비신경계 인간 세포에서 발견된 "분산 학습 효과" : 기억 형성의 새로운 가능성

비신경계 인간 세포에서 발견된 "분산 학습 효과" : 기억 형성의 새로운 가능성

우리가 흔히 알고 있는 기억 형성에서 중요한 원리 중 하나가 바로 "분산 학습 효과 (Massed-Spaced Effect)"입니다. 이 효과는 학습을 여러 번에 걸쳐 나누어 진행할 때, 한 번에 몰아서 학습하는 것보다 더 오래 기억할 수 있다는 것을 의미합니다. 이번 연구에서는 신경세포가 아닌 비신경계 인간 세포에서도 이 효과를 확인했다는 놀라운 발견을 했습니다.

연구 배경

기억은 뇌의 신경세포뿐만 아니라, 다양한 세포에서 공통적으로 사용되는 분자적 도구에 의해 형성됩니다. 연구팀은 비신경계 세포에서도 기억을 형성하는 원리를 찾아낼 수 있을 것이라고 가정하고 실험을 진행했습니다. 이를 위해 루시퍼라제라는 단백질이 발현되는 시스템을 이용해, 세포가 기억을 형성하는지를 확인하는 실험을 설계했습니다.

실험 과정과 주요 결과

1. 약물로 학습 효과를 모방

연구팀은 PKA와 PKC라는 중요한 단백질을 활성화하기 위해 포스콜린(forskolin)과 포르볼 에스터(TPA)라는 약물을 사용했습니다. 이 약물을 한 번 자극할 때보다, 반복적으로 자극했을 때 세포가 더 강하게 반응하고, 그 반응이 더 오래 지속된다는 사실을 발견했습니다. 이는 세포가 자극을 반복적으로 받을수록 기억을 더 오래 유지하는 것과 비슷한 현상입니다.

2. 기억 형성에 중요한 CREB와 ERK

기억을 형성할 때 중요한 역할을 하는 단백질인 CREB와 ERK가 반복적인 자극에서 더 강하게 활성화된다는 것을 확인했습니다. 특히, ERK는 세포핵으로 이동해 장기적으로 기억을 유지하는 역할을 하며, 이 과정은 기억 형성의 핵심입니다.

3. 분산 학습 vs 몰아서 학습

연구팀은 분산 학습(시간 간격을 두고 자극)과 몰아서 학습(짧은 시간에 한 번에 자극)을 비교했습니다. 그 결과, 일정 시간 간격을 두고 자극을 주는 것이 CREB와 ERK를 더 강하게 활성화시키고, 기억을 더 오래 지속시키는 것을 확인했습니다. 특히, 10분 간격으로 자극을 줄 때 가장 효과적이었고, 이 시간 간격이 기억 형성에 최적임을 알 수 있었습니다.

4. ERK와 CREB 억제 실험

ERK와 CREB의 역할을 확인하기 위해, 이들을 억제하는 약물을 사용한 결과, 이 두 가지가 억제되면 분산 학습 효과가 사라진다는 사실을 발견했습니다. 이는 이 단백질들이 기억을 형성하는 데 있어 필수적이라는 것을 보여줍니다.

5. 다른 세포에서도 동일한 효과

연구팀은 이 효과가 특정 세포에만 나타나는 것이 아님을 확인하기 위해, 다른 세포주인 HEK293 세포에서도 실험을 진행했습니다. 이 세포는 신경계와 관련이 없는 세포임에도 불구하고, 동일한 분산 학습 효과가 나타났습니다. 이는 비신경계 세포에서도 이러한 학습 효과가 일반적으로 나타날 수 있음을 시사합니다.

연구의 의미와 향후 연구 방향

이번 연구는 비신경계 세포에서도 우리가 알고 있는 기억 형성의 원리가 적용될 수 있음을 보여주었습니다. 이는 뇌뿐만 아니라, 신경계 외의 세포에서도 기억이 형성될 수 있다는 가능성을 열어줍니다. 또한, 이번 연구를 통해 기억 증진이나 인지 장애 치료와 같은 분야에서 새로운 연구 방향을 제시할 수 있습니다.

앞으로의 연구 방향

• 기억 형성의 세부적인 원리를 더 깊이 탐구하고, 이를 바탕으로 기억력을 높이는 방법이나 치료법을 개발할 수 있을 것입니다.
• 비신경계 세포에서의 학습 패턴을 통해, 다양한 세포에서 지속적인 반응이 어떻게 일어나는지 연구할 수 있습니다.

결론

이번 연구는 기억 형성의 중요한 원리인 분산 학습 효과가 비신경계 세포에서도 나타날 수 있음을 보여주었습니다. 이는 세포 수준에서의 학습과 기억에 대한 새로운 시각을 제공하며, 앞으로 인지 기능 향상과 치료법 개발에 큰 기여를 할 수 있을 것입니다.

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출처: Nature Communications