단 한 번의 경험으로 뇌를 재구성하는 신경가소성
과학자들이 단 한 번의 경험만으로도 학습과 즉각적인 기억 형성이 가능하게 만드는 새로운 신경가소성 메커니즘인 '행동 시간 척도 시냅스 가소성(BTSP)'을 발견했습니다. 기존의 '함께 발화하는 뉴런은 서로 연결된다'는 원리 외에도 수 초에 걸쳐 여러 뉴런에 영향을 미치는 전기적 변화가 뇌의 학습을 매개합니다. 이는 뇌가 단일 경험을 통해 어떻게 학습하는지에 대한 근본적인 미스터리를 푸는 중요한 기폭제가 됩니다.
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야스emin 사플라코글루(Yasemin Saplakoglu) 작성, 2026년 4월 24일
"함께 발화하는 뉴런은 서로 연결된다(Neurons that fire together, wire together)"는 말이 전부는 아닙니다. 새로운 메커니즘은 뇌가 더 긴 시간 척도에 걸쳐 어떻게 학습할 수 있는지를 설명합니다.
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서론
우리가 겪는 모든 경험은 도공이 점토 덩어리를 다시 빚듯 우리의 뇌를 변화시킵니다. 우리가 도는 모든 모퉁이, 나누는 모든 대화, 느끼는 모든 전율은 연쇄 반응을 일으킵니다. 화학 물질이 분비되고, 전기가 급증하며, 뇌 세포 간의 연결이 강화되고 우리의 정신 모델이 업데이트됩니다.
브랜다이스 대학교의 신경과학자인 크리스틴 그리엔베르거(Christine Grienberger)는 "뇌는 믿을 수 없을 정도로 가소성을 지니고 있으며, 인간의 수명 내내 그 상태를 유지한다"고 말했습니다. 쉽게 재형성될 수 있는 이러한 가소성의 특성 덕분에 뇌는 학습에 매우 능숙해집니다. 이는 우리가 소설의 줄거리를 기억하고, 새로운 도시에서 길을 찾고, 새로운 언어를 습득하며, 뜨거운 스토브를 만지지 않도록 피하게 해주는 핵심적인 과정입니다.
하지만 신경과학자들은 여전히 신경가소성이 뇌 연결을 어떻게 재구성하는지 설명하는 근본적인 규칙을 계속해서 밝혀내고 있습니다. 최근 신경과학자들은 뇌가 수 초에 걸친 시간 척도, 즉 단 한 번의 경험을 통해 학습하는 행동 과정을 포착하기에 충분히 긴 시간 동안 학습하는 데 도움을 줄 수 있는 새로운 형태의 신경가소성을 설명했습니다.
최근 '저널 오브 뉴로사이언스(The Journal of Neuroscience)'와 '네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)'에 게재된 두 편의 리뷰 논문에서 그들은 '행동 시간 척도 시냅스 가소성(behavioral timescale synaptic plasticity)', 즉 BTSP를 설명했습니다. 뇌의 기억 허브인 해마에서 일어나는 이러한 유형의 학습은 여러 뉴런에 한 번에 영향을 미치고 수 초에 걸쳐 전개되는 전기적 변화에 의해 발생합니다. 연구자들은 이것이 뇌가 단 한 번의 시도만으로도 학습하는 데 도움을 줄 수 있다고 의심하고 있습니다.
이 이론의 개발에는 참여하지 않았던 노스웨스턴 대학교의 신경과학자 대니얼 돔벡(Daniel Dombeck)은 "[BTSP가] 즉각적인 기억 형성으로 이어질 수 있는 강력한 메커니즘이라는 것이 꽤 명백하다"며 "이것은 오랫동안 이 분야에서 빠져 있던 것"이라고 말했습니다.
신경과학자들은 BTSP를 밝혀냄으로써 경험에 따라 뇌가 어떻게 변화하는지에 대한 이야기를 더 많이 풀어내었으며, 이는 학습이 어떻게 일어나는지 우리가 이해하는 데 한 걸음 더 다가가게 했습니다. BTSP를 연구하는 텍사스 대학교 사우스웨스턴 메디컬 센터의 신경과학자 아틸라 로손치(Attila Losonczy)는 "신경가소성은 ... 뇌의 마지막 미개척 분야 중 하나"라며 "우리가 이것을 이해하게 된다면, 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하는 데 있어 중요한 진일보를 이룰 것이라 생각한다"고 말했습니다.
가소성을 지닌 뇌
오늘날 신경가소성은 사실로 받아들여지고 있지만, 신경과학의 150년 역사 중 상당 기간 동안 성인의 뇌는 정적(고정되어 변하지 않는 상태)인 것으로 여겨졌습니다. 신경과학자로 훈련받았으며 MIT 출판사의 기초 서적인 '신경가소성(Neuroplasticity)'의 저자인 모헵 코스탄디(Moheb Costandi)는 "성인의 뇌가 변할 수 있다는 생각은 현대 신경과학 역사에서 매우 후반기까지 널리 받아들여지지 않았다"며 "성인의 인간 뇌는 변할 수 없다는 것이 당연하게 여겨졌다"고 말했습니다.
1928년, 현대 신경과학의 창시자로 자주 인용되는 산티아고 라몬 이 카할(Santiago Ramón y Cajal)은 "성인의 중추에서 신경 경로는 고정되어 있고, 끝이 났으며, 변하지 않는 것"이라고 썼습니다. 이러한 생각은 20세기 중반까지 지배적이었습니다.
이제 우리는 뇌가 신경 세포 사이를 흐르는 분자 수준부터 뇌 전체와 그 너머로 뻗어 있는 연결망 수준까지, 다양한 규모에서 기능적, 구조적으로 끊임없이 자신을 재구성하고 있다는 것을 알고 있습니다. 신경가소성의 힘은 아마도 사례 연구를 통해 가장 잘 입증될 수 있을 것입니다. 후구(후각을 담당하는 뇌의 부위) 없이 태어난 한 환자는 뇌의 다른 부분이 대체 역할을 하도록 재구성되었기 때문에 냄새를 맡을 수 있었습니다. 또 다른 환자는 유아기에 뇌의 왼쪽 반구 전체를 제거했음에도 불구하고, 오른쪽 반구가 재조직되어 왼쪽의 기존 역할을 맡게 되었습니다.