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Hacker News 33일 전

단 한 번의 경험으로 뇌를 재구성하는 신경가소성

IMP
8/10
핵심 요약

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.

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Home A New Type of Neuroplasticity Rewires the Brain After a Single Experience Comment Save Article Read Later Share Facebook Copied! Copy link Email Pocket Reddit Ycombinator Comment Comments Save Article Read Later Read Later neuroscience A New Type of Neuroplasticity Rewires the Brain After a Single Experience By Yasemin Saplakoglu April 24, 2026 “Neurons that fire together, wire together” is not the full story. A novel mechanism explains how the brain can learn across longer timescales. Comment Save Article Read Later Introduction Every experience we have changes our brain, the way a ceramicist reshapes a slab of clay. Every corner we turn, every conversation we have, every shudder we feel causes cascading effects: Chemicals are released, electricity surges, the connections between brain cells tighten, and our mental models update. The brain is “incredibly plastic, and it stays that way throughout the lifespan of a human,” said Christine Grienberger , a neuroscientist at Brandeis University. This plasticity, the quality of being easily reshaped, makes the brain really good at learning — a quintessential process that allows us to remember the plotline of a novel, navigate a new city, pick up a new language, and avoid touching a hot stove. But neuroscientists are still uncovering fundamental rules that describe how neuroplasticity reshapes brain connections. Recently, neuroscientists described a new form of neuroplasticity that might be helping the brain learn across a timescale of several seconds — long enough to capture the behavioral process of learning from a single experience. In two recent reviews, published in The Journal of Neuroscience and Nature Neuroscience , they describe “behavioral timescale synaptic plasticity,” or BTSP. This type of learning in the hippocampus, the brain’s memory hub, is caused by an electrical change that affects multiple neurons at once and unfolds across several seconds. Researchers suspect that it may help the brain learn in a single attempt. “It’s pretty clear that [BTSP is] a strong, powerful mechanism that can lead to immediate memory formation,” said Daniel Dombeck , a neuroscientist at Northwestern University who was not involved with the theory’s development. “It’s something that has been missing in the field for a long time.” By uncovering BTSP, neuroscientists have unraveled more of the story of how the brain changes with experience, bringing us closer to understanding how learning happens. “Neuroplasticity is … one of the last frontiers of the brain,” said Attila Losonczy , a neuroscientist at the University of Texas Southwestern Medical Center who studies BTSP. “If we understand this, I think we take a major step towards understanding how the brain works.” A Plastic Brain Today, neuroplasticity is taken as fact, but for much of the 150-year history of neuroscience, the adult brain was thought to be static. “The idea that the adult brain can change wasn’t actually widely accepted until very late [in] the history of modern neuroscience,” said Moheb Costandi , a trained neuroscientist and author of Neuroplasticity , a primer from MIT Press. “It was taken for granted that the adult human brain can’t change.” In 1928, Santiago Ramón y Cajal , the oft-cited founder of modern neuroscience, wrote that “in adult centers the nerve paths are something fixed, ended, immutable.” This idea would prevail well into the middle of the 20th century. We now know that the brain is constantly remolding itself, both functionally and structurally, across many scales — from the molecules that flow between neurons to the connections that stretch across the brain and beyond. The power of neuroplasticity is perhaps best demonstrated by case studies. One patient born without an olfactory bulb could smell because other parts of her brain remolded to serve as substitutes. Another patient had the entire left side of her brain removed as a baby; after her right side reorganized to take on the left’s former roles, today she has a functional life. When a stroke or an accident damages the brain, other neurons fill in to recover patients’ everyday functions such as speaking and walking. Neuroplasticity also drives everyday learning. This process is mainly thought to result from synaptic plasticity, or changes to the trillions of connections between neurons. And although the brain learns in various ways, one particular idea has dominated for more than 70 years. In 1949, Donald Hebb, a Canadian psychologist, articulated a theory of learning now known as Hebbian plasticity. According to this model, when neurons are activated within milliseconds of each other, the connection between them is physically strengthened , so that in the future they are more likely to fire together. Over time, they form a network that represents a concept or an experience. In other words, the more the networks in the brain are used, the stronger they get, an idea often summarized as “neurons that fire together, wire together.” But neuroscientists “always had a sneaking suspicion that Hebbian plasticity wasn’t quite right,” said Jeffrey Magee , a neuroscientist at Baylor College of Medicine. Or at least, it wasn’t the full story. It required an experience to be repeated multiple times to imprint the lesson on the brain — a framework that may explain how we learn a new city or language, but not how we learn from a single, highly charged experience, such as touching a hot stove. Even so, finding more explanatory mechanisms hasn’t been top of mind for neuroscientists. “It wasn’t a quest, like in particle physics for missing particles,” Losonczy said. Maybe there were a couple of gaps that needed to be filled, but most researchers assumed that the Hebbian framework would require only tweaks. Few were thinking that a fuller understanding of neuroplasticity might include a new mechanism. Mighty Trees In 2014, when Magee attached electrodes to rodents to record their neural activity, he wasn’t looking to challenge Hebbian plasticity. Magee, then at the Howard Hughes Medical Institute’s Janelia Research Campus, and his students Grienberger and Katie Bittner were looking to observe the behavior of neurons’ arms, called dendrites, in a living animal. These branches receive molecular signals at one end of a neuron and induce the cell to rapidly fire an electrical charge that ripples down the cell body, known as an action potential. This process ends with the neuron releasing its own batch of molecular signals, which latch onto the dendrites of the next neuron in the network, continuing the process. In recent decades, neuroscientists have come to a “slow realization that dendritic activity is super important for plasticity and for neuronal computations in general,” said Antoine Madar , a postdoc at the University of Chicago, who led the 2025 review of a Society for Neuroscience symposium on BTSP in The Journal of Neuroscience . There is a “zoo” of different events that take place at dendrites, he said. They can fire their own local or global electrical spikes. They can cover a larger or smaller area, and they can surge for longer or shorter periods of time. Neuroscientists have found that these events at dendrites can allow even single neurons to perform complex computations — meaning that dendrites are the reason why a single neuron can have the same amount of computational power as a deep artificial neural network . Still, there was much unknown about dendrites’ behavior. Neuroscientists have mainly characterized them in brain slices, where neurons are alive and can be activated but aren’t attached to a living animal. “We were trying to take that into the actual behaving animal, or the actual behaving brain,” Magee said. In 2014, they began to home in on the hippocampus, an especially plastic area of the brain where we form experiential memories. It’s also home to place cells, which fire when an animal moves through its environment . Each of these neurons learns to fire at s