[비센의 재미있는 과학 이야기]

 

충분한 수면 취해야 기억력 높일 수 있어 

 

‘도라에몽’이라는 일본의 애니메이션을 보면 마법을 부리는 고양이 도라에몽이 주인공에게 주는 ‘기억빵’이라는 것이 나옵니다.

 

이 빵으로 책의 내용을 찍어서 먹기만 하면 그 내용이 머리에 그대로 기억이 되는 신비의 빵인데,  어린 시절에 친구들과 시험날이면 이런 기억빵이 있었으면 좋겠다고 우스갯 소리를 하곤 했던 기억이 납니다.

 

지난 주에 본 영화 내용은 잘 기억이 나는데, 어제 밤에 밤새도록 외운 영어 단어는 도대체 왜 그렇게 기억이 나지 않는 것일까요? 우리의 뇌에는 이러한 내용들이 어떻게 기억되는 것일까요?

 

뇌의 기억작용은 신경세포들간의 일련의 전기적 자극에 의한 유기과정의 결과라고 볼 수 있습니다.

 

감각기관을 통해 습득된 정보들은 일단 대뇌피질의 신경세포들에 임시적으로 저장이 됩니다. 이렇게 저장된 정보들은 오래 기억되지 못하고 사라져 버리게 되는데, 19세기 독일의 심리학자 헤르만 에빙하우스(Hermann Ebbinghaus, 1850-1909)의 망각곡선 가설에 따르면 일반적으로 사람들은 새롭게 배운 내용의 40%를 처음 20분 이내에 잊어버린다고 합니다.

 

이렇게 기억이 사라져 버리는 것을 방지하고 오래 남을 수 있는 기억, 즉 장기기억으로 전환시키는 작업을 기억의 응고화(consolidation)이라고 합니다.

 

해마(hippocampus)라는 뇌의 부분이 바로 이 기억의 응고화 작업을 담당하는 곳입니다.

 

해마가 이러한 중요한 기능을 담당한다는 것을 알아낸 과학자는 캐나다 몬트리올에 있는  맥길 대학교 명예교수 브랜다 밀너(Brenda Milner, 1918년 생)박사입니다.

 

1950년대 초 H.M. 이라는 환자는 심한 간질을 앓고 있었는데, 그의 간질 증상을 치료하기 위해 뇌의 해마부분을 제거한 이후 심각한 영구기억상실증 부작용을 갖게 된 것을 알게 되었습니다.

 

이 후 오랜 관찰을 통해 신체적인 반복을 통해서 일종의 학습은 가능하다는 것을 알게 되었습니다.

 

이로서 해마라는 부분이 단기기억을 장기기억으로 바꿔주는 역할을 담당하지만, 춤을 추는 동작을 익힌다던지 피아노 연주를 암기한다던지 하는 종류의 반복적인 연습을 통해 만들어지는 기억은 해마를 통하지 않고서도 가능하다는 사실을 알게 된 것 입니다. 

 

장기기억에 이렇게 다른 두가지 종류를 서술기억(declarative memory)과 절차기억(procedural memory)이라고 분류합니다.

 

서술기억은 의식이 있는 상태에서 회상할 수 있는 기억을 뜻하는 것으로, 지식이나 일련의 경험을 추억으로 기억하는 등이 서술기억에 해당합니다.

 

이와는 반대로 절차기억은 반복적인 학습에 의해서 얻어지는 기억으로 의식이 없는 상태에서도 자동적으로 기억이 가능한 기억을 뜻합니다.

 

자전거 타는 법을 익힌다던지, 노래 한곡의 피아노 연주를 외운다던지 하는 기억들이 이에 해당합니다. 이 중 서술 기억이 해마에 의해서 장기기억되는 것이고, 절차기억은 해마를 통하지 않고서도 저장이 가능한 기억이라고 볼 수 있습니다.

