- Yale 연구진은 쥐 실험에서 수면 중 해마가 하루 동안 겪은 약 15개의 무관한 경험을 1초 미만의 단일 이벤트 안에 묶어 처리할 수 있음을 확인함
- 이 현상은 해마의 생성적 코딩과 연결되며, 뇌가 서로 다른 경험 표현 사이를 빠르게 전환해 여러 정보 흐름을 병렬로 다루게 함
- 실험은 쥐가 15개 공간 맥락을 자유롭게 이동한 19시간 30분 동안 해마 뉴런 활동을 기록했고, 긴 수면 구간을 포함함
- 수면 중에는 서로 다른 경험의 시간 압축 표현이 같은 프리플레이/리플레이 이벤트 안에서 번갈아 나타나며, 독립 경험들이 1초 미만의 더 긴 에피소드로 연결될 수 있음
- 첫 경험과 가장 최근 경험이 가장 강하게 표현되는 직렬 위치 효과도 관찰돼, 사람이 목록의 처음과 끝 항목을 더 잘 기억하는 현상과 유사한 단서가 됨
해마는 하루 경험을 수면 중 함께 처리함
- 사람과 동물은 매일 많은 경험을 만나고 기억하며, 수면 중에는 뇌의 뉴런 앙상블이 이 경험들을 리플레이해 기억으로 공고화함
- 같은 뉴런 앙상블은 미래 경험을 프리플레이하기도 하며, 이후 새 경험을 더 빠르게 기억으로 인코딩하는 데 관여함
- 기존 연구 대부분은 동물이 하나 또는 소수의 순차적 경험을 겪는 상황에 집중해, 뇌가 수면 중 많은 경험을 동시에 처리하는 방식은 분명하지 않았음
- Yale 연구진은 기억과 학습을 담당하는 해마에서 생성적 코딩 능력을 확인했고, 이 능력은 하루 동안 발생한 약 15개의 무관한 경험 표현을 수면 중 1초 미만의 프레임 안에 묶을 수 있게 함
- 연구 결과는 Nature Neuroscience에 게재됨
실험 설계와 수면 중 활동
- 쥐는 하루 동안 15개 서로 다른 공간 맥락을 자유롭게 이동했고, 연구진은 19시간 30분 동안 해마 뉴런 활동을 기록함
- 기록 시간에는 긴 수면 구간이 포함됨
- 수면 구간은 경험의 프리플레이와 리플레이 관점에서 동물 뇌의 오프라인 활동을 조사하는 데 사용됨
- 데이터 분석을 통해 해마가 수면 중 네트워크 용량과 효율을 높이고, 여러 경험 표현을 간섭 없이 처리하게 하는 여러 코딩 방식이 식별됨
- 같은 수면 프리플레이·리플레이 이벤트 안에서 두 개 이상의 서로 다른 경험에서 나온 시간 압축 표현 사이를 깜박이듯 전환할 수 있음
- 이 특징은 수면 중 간섭 없는 병렬 정보 처리 용량을 크게 높임
- 독립적인 경험들은 발생 순서의 순차적 측면을 담은 더 긴 프리플레이·리플레이 에피소드로 묶일 수 있음
- 하루 동안의 경험 순서가 1초 미만의 리플레이 에피소드 안에 압축됨
간섭을 줄이고 기억을 구분하는 방식
- 일상에서는 새로운 맥락과 사건이 계속 발생하며, 각 경험은 서로 큰 간섭 없이 구별되어 인코딩되고 나중에 기억되어야 함
- George Dragoi는 뇌가 이 문제를 어떻게 해결하는지는 알려져 있지 않았고, 이를 직접 다루는 실험이 사실상 부족했다고 밝힘
- 계산 모델은 여러 경험에 노출될 때 새로운 경험과 오래된 경험의 뇌 표현 사이에 재앙적 간섭이 생겨 이전 경험을 잊게 될 수 있다고 봐 왔음
- 이번 결과는 해마가 서로 다른 정보 사슬을 병렬로 처리하면서 의미를 분리하거나 결합할 수 있는 컴퓨터 같은 처리 능력을 가진다는 설명을 뒷받침함
직렬 위치 효과와 내부 생성 표현
- 수면 중 표현 과정에서는 직렬 위치 효과도 확인됨
- 첫 경험과 가장 최근 경험이 동물의 수면 중 가장 강하게 표현됨
- 이는 사람이 사건이나 항목의 연속에서 처음과 마지막을 더 잘 떠올리는 기억 현상과 유사함
- Dragoi는 확인된 뇌 메커니즘이 기억, 상상, 통찰처럼 세계에 대한 내부 생성 표현을 형성하고 표현하는 방식과 관련된다고 말함
