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인지부터 분자생물학까지, 한 번에 이해하는 독보적 입문서!

인지부터 분자생물학까지, 한 권으로 정리한 기억의 모든 것 『기억의 비밀 : 정신부터 분자까지』. 이 책은 ‘기억’에 대해 과학자들이 밝혀낸 것들을 ‘정신부터 분자까지’ 단 한 권의 책으로 설명해낸 뇌과학 책으로, 세계적인 뇌신경학자이자 노벨상 수상자 에릭 캔델과 래리 스콰이어가 함께 집필했다. 두 명의 공동저자는 이 책을 통해 기억의 특성과 기억 저장의 메커니즘에 대한 분자생물학적 연구와 인지심리학적 연구를 총망라해서 지금까지 쌓아온 연구 성과들을 종합적으로 설명해주고자 한다.

이 책은 크게 두 방향에서 ‘기억’의 그림을 그려나가는데, 한쪽은 세포와 분자 수준에서 기억이 어떤 방식으로 작동되는지를 상세히 다루고, 다른 한쪽은 뇌 시스템들과 인지 수준에서 어떤 형태의 기억들이 있는지를 상세히 다룬다. 독자들이 좀 더 체계적으로 이해할 수 있도록, 기억이라는 밑그림을 크게 그린 다음, 디테일한 세부 사항들을 하나씩 채워넣는 식으로 구성했다.

저자들의 설명을 충실히 따라가다 보면, 기억의 유형이 여러 가지일지라도 시냅스들은 몇 개 안 되는 메커니즘을 다양하게 조합하여 변화를 성취해나간다는 것, 시냅스에서 어떤 종류의 분자가 만들어지느냐가 중요한 것이 아니라 어디에서 어떤 경로로 시냅스 변화가 일어나느냐가 중요하다는 것 등을 알 수 있게 된다.

“우리는 기억하기 때문에 우리 자신이다.”
기억을 낱낱이 파헤친 독보적인 인지분자생물학 입문서

“분자가 바닥이고 정신이 지붕이라면, 바닥 공사는 캔델이, 지붕 공사는 스콰이어가 맡은 셈이다. 이 분업/협업의 절묘한 이중주를 두 일꾼 각각이 주로 연구한 대상에서도 엿들을 수 있다. 캔델은 바다 달팽이 군소를 연구하여 노벨상의 영광을 안은 반면, 정신과 의사이자 심리학자인 스콰이어의 주요 연구 대상은 인간이다. 내가 주목하는 것은 바닥과 지붕 사이의 거리, 군소와 인간 사이의 거리, 분자와 정신 사이의 거리, 캔델과 스콰이어 사이의 거리다. 그 거리는 이 책에 내장된 흥미로운 긴장의 출처일 뿐더러 애당초 ‘인지분자생물학’이라는 기획의 생동을 가능케 하는 터전이기도 하다.” _ 옮긴이의 말 중에서(p. 492)

