억으로의 전환이 세포 신호 경로, 유전자 발현 및 시냅스의 구조적 변화 간의 복잡한 상호작용을 포함한다는 것을 밝혀냈다. 이 이해는 기억 장애 치료 및 인지 기능 향상에 깊은 영향을 미친다.

5. 명시적 기억과 해마: 뇌에서 공간을 지도화하다

"오키프는 1971년에 해마에서 장소 세포를 발견했고, 블리스와 로모는 1973년에 해마에서 장기 강화 현상을 발견했지만, 두 발견을 연결하려는 시도는 없었다."

해마: 명시적 기억, 특히 공간 정보를 포함하는 기억 형성에 중요한 역할을 한다. 캔델의 연구는 두 가지 별개의 연구 라인을 연결했다:

1. 장소 세포: 동물이 특정 위치에 있을 때 발화하는 해마의 뉴런
2. 장기 강화 (LTP): 시냅스 강도의 장기적인 향상

주요 발견:

• 해마에서 공간 지도의 형성과 유지에는 다른 형태의 기억과 동일한 분자 메커니즘이 관여한다.
• 주의력과 도파민 신호는 이러한 공간 표현을 안정화하는 데 중요하다.
• 해마는 환경의 인지 지도를 생성하여 탐색 및 기억 회상에 유연하게 사용할 수 있다.

이 연구는 기억의 세포 메커니즘과 고차원 인지 기능 간의 다리를 제공하여 뇌가 세상에 대한 복잡한 정보를 어떻게 표현하고 기억하는지에 대한 통찰을 제공했다.

6. 감정의 신경생물학: 두려움과 안전을 이해하다

"안전 훈련을 받은 쥐의 측핵에서 장기 강화의 반대, 즉 톤에 대한 신경 반응의 장기 억제를 발견했다. 이는 편도체로의 신호가 극적으로 줄어들었음을 시사한다."

두려움과 안전: 진화적으로 깊은 뿌리를 가진 기본적인 감정 상태이다. 캔델의 쥐를 대상으로 한 학습된 두려움과 안전에 대한 연구는 이러한 감정을 뒷받침하는 신경 회로와 분자 메커니즘을 밝혀냈다.

주요 발견:

• 편도체는 두려움 관련 정보를 처리하는 데 중심적인 역할을 한다.
• 학습된 두려움은 편도체 측핵의 시냅스 강화와 관련이 있다.
• 학습된 안전은 동일한 시냅스의 약화와 선조체의 보상 관련 회로의 활성화를 포함한다.

이 연구는 감정의 신경 기초를 밝히는 것뿐만 아니라 불안 장애 치료 및 심리적 웰빙 증진을 위한 새로운 길을 열었다.

7. 신경과학의 렌즈를 통한 정신 질환: 치료에 대한 새로운 접근

"분자 생물학은 신경학에서 이미 시작된 일을 정신과에서도 성취할 준비가 되어 있다."

정신 질환: 조현병과 우울증과 같은 정신 질환은 오랫동안 이해하고 치료하기 어려웠다. 캔델의 연구는 신경과학과 정신의학 간의 격차를 줄이는 데 도움을 주어 이러한 장애의 생물학적 기초에 대한 새로운 통찰을 제공했다.

주요 접근:

• 유전자 변형 쥐를 사용하여 조현병의 작업 기억 결핍과 같은 정신 질환의 측면을 모델링
• 정신 질환에서 도파민 신호와 특정 수용체 아형의 역할 조사
• 성인 뇌의 신경 발생을 항우울제 치료의 목표로 탐구

분자 신경과학의 도구와 개념을 정신 질환에 적용함으로써 캔델과 그의 동료들은 정신 질환에 대한 더 효과적이고 표적화된 치료법을 개발할 수 있는 새로운 가능성을 열었다.

8. 심리학과 생물학의 연결: 새로운 마음의 과학

"새로운 마음의 과학은 의식의 신비, 특히 각 개인의 뇌가 독특한 자아의 의식과 자유 의지의 감각을 어떻게 창조하는지에 대한 궁극적인 신비를 파헤치려고 시도한다."

새로운 마음의 과학: 심리학, 신경과학, 분자 생물학의 통찰을 통합하여 정신 과정을 포괄적으로 이해하려고 한다. 캔델의 작업은 이러한 학문을 연결하는 데 중요한 역할을 했다.

주요 측면:

• 인지 심리학의 발견을 신경과학 연구에 통합
• 동물 모델을 사용하여 복잡한 인지 과정을 연구
• 분자 및 유전적 기술을 적용하여 정신 현상을 조사

이러한 학제 간 접근 방식은 뇌와 행동 간의 관계에 대한 더 미묘한 이해를 이끌어내어 마음-몸의 분열에 대한 전통적인 개념에 도전하고 의식과 자유 의지에 대한 오랜 철학적 질문에 새로운 관점을 제공했다.

9. 기초 연구에서 임상 응용으로: 기억 약물의 약속

"생명공학 시대는 정신 질환을 앓고 있는 사람들을 치료하기 위한 새로운 약물을 개발하는 데 엄청난 가능성을 가지고 있다."

기초 연구를 임상 응용으로 번역: 캔델의 경력에서 중요한 원동력이었다. 기억의 분자적 기초에 대한 그의 연구는 기억 장애 치료를 위한 약물을 개발하는 데 전념하는 메모리 파마슈티컬스의 설립으로 이어졌다.

주요 개발:

• 기억과 인지 기능을 향상시키기 위한 분자 표적 식별
• 연령 관련 기억 상실 및 알츠하이머 병 초기 단계와 싸우기 위한 약물 개발
• 다양한 신경 및 정신 장애 치료를 위한 인지 향상제의 잠재력 탐구

기억 향상 약물의 개발은 윤리적 질문을 제기하지만, 인지 저하와 정신 질환으로 고통받는 수백만 명의 사람들의 고통을 덜고 삶의 질을 향상시킬 가능성도 가지고 있다. 캔델의 작업은 기초 과학 연구가 의학 혁신을 이끌고 인간 건강을 개선할 수 있는 잠재력을 보여준다.

마지막 업데이트 날짜: September 5, 2024