'배움'이 '몸에 익을' 때의 뇌의 변화

운동학습으로 대뇌피질신경회로가 변화하고 학습기억이 진행된다~ 

뇌의-변화

 “기억”은 “학습”의 연장선상의 현상이지만 “학습”된 정보가 어떻게 “기억”으로서 뇌에 유지되는지에 대해서는 알 수 없습니다. 
연습함에 따라 신체가 운동을 기억하는 구조를 대뇌피질의 신경회로의 구조 변화로 파악했습니다. 
뇌에서는 신경 세포 간에 정보가 복잡하게 교환되어 거대한 네트워크를 형성하고 있습니다. 특히, 신경세포간에 정보를 전달하는 결합부는 시냅스라고 불리며, 학습이나 기억에 매우 중요한 작용을 하고 있다고 생각되고 있습니다. 실제로 마우스가 특정 운동과제 훈련을 하게 되면 대뇌피질에서의 운동을 담당하는 영역(1차 운동야)에서 새로운 시냅스가 형성되어 신경회로가 변화하고 있음을 알 수 있다. 네. 그러나 이를 신경회로의 변화로 밝혀낸 연구는 과거에 없었고, 어느 영야의 정보가 학습이나 기억에 중요한지 등 그 세부 사항은 알려지지 않았다. 학습 과정에서 변화하는 시냅스 결합을 밝히는 것으로, 예를 들어 칼이나 포크를 사용하여 식사하는 동작 등이 연습함으로써 향상되고 서서히 무의식적으로 실시할 수 있게 되는 뇌내 메커니즘이 밝혀지는 것라고 생각했습니다. 

 그래서 이번에 '운동 학습'과 '운동 기억'의 신경 메커니즘을 밝히기 위해 운동 학습을 훈련시킨 마우스의 시냅스 변화를 관찰했습니다. 
우선 앞다리를 이용한 운동학습과제 훈련을 계속한 마우스의 뇌내를 관찰하여 앞다리의 운동을 제어하고 있는 대뇌피질의 1차 운동야에 새로운 시냅스가 생기는 것을 확인하였다. 선행 연구의 보고대로, 학습 초기(학습 1일째~4일째)에 있어서는, 새로운 시냅스 결합이 빈번하게 되어 있어 보다 운동이 향상된 마우스일수록, 그 수가 많기 때문에, 운동 기능의 향상에는 새로운 시냅스 결합의 형성이 중요하다는 것을 알 수 있습니다.

 이 새로운 시냅스 결합이 뇌의 어느 부분으로부터의 정보를 전달하는지를 검증하였다. 그 결과, 새롭게 만들어진 시냅스 결합의 대부분은 보다 고차의 운동 피질으로부터 보내져 왔다는 것을 밝혔다. 고차의 운동 피질은 운동의 계획이나 준비 등, 운동의 실행에 관련된 의식적인 정보 처리를 행하고 있다고 생각되고 있으며, 의식적으로 운동을 보정하기 위한 신호 정보가 보내지고 있다 가능성을 생각할 수 있습니다. 즉, 학습 초기에는 그 운동 과제를 습득하기 위해, 동물은 다양한 것을 「시행착오하면서」 실시하고 있다고 추찰 할 수 있습니다. 
한편, 학습의 후기(학습 5일째~8일째)가 되면, 학습 초기에 새롭게 형성된 시냅스 결합의 대부분은 소실되었습니다. 그러나 잔존하는 시냅스도 존재하고 있으며, 또한 시상으로부터 정보가 전달된 시냅스 결합은 잔존할 뿐만 아니라 신호가 보다 강화되고 있는 것도 밝혀졌다. 시상은 뇌의 심부에 있는, 자동화된 운동 신호를 중계하는 것으로 생각되는 것입니다. 이러한 결과로부터, 학습의 후기에는, 시상으로부터의 입력이 중요한 역할을 담당하고 있어, 학습한 운동의 정보 처리가 서서히 자동화·습관화하고 있다고 생각하고 있습니다. 

 실제로, 화학유전학적 기법을 이용하여 운동과제 훈련 시 정보를 억제하면 운동이 향상되기 어려운 것이 밝혀졌다. 한편, 시상에서 대뇌피질운동야로의 신경의 정보전달을 억제해도 운동은 평소대로 향상되었다. 이러한 결과는 학습 초기 운동의 향상에 고차 운동 피질로부터의 정보가 중요하고 시상으로부터의 정보의 영향이 약하다는 것을 나타낸다. 
이미 체득한 "운동 기억"을 자동으로 실행할 때 시상으로부터의 정보가 중요하다는 것을 보여줍니다. 이러한 결과로부터, 고차의 운동 피질로부터 제1차 신경의 정보 전달은 「운동 학습」에 중요한 역할을 담당하고 있는 것, 체득한 「운동 기억」은, 시상으로부터의 시냅스 입력에 계승되어 새롭게 보존된다는 것이 밝혀졌습니다.

 「기억」은 「학습」의 연장에 있기 때문에, 지금까지는 「학습」에 의해 새로운 신경 회로가 형성되어, 그것이 성숙해 가는 것으로 「기억」 신경 회로로서 기능한다고 생각되고 있었습니다. ``학습''과 ``기억''이 다른 메커니즘하에서 작동한다는 것을 보여줍니다. 우리는 “학습 시냅스”는 “기억 시냅스”의 형성을 도와 학습 기억이 성립하는 것입니다. 

 뇌가 “학습”한 일을 어떻게 해서 “기억”으로 변환하는지에 대한 새로운 지견을 나타낼 수 있었습니다. 예를 들어, 젓가락의 사용법을 연습하면 처음에는 열심히 손가락 끝에 신경을 써야 하지만 연습하면 할수록 젓가락이 잘 됩니다. 무의식하에 젓가락을 잘 다루고 식사를 하게 됩니다. 이러한 일상 운동 학습에 관련된 뇌의 학습 메커니즘의 해명으로 이어지는 성과입니다.