유년기 시절 부모님과의 소중한 추억이나 첫사랑과의 달콤했던 편린은 인생을 즐겁게 만들어주는 행복한 기억이지만, 시간이 지남에 따라 점차 머릿속에서 사라진다.
이에 반해 끔찍한 사고를 당했을 때의 안 좋았던 경험이나 빨리 잊어버리고 싶은 불행한 일들은 종종 오랫동안 뇌 속에 각인돼 두고두고 우리를 괴롭히기도 한다.
좋은 기억은 오래오래 간직하고 나쁜 기억은 빨리 지워버리고 싶은 것은 이런 관점에서 보면 인간의 공통된 욕망으로 보인다.
‘기억과 망각’에 대한 인간의 욕망은 과학적으로 어느 정도 실현 가능성에 접근했을까.
최근 일군의 과학자들은 기억을 지울 수 있을 뿐만 아니라 강화할 수 있는 생체 분자를 발견해 이 같은 가능성에 한 발자국 더 다가섰다고 msnbc등 외신이 보도했다.
무엇인가를 처음 배울 때 커피와 같은 각성제가 기억력을 증진시킨다는 점은 익히 알려진 사실이다. 보통 기억력은 뇌 속에 기억이 각인되거나 각인된 기억을 적극적으로 회상할 때 강화될 수 있다.
현존하는 이른바 ‘똑똑한 약’들은 대개 이런 방식으로 작용한다. 리탈린, 암페타민 심지어 카페인 등은 새로운 기억이 형성됐거나 형성 된지 얼마 지나지 않은 시점에서 학습능력을 증대시킨다.
하지만 이미 저장된 기존의 기억을 며칠에서 몇 주 이후 다시 끄집어낼 수 있는 것은 별개의 문제다. 예를 들어 ‘손자의 이름’이나 ‘살고 있는 거주지의 주소’와 같이 오래된 기억들은 종종 ‘기억상실증’ 등으로 잊혀질 수 있다. 새로운 기억이 아니라 이미 형성된 기억을 강화하는 어떠한 물질도 보고된 바 없다..
이런 가운데 이스라엘 와이즈만 연구소 야딘 두바이 (Yadin Dubai), 미국 뉴욕주립대(SUNY) 토드 색터 (Todd Sacktor) 연구팀은 장기 기억을 유지하는데 중요한 역할을 하는 생체효소를 발견했다고 과학저널 ‘Science’ 최신호에 보고했다.


이미 형성된 장기 기억 강화 셍체물질 발견



색터 박사는 “장기 기억을 지속시키는 것을 발견하는 것은 일종의 도전이었다”며 “우리는 오래된 기억을 손상 없이 강화하는 방법을 찾아냈다”고 말했다.
기억이 형성되면 신경세포들 사이에서는 ‘시냅스’라는 신경망이 만들어진다. 시냅스는 신경세포 사이에서 기억정보 등을 담고 있는 신경전달물질의 전달이 일어나는 부위이다. 기억이 유지되기 위해서는 이 시냅스가 온전히 보존돼야 한다. 장기 기억에 관여하는 이 시냅스들이 어떻게 강화되는지에 대해서는 그리 많이 밝혀지지는 않았다.
지난 2007년 색토 연구팀은 장기 기억을 지우는데 성공했다. 이 기억 삭제에 관여하는 물질이 ‘PKM 제타(Protein Kinase M zeta)’ 라고 불리는 효소이다. 효소는 단백질의 일종으로 생체 내에서 어떤 반응이 원활히 일어나도록 촉진시키는 ‘생체 촉매’의 역할을 한다.
PKM 제타는 뇌 속에서만 발견되는 효소로 한 번 형성되면 항상 활성화된다는 점에서 여타의 효소와 차별성을 띤다. PKM 제타 효소은 이 같은 차별성으로 장기 기억에 관여하는 것으로 보인다. 색터 박사는 “학습과정에서 한번 PKM 제타가 형성되면 이 효소는 오래 기간 기억을 유지케 한다”고 설명했다.
연구팀은 PKM 제타가 뇌에서 제 기능을 못하도록 ZIP(zeta inhibitory peptide)이라는 물질을 쥐에게 처치했다. 처치결과 수 주전에 형성했던 쥐의 기억들 사라졌다. PKM 제타 효소의 붕괴로 장기 기억은 삭제됐지만 기타 뇌의 다른 기능에는 어떠한 부작용도 일어나지 않았다.