우리는 기억에 대해 얼마나 알고 있을까? 『기억의 비밀 : 정신부터 분자까지』(원제 : Memory : From Mind and Molecules)은 ‘기억’에 대해 과학자들이 밝혀낸 것들을 ‘정신부터 분자까지’ 단 한 권의 책으로 설명해낸 뇌과학 책이다. 이를 위해, 두 명의 세계적인 뇌신경과학자 에릭 캔델(노벨상 수상자)과 래리 스콰이어가 머리를 맞댔다. 에릭 캔델은 ‘분자’를 담당했다면, 래리 스콰이어는 ‘정신’을 담당했다. 서로가 상대 공동저자가 쓴 것을 철저히 논평하고 고치는 과정을 거쳐 최종원고를 완성한 보기 드문 역작이다.
이 책은 크게 두 방향에서 ‘기억’의 그림을 그려나가는데, 한쪽은 세포와 분자 수준에서 기억이 어떤 방식으로 작동되는지를 상세히 다루고, 다른 한쪽은 뇌 시스템들과 인지 수준에서 어떤 형태의 기억들이 있는지를 상세히 다뤘다.
‘기억’을 이해하기 위해서는 크게 다음의 다섯 가지 사항을 염두에 둘 필요가 있다.
첫째, 기억은 서술기억과 비서술기억으로 구분될 수 있다. 서술기억은 말이나 시각적 이미지의 형태로 불러낼 수 있는 정보에 대한 기억이다. 즉 사건, 사실, 언어, 얼굴, 음악 등에 대한 기억, 우리가 살면서 경험과 학습을 통해 얻었으며 잠재적으로 서술될 수 있는 온갖 지식에 대한 기억이다. 반면, 비서술기억은 회상으로 표출되는 것이 아니라 행동의 변화로 표출되는 기억이다. 가령, 자전거를 타거나 테니스의 포핸드 발리를 하는 기술처럼 몸으로 익히는 기억은 비서술기억이다.
둘째, 서술기억은 의식적으로 회상되지만 비서술기억은 무의식적으로 실행된다. 지난 여름 휴가 때의 일이나 오늘 아침에 나눈 대화 등을 떠올리는 기억은 서술기억에 속한다. 이들 기억은 의식적으로 떠올릴 수 있는 기억이다. 반면 비서술기억은 무의식적으로 저장되는 기억이다. 그래서, 기억상실증 환자는 과거를 의식적으로 회상할 수는 없지만, 테니스의 포핸드 스트로크 등 몸으로 익힌 것들은 자신이 배웠는지조차 기억할 수 없더라도 몸으로 실행할 수 있다. 비서술기억은 의식의 바깥에 저장되기 때문이다.
셋째, 서술기억과 비서술기억은 각기 고유한 신경 시스템과 관련된다. 예를 들어 안쪽 관자엽 구조물들이 손상되어 과거를 회상할 수 없는 환자일지라도 거울로 자신의 손과 별을 보면서 별의 윤곽선을 따라 그리는 솜씨를 나날이 향상시킬 수 있는데, 이는 서술기억과 비서술기억이 각기 고유한 신경 시스템을 사용하기 때문이다. 구체적으로, 서술기억 중, 사실에 대한 기억(의미기억)은 안쪽 관자엽의 도움을 얻어 피질의 저장소에 축적되는 반면, 특정 시간과 장소에 대한 기억(일화기억)은 피질의 저장소와 안쪽관자엽뿐 아니라 이마엽이 협동해야만이 저장된다. 이와 대조적으로, 비서술기억 중, 감정 기억은 편도체를, 솜씨 및 습관 학습은 선조체를, 운동 반응의 고전적 조건화는 소뇌를 필요로 한다.
넷째, 기억에는 단기기억과 장기기억이 있다. 단기기억은 시냅스 세기의 일시적인 변화만을 요구하지만, 장기기억은 유전자와 단백질의 활성화가 필수적이다. 구체적으로, 단기기억은 기존의 단백질을 변형하고 기존의 연결을 강화함으로써 성취된다. 반면, 장기기억이 되려면, 유전자의 활성화, 새로운 단백질의 합성, 새로운 시냅스 연결의 형성이 필요하다. 즉, 환상AMP(cAMP), 단백질 키나아제(PKA와 MAP 키나아제), CREB-1 등이 참여하는 복잡한 신호전달 과정을 거쳐 새로운 시냅스 연결이 형성되어야만이 장기기억으로 정착되는 것이다.
다섯째, 비서술기억과 서술기억은 예상외로 유사성이 크다. 비서술기억이든 서술기억이든, 단기적 저장은 시냅스 세기의 일시적인 변화만을 요구한다. 하지만 장기기억으로 변화하려면 유전자와 단백질의 활성화가 필수적이다. 그리고 비서술기억의 장기 저장과 서술기억의 장기 저장은 공통된 신호전달 경로를 이용해 공통된 유전자들과 단백질들을 활성하는 것으로 여겨진다. 또, 비서술기억이든 서술기억이든, 새로운 시냅스들을 성장시켜 장기기억을 안정화한다.