 

앞서 말씀드린대로 신경세포에 임시적으로 저장되어 있는 단기기억들은 일련의 전기적 신호를 통해서 해마로 전달되고, 해마는 다시 대뇌피질과의 끊임없는 유기적 정보교환을 통해서 새로운 시냅스돌기를 만들어 신경세포간을 연결하고, 변화시키며 단기기억을 장기기억으로 전환시킨 후, 다시 대뇌피질의 장기기억저장소에 서서히 분산배치 시키게 됩니다.

 

이렇게 뇌가 경험을 통해서 스스로 변화해가는 능력을 뇌의 신경가소성(neuroplasticity)라고 합니다. 이때 해마의 활동성이 얼마나 활발한가에 따라서 장기기억으로 전환되는 정보의 양과 유효성이 결정되는데, 해마의 활동성이 사람의 감정과 밀접한 관계를 갖습니다.

 

극심한 스트레스를 받거나, 또는 너무나 즐거운 감정등이 수반된 경험은 해마의 활동성을 극대화하기 때문에 강하게 기억되며 쉽게 잊혀지지 않게 됩니다. 그래서, 즐겁게 본 영화의 줄거리나 밤길을 걸으면서 너무나 무서웠던 기억들은 강인하게 기억에 남는 반면, 감정이입이 거의 없는 공부나 영어 단어 암기등은 기억이 잘 되지 않는 것입니다.

 

뇌의 활동성을 좋게하여 기억력을 높여주는 방법에는 여러가지가 있지만, 그 중에 중요한 위치를 차지하는 요인중 하나가 바로 충분한 수면입니다.

 

사실, 수면은 뇌에게 있어서는 단지 휴식을 취하는 시간이 아니라, 재정비를 위한 반드시 필요한 시간입니다.

 

실제 수면중에는 체내에 순환중인 혈액의 1/5정도가 뇌로 흘러들어간다고 합니다. 수면중에 뇌세포들이 얼마나 활발히 활성화되고 있는지를 보여주는 수치라고 할 수 있습니다.

 

실제 수면과 기억력에 대한 연구결과를 보면, 수면중 뇌간, 해마, 그리고 대뇌피질 사이의 전기적 자극이 활발히 교환되며, 해마의 장기기억 전환이 수면중에 효율적으로 일어나는 것을 알 수 있습니다.

 

수면의 네 단계중 가장 깊은 잠이 드는 시기라는 서파수면(slow-wave sleep) 시기에도 해마는 쉼없이 정보를 정리하고 있는 것을 뇌파 연구를 통해 알 수 있습니다. 즉, 학습을 한 후 그 내용을 장기기억으로 오래 간직하기 위해서는 적절한 수면이 동반되어야 한다는 것입니다.

 

밤새 벼락치기 공부를 하고서 다음날 시험을 보면 어느 정도 성적을 받을 수는 있지만, 대부분 내용을 금방 다 잊어버려 기억할 수 없는 것이 바로 충분한 수면이 동반되지 않은 결과라고 해석할 수도 있는 것입니다.

 

영어 표현중에 “sleep on it”이라는 표현이 있습니다. 어떤 중요한 일에 대해서 하루 밤 자면서 심사숙고한다는 말인데, 수면중에 뇌가 그동안 받아들인 데이터들을 분석하고 정리해서 뇌를 새롭게 재정비한다는 것을 생각해보면 어찌보면 꽤나 과학적인 표현이라고 생각할 수도 있을 것 같습니다.

 

또한 밤새 벼락치기 공부를 하는 것보다는 미리 미리 공부를 하고 충분한 수면을 취하는 것이 뇌의 입장에서도 훨씬 효율적이라는 것을 기억하시면 좋을 것 같습니다.

 

석준영 (비센 학원장)

 

UBC 물리학과 박사과정 수료

McGill University Medical Physics 석사

고려 대학교 물리학과 핵물리학 학사 및 석사

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