PKM 제타, 믾으면 기억 강화- 적으면 기억 제거에 관여



연구팀은 PKM 제타 효소의 역할을 붕괴시키는 것이 아니라 만약 이 효소의 기능을 강화시키면 어떤 일이 발생할까라는 의문을 가지고 일련의 실험을 고안했다. 2011년 연구에서 연구팀은 쥐들이 복부에서 통증을 느낄 수 있는 냄새에 익숙해지도록 실험 조건을 만들었다. 복부 통증을 유발하는 냄새에 대한 기억은 쥐의 뇌 속에 각인됐고 몇 개월 이후 쥐들은 비슷한 냄새의 음식을 멀리했다.
이후 연구팀은 복통을 유발하는 리튬 성분이 함유된 설탕물에 쥐들을 노출시켰다. 설탕물을 섭취한 쥐들에게서 복통이 발생한 지 1주일(대략 인간에게는 20개월에 상당) 뒤 연구팀은 특별한 유전물질을 쥐들에게 투약했다. 이 유전물질은 PKM 제타 효소의 기능을 증대시키거나 또는 붕괴시키는 2가지의 역할을 수행토록 설계됐다.
PKM 제타가 풍부하게 발현된 쥐들은 설탕물이 복통을 유발하는 것을 기억하는 것으로 관찰됐다.
이들 쥐들은 거의 설탕물을 섭취하지 않았다. 반면 PKM 제타가 적게 발현된 쥐들은 갈증을 해소하듯이 설탕물을 섭취했다.
1주일 전 복통 유발을 겪은 것과 마찬가지로 이들 쥐들은 복통을 겪어야만 했다.
두바이 박사는 “PKM 제타가 신경전달물질로부터 정보를 받는 시냅스 상의 단백질을 조절함으로써 시냅스의 신경전달물질에 대한 감도를 높이고 기억 재생을 강화하는 것으로 보인다”고 말했다. 장기 기억 이외의 기타 기억들도 PKM 제타를 통해 강화할 수 있을 것이라고 그는 내다봤다.


알츠하이머 병, 외상 후 스트레스 잠재적 치료제 가능성



과학계는 가까운 미래에 PKM 제타 효소가 기억을 바꾸는 새로운 의약품이 될 수 있을 것으로 기대했다. 이를테면 알츠하이머병 환자의 잃어버린 기억을 강화하거나 끔찍한 기억으로 고생하는 외상 후 스트레스 증후군에 시달리는 사람들의 특정 기억을 제거하는 데 사용될 수 있다. 각기 다른 기억들은 다른 뇌의 영역에서 PKM 제타를 조절함으로써 재생시키거나 삭제할 수 있다.
색토 연구팀은 앞서 알츠하이머 병으로 손상된 뇌의 핵심영역에서 엉켜있는 PKM 제타를 발견하 바 있다. 비록 PKM 제타 자체가 알츠하이버 병의 직접적인 원인으로 작용하지는 않지만 적절한 기능을 회복하는 것은 잃어버린 기억을 되살리는 데 중요할 수 있다.
실용화되기 위해서는 좋은 기억이나 나쁜 기억부터 선택적으로 찾을 수 있어야 한다. 기억을 강화하거나 방해하는 약물은 거의 마무리 단계까지 접근했다. 문제는 광대한 시냅스의 모래사장에서 특정 기억에 관여하는 시냅스라는 바늘을 찾는 것이라고 과학계는 지적했다.