인지부터 분자생물학까지,
한 권으로 정리한 기억의 모든 것!
이처럼 이 책은 기억의 특성과 기억 저장의 메커니즘에 대한 분자생물학적 연구와 인지심리학적 연구를 총망라해서 지금까지 쌓아온 연구 성과들을 종합적으로 설명해주고자 한다. 저자들은 기억이라는 밑그림을 크게 그린 다음, 디테일한 세부 사항들을 하나씩 채워넣는 식으로 그림을 완성해나간다. 그래서, 저자들의 설명을 충실히 따라가다 보면, 기억의 유형이 여러 가지일지라도 시냅스들은 몇 개 안 되는 메커니즘을 다양하게 조합하여 변화를 성취해나간다는 것, 시냅스에서 어떤 종류의 분자가 만들어지느냐가 중요한 것이 아니라 어디에서 어떤 경로로 시냅스 변화가 일어나느냐가 중요하다는 것 등을 알 수 있게 된다.
기억은 아직도 우리에게는 미지의 세계다. 이 책은 ‘기억’에 관하여, 과학이 그동안 밝혀낸 사실들을 충실하게 담아내고 있지만, ‘기억’이라는 현상을 다 파악하기에는 갈 길이 아직 멀다고 한다. 저자들은 “기억이 어디에 어떻게 저장되는지에 대해서 우리가 아는 바는 여전히 보잘것없는 수준”(p. 468)이라면서 분자생물학적 인지 분석과 뇌 시스템들의 기능 연구가 거듭될수록, 더 정교한 수준에서 기억을 이해할 수 있을 것이라고 전망하고 있다.
이 책은 1장에서 여러 방향에서 이루어지고 있는 기억 연구에 대해 전체적으로 개관한 다음, 2~3장에서 습관화, 민감화, 고전적 조건화 등을 중심으로 비서술기억을 위한 무척추동물의 뇌 시스템을 두루 살펴본다. 4장에서는 서술기억의 코드화, 저장, 인출, 망각에 대해 다루었으며, 5장에서는 서술기억을 위한 뇌 시스템을 다뤘다. 7장에서는 단기기억에서 장기기억으로 변환하는 메커니즘을 살펴본다. 8~9장에서는 점화효과, 지각 학습, 감정 학습, 솜씨, 습관, 조건화 등 비서술기억에도 여러 유형이 있으며 각 유형들이 특정한 뇌 시스템을 필요로 한다는 사실을 보여준다. 10장에서는 신경 가소성과 함께 개성(자아감)의 생물학적 토대에 대해 고찰했다.

* 책속으로 추가
“당신이 최근에 어떤 저녁 모임에서 처음 소개 받은 한 인물의 이름을 기억해내려 애쓰는 상황을 생각해보자. 당신이 그 인물의 이름을 얼마나 쉽게 기억해내느냐는 여러 요인들에 달려 있다. 당신이 그 인물에게 얼마나 흥미를 느꼈는가, 당신에게 그 만남이 얼마나 중요했는가, 당신이 그 대화에 얼마나 주의를 집중했는가, 그날 저녁에 당신의 전반적인 정신 상태가 어떠했는가, 등이 그 요인들이다. 일상에서 늘 경험할 수 있듯이, 정보를 단기기억에서 장기기억으로 옮기는 능력은 상황에 따라 변동 폭이 상당히 크다. 왜냐하면 단기기억을 장기기억으로 변환하는 스위치가 아주 많은 요인의 통제를 받기 때문에, 이 변환이 얼마나 쉽게 이루어지느냐 하는 정도가 매우 유동적이기 때문이다.”(p. 291)

