뇌파는 연상 학습에서 기억 형성을 어떻게 이끌고 안내하는가

공부를 잘하게 하는 기계는 없을까요? 뇌파를 조절하여 기억 형성에 도움이 되면 좋겠다는 생각들이 있나 봅니다. 아래 연구는 해마와 전전두피질(hippocampus and the prefrontal cortex)이라는 부위에서 나오는 파장에 대해 실험하여 분석한 결과입니다. 약간은 어려운 내용이지만, 잘 읽어보면 그리 어렵지 않게 이해할 수 있습니다. 그러면 아래에서 상세히 설명드리겟습니다.

뇌에서 끊임 없이 나오는 전기 신호인 뇌파에 대해서, 예전에는 오랫동안 뉴런의 활동에 의한 부산물이라고 여겨 왔습니다. 그런데 최근 여러 연구에 의하면 2개의 서로 다른 뇌 부분이 서로 통신하는데 중요한 역할을 한는 것이라고 밝혀졌습니다.

MIT의 이번 연구는 여기서 더 발전하여 새로운 증명을 하였습니다.1 특히 해마와 전전두피질이 중요한 역할을 한다고 합니다. 연관되지 않은 대상을 연결하는 연상 학습에서 두 가지 다른 뇌파를 사용하고 있었습니다.

신경과학자 Earl Miller는 외현기억(explicit memory)과 관련된 학습 능력에 대한 연구하였습니다. 얼굴과 장소와 이벤트 등에 대하여 이름이나 명칭을 연결하여 기억하는 능력을 의미합니다. 실험에서는 다음과 같이 진행되었습니다. 피험자에게 동물 사진의 짝을 보여주고 기억하게 하였습니다. 진행하면서 두 짝을 제대로 찾아내면 딩동(ding) 소리로 정답임을 알려주었고, 틀리게 답하면 부저음(buzz)으로 경고하였습니다. 그러면서 뇌파를 측정하였습니다.

결과에 따르면, 올바른 대답과 틀린 대답을 하는 경우에 서로 다른 파장이 나왔습니다. 추론이 올바르면 고주파인 베타파가 나오고, 잘못되면 저주파인 세타파였습니다.

그동안 연구에서 베타파가 기억을 하는데 있어 뉴런 사이의 관계를 강화하며, 세타파가 관계를 약화시킨다는 결과가 있었습니다. 이번 실험도 이와 일치하는 결과라 볼 수 있습니다. 즉 정답을 맞추면 뉴런 사이의 관계를 강화시키려 하고, 오답을 내면 잘못된 것을 잊기 위해 뉴런 사이의 관계를 약화시키고 있는 것입니다.

Brain wave가 학습 후에 형광펜이나 지우개 같은 역할을 하고 있다고 볼 수 있겠습니다. 베타파로 증가시키고 세타파로 약화시키죠. 논문 연구자는 이런 맥락에서 반대로 외부 기계로 인위적 조절을 할 수 없을까 고민하고 있습니다. 공부하고 있을 때에 Beta wave를 가하는 것이죠. 좋기는 한데, 어디 기억을 잘한다고 다 되는 것은 아니니까 문제겠네요. 즉 잘못 이해하여 외우고 있는데, 더 잘 남도록 뇌에 형광펜으로 쫙쫙 그어준다면....