기억 매커니즘을 밝혀낸 에릭 칸델의 바다달팽이 실험

에릭 칸델(Erik Kandel)은 신경과학자이자 2000년 노벨 생리의학상 수상자로, 학습과 기억의 신경생물학적 기전을 연구하는 데 큰 기여를 했습니다. 그의 가장 유명한 연구 중 하나는 바다달팽이를 모델 생물로 사용한 실험으로, 이는 기억의 형성과 저장 과정에 관한 중요한 통찰을 제공했습니다.

 

 

에릭 칸델의 바다달팽이 실험

 

 

연구 배경

칸델은 기억의 생물학적 메커니즘을 이해하기 위해 신경계가 단순한 생물을 연구 대상으로 삼았습니다. 바다달팽이는,

 

#1. 뉴런(신경세포)의 크기가 크고,
#2. 신경 회로가 단순하며,
#3. 쉽게 조작할 수 있다는 점에서 이상적인 모델이었습니다.

 

특히 그는 습관화(habituation)와 민감화(sensitization)라는 두 가지 학습 형태를 통해 기억 형성 과정을 연구했습니다.

 

주요 실험: 바다달팽이의 보호 반사

바다달팽이는 외부 자극(예: 촉각 자극)이 닿으면 외투막(gill)을 움츠리는 방어 반응을 보입니다. 칸델은 이 반사를 통해 다음과 같은 기억의 종류를 분석했습니다:

 

1. 습관화(Habituation)

• 현상: 반복적으로 약한 자극을 주었을 때 반응 강도가 점점 줄어듭니다.
• 설명: 바다달팽이는 반복적인 비위협적 자극을 학습하면서 자극을 무시하게 됩니다.
• 신경적 변화: 감각 뉴런이 운동 뉴런으로 신호를 전달하는 시냅스의 신경전달물질 방출이 감소합니다.

 

2. 민감화(Sensitization)

• 현상: 강한 자극(예: 전기 자극)을 주면 약한 자극에도 과민 반응을 보입니다.
• 설명: 강한 자극은 위험으로 인식되어 방어 반응이 강화됩니다.
• 신경적 변화:
  • 세로토닌(serotonin)이 방출되어 감각 뉴런의 신경전달물질 방출이 증가합니다.
  • 이는 신경 연결의 강도를 강화하여 더 강한 반응을 유도합니다.

 

기억의 시간적 분류: 단기 vs. 장기 기억

칸델은 단기 기억과 장기 기억이 서로 다른 메커니즘을 통해 형성된다는 점을 밝혀냈습니다.

 

1. 단기 기억

• 몇 분에서 몇 시간 지속
• 신경전달물질 방출의 일시적 변화에 의해 발생

 

2. 장기 기억

• 몇 주에서 몇 년 지속.
• 새로운 단백질 합성과 시냅스 구조의 변화가 필요
• 반복적 자극에 의해 뉴런 간 연결(시냅스)이 강화되고, 이는 기억 저장의 기초

 

연구의 의의

칸델의 연구는 다음과 같은 중요한 발견으로 이어졌습니다.

#1. 시냅스 가소성: 학습과 기억은 시냅스의 변화로 인해 이루어진다는 사실을 입증

#2. 분자적 기전: 세로토닌과 같은 신경전달물질, 세포 내 신호 전달 경로, 단백질 합성 등이 기억 형성에 핵심적임을 규명

#3. 인간 기억 연구: 인간의 학습과 기억 메커니즘 이해를 위한 토대를 마련

 

 

 

칸델의 바다달팽이 실험은 단순한 신경 회로에서도 학습과 기억이 어떻게 형성되고 저장되는지에 대한 깊은 이해를 도왔습니다. 이 연구는 알츠하이머병과 같은 기억 관련 질환의 이해와 치료법 개발에도 중요한 기여를 했습니다.