“서술기억과 비서술기억은 둘 다 저장 과정에서 두 단계를 거치며, 이 단계들은 동물의 행동에 뚜렷하게 반영된다. 불안정한 단기 단계가 있고 안정적이며 자족적인 장기 단계가 있다. 둘째, 반복은 단기 단계가 장기 단계로 변환되는 것을 돕는다. 셋째 서술기억과 비서술기억을 막론하고 이 두 단계는 개별 시냅스들에서 뚜렷한 변화로 포착되며, 이 시냅스 변화들의 지속 기간은 기억 저장의 두 단계의 수명과 대략 일치한다.” (p. 346)

“우리가 새 정보를 쉽게 획득하고 보유할 수 있는 것은 기억을 위해 중요한 뇌 시스템들이 쉽게 변형될 수 있기 때문이다. 그 시스템들에 속한 시냅스 연결들은 강해지거나 약해질 수 있고 심지어 영구적인 구조 변화를 겪을 수도 있다. 뇌의 이 같은 대단한 가소성은 우리의개성과 정신적 삶의 모든 측면을 위해 근본적으로 중요하다. 따라서 노화나 질병으로 뇌의 가소성이 약해지면, 우리의 인지 기능뿐 아니라 자아감 자체에도 근본적인 문제가 발생한다.”(p. 429)

“우리가 날마다 새 정보를 획득하고 기억으로 저장할 때 우리의 뇌에서는 새로운 해부학적 변화가 일어난다고 여겨진다. 이 단순한 원리는 중대한 귀결들을 가진다. 우리는 각자 어느 정도 다른 환경에서 성장하고 다소 다른 경험을 하므로, 우리 각자의 뇌 구조는 유일무이하게 변형된다. 심지어 똑같은 유전자들을 공유한 일란성쌍둥이들도 뇌는 다를 것이다. 그들도 살면서 어느 정도 다른 경험을 할 것이 틀림없으니까 말이다. 우리는 인간 종이 공유한 설계도에 기초를 둔 뇌 구조물들과 시냅스 연결 패턴을 똑같이 지녔다. 인간 뇌의 설계도는 모든 개인에게서 기본적으로 똑같다. 그러나 그 설계도의 세부사항은 개인마다 다를 것이다. 예컨대 뉴런들 간 연결의 정확한 패턴과 세기는 개인의 유전자 구성에 따라 개인마다 다를 것이다. 뿐만 아니라 시냅스 연결의 패턴과 세기 둘 다가 각 개인의 특수한 경험에 따라 추가로 변형될 것이다.”(p. 430)

조지프 르두(미국 뉴욕 대학 교수, 신경학)
“신경과학에 있어, 분자에서부터 마음에 걸치는 폭넓은 이해를 자랑할 만한 분야는 거의 없다. ‘기억’의 분야는 그럴 만 하다. 우리를 기억으로 데려간 선도적인 두 연구자, 캔델과 스콰이어는 우리를 즐거운 여행으로 안내한다. 이들은 현재 알려진 사실뿐 아니라 거대한 발견 뒤에 숨겨진 흥미로운 역사도 알려준다. 초판도 참 좋았는데, 최신판은 더 좋아졌다. 초판에게 성공을 안겨준 학문적 깊이와 명료함을 유지하면서, 초판 이후 발견된 새롭고 흥미로운 발견들을 많이 추가했다. 어떻게 기억이 작동하는지 알고 싶어하는 모든 이들에게 읽기 쉽고 예쁜 삽화가 있는 이 책을 추천하고 싶다.”

솔로몬 H. 스나이더(미국 존스홉킨스 대학 교수)
“기억에 대한 세계적 권위자인 캔델과 스콰이어는 우리가 알고 있는 사실들을 능수능란하게 종합한다. 이들은 역사적인, 그리고 최신의 발견들을 우아하고 명료하게 통합한다. 정신과 기억에 대해 관심이 있는 사람이라면 이 책을 안 읽을 수 없다.”

크리스토프 코흐(미국 캘리포니아 공과대학 교수)
“삶은 지나가는 매순간을 제외하고는 모두 기억이다. 이 기억들을 형성하고, 통합하고, 재경험하기 위해 정신의 분자들이 어떻게 뇌에 있는 신경 회로와 결합되는가, 바로 이것이 권위 있는 이 책의 주제다.”

사무엘 H. 바론데스(캘리포니아대학 교수,신경생물학)
“에빙하우스부터 유전자 녹아웃 생쥐에 이르기까지, 저자들은 우리가 기억에 대해 가지고 있는 주요한 질문들의 틀을 잡고 그것들에 어떻게 답을 할 수 있는지 설명한다. 이 분야의 두 거장이 쓴 명료하고도 마음을 끄는 책.”

세미르 제키(영국 런던 대학 교수,신경생물학)
“학생으로부터 명예 교수에 이르기까지 문화인이라 자처하는 사람이라면, 뇌에서 주요하고 가장 흥미롭지만 이해하기 힘든 부분 중 하나인 기억에 대해 이토록 훌륭하게 쓴 설명을 놓쳐서는 안 된다. 살 여유가 없다면 훔치기라도 하라.”

토르스텐 비셀(미국 록펠러 대학 교수)
“대가다운, 마음을 사로잡는 합작품.”

대니얼 L. 샥터(미국 하버드 대학 교수)
“캔델과 스콰이어는 기억의 비밀을 파헤친 그간의 통찰들과 성취들을 설명해준다. 우리가 어떻게 기억하고 망각하는지 궁금한 사람이라면 꼭 읽어야 할 책.”

머리말 … 9
1 정신에서 분자까지 … 15
2 비서술기억에 관여하는 변경 가능한 시냅스 … 63
3 단기기억에 관여하는 분자들 … 111
4 서술기억 … 155
5 서술기억을 담당하는 뇌 시스템들 … 191
6 서술기억의 시냅스 저장 메커니즘 … 247
7 단기기억에서 장기기억으로 … 287
8 점화 효과, 지각 학습, 감정 학습 … 349
9 솜씨, 습관, 조건화를 위한 기억 … 389
10 개성의 생물학적 토대와 기억 … 427

더 읽을 거리 … 473
그림의 출처 … 479
옮긴이의 말 … 491
찾아보기 … 495

“우리가 우리 자신인 것은 단지 우리가 생각하기 때문이 아니다. 우리는 우리가 생각해온 것을 기억할 수 있기 때문에 우리 자신이다. 본문에서 생생히 보여주고자 애쓰겠지만, 우리가 하는 모든 생각, 우리가 내뱉는 모든 단어, 우리가 관여하는 모든 활동―심지어 우리의 자아감과 타인과의 유대감―은 우리의 경험을 기록하고 저장하는 뇌의 능력, 곧 기억 덕분에 가능하다. 기억은 우리의 정신적 삶을 하나로 결합하는 접착제요, 우리의 개인적 역사를 지탱하고 우리가 사는 내내 그 역사가 성장하고 변화할 수 있게 해주는 비계(飛階, scaffolding)다. 예컨대 알츠하이머병으로 기억을 잃으면, 우리는 우리의 과거를 재생하는 능력을 잃고, 그 결과로 우리 자신과의 연결, 타인과의 연결을 잃는다.”(p. 10)

“우리는 폭넓은 독자층을 위해 이 책을 썼다. 가장 먼저 염두에 둔 것은 과학을 좋아하고 신경계가 어떻게 학습하고 기억하는지에 관한 새로운 주요 발견들에 관심이 있는 일반인 독자다. 이 책의 주제에 관한 전문적인 배경지식이 없는 비과학자들과의 소통에 특별히 관심을 기울였으므로 우리는 필요할 경우 관련 생물학과 인지심리학에 관한 배경지식을 개략적으로 제공했다. 더 나아가, 우리가 비전문가 독자를 염두에 두었다는 바로 그 이유 때문에, 이 책은 대학생과 대학원생에게 유용할 것이다. 우리는 이 책이 인지부터 분자생물학까지 기억의 전 범위를 다루는 최초의 작품이라고 믿으며, 학생들에게 이 책이 기억에 대한 연구를 쉽고 명쾌하게 소개하는 입문서가 되기를 바란다. 마지막으로 심리학과 신경과학 분야의 과학자 동료들, 그리고 대학생과 대학원생을 가르치는 강사들이 이 책을 현재 엄청나게 활발하고 흥미진진하게 연구되는 한 분야를 단 한 권으로 개관하는 유익하고 유용한 책으로 평가해주기를 바란다.” (p. 12)

“학습과 기억은 인간의 경험에서 근본적으로 중요하다. 우리가 세계에 관한 새 지식을 얻을 수 있는 것은 우리의 경험이 우리의 뇌를 변형하기 때문이다. 또 학습이 이루어지고 나면, 우리는 새 지식을 기억 속에, 흔히 아주 오랫동안 보존할 수 있다. 왜냐하면 우리의 뇌에서 그 변형이 유지되기 때문이다. 나중에 우리는 기억에 저장된 지식에 따라 새로운 방식으로 생각하고 행동할 수 있다. 기억이란 학습된 바가 시간을 가로질러 존속하게 하는 과정이다. 이런 의미에서 학습과 기억은 뗄 수 없게 연결되어 있다. 세계에 관하여 우리가 아는 바의 대부분은 태어날 때부터 뇌에 내장되어 있는 것이 아니라 경험을 통해 획득되고 기억을 통해 보존된다. 친구들과 사랑하는 사람들의 이름과 얼굴, 대수학과 지리학, 정치와 스포츠, 하이든과 모차르트와 베토벤의 음악이 그렇다. 그러므로 우리가 누구냐는 질문의 답은 주로 우리가 무엇을 학습하고 기억하느냐에 달려 있다.”(p.18)

“한 대상이 지각될 때마다, 다양한 구역들에서 동시에 신경 활동이 일어난다. 이 같은 동시 분산 활동이 시각 지각의 바탕을 이룬다고 믿어진다. 그렇다면 이런 질문이 떠오른다. 한 대상에 대한 지각이 분산되어 있다면, 즉 널리 퍼진 피질 구역들의 협응 활동에 의존한다면, 그 대상에 대한 기억은 최종적으로 어디에 저장될까? 대답은 놀랄 만큼 간단명료하다.기억들이 영구히 저장되는 별도의 기억 중추는 존재하지 않는다. 오히려 수많은 증거들이 시사하는 바로는, 처음에 정보는 분산된 뇌 구조물들에 의해 지각되고 처리되는데 그 정보가 기억으로서 저장되는 장소도 바로 그 분산된 구조물들인 듯하다.”(p. 166)

“안쪽 관자엽(혹은 이 구역과 해부학적으로 연결된 다른 구역들)이 어떤 원인으로든 손상되면 기억상실증이 발생할 수 있다. 뇌 수술, 머리 부상, 뇌졸중, 혈류 부족, 산소 결핍, 병에 의한 안쪽 관자엽 손상의 결과로 발생하는 인지 결함은 모두 유사하다. 그리고 그 결함이 얼마나 심하냐는 손상 범위가 얼마나 크냐와 관련이 있다. 알츠하이머병의 일반적인 초기 증상이 기억 결함인 이유는 그 병의 특징인 뇌의 퇴행성 변화가 안쪽 관자엽에서 맨 먼저 나타나기 때문이다. 만성 알코올 의존도 기억상실증을 불러올 수 있다. 왜냐하면 여러 해에 걸쳐 알코올을 남용하면 안쪽 관자엽과 해부학적으로 연결된 안쪽 시상과 시상하부가 손상되기 때문이다.”(p. 209)