Infants younger than one year retain episodic memories across a nap

수십 년 동안 과학자들은 인간 발달의 조용한 미스터리에 대해 고민해 왔습니다. 왜 우리는 아주 어린 시절의 일을 거의 기억하지 못하는가 하는 점입니다. '영아 기억상실증(infantile amnesia)'이라 불리는 이 현상은 생후 첫 2~3년의 삶을 우리 개인 역사의 백지 상태로 남겨둡니다. 이 공백에 대한 지배적인 설명은 오랫동안 아기의 뇌 기억 중추인 해마가 너무 미성숙하여 독특하고 상세한 사건들을 저장할 수 없다는 것이었습니다. 이 관점에 따르면, 영아는 반복을 통해 습관이나 일반적인 사실은 학습할 수 있을지 몰라도, 장난감의 정확한 모습이나 그것을 묘사하는 데 사용된 특정 단어와 같이 성인이 회상할 수 있는 종류의 구체적이고 순간적인 기억을 형성할 수는 없다는 것입니다. 만약 이것이 사실이라면, 기억을 하지 못하는 이유는 기억을 유지하는 데 실패해서가 아니라, 애초에 기억을 부호화(encode)하는 데 실패했기 때문일 것입니다.

그러나 최근 한 연구는 돌 미만의 영아들의 뇌 활동을 직접 관찰함으로써 이 오래된 가설에 도전하고 있습니다. 연구진은 이 영아들이 실제로 독특한 사건에 대한 상세하고 구체적인 기억을 형성할 수 있는지, 그리고 그 기억이 낮잠을 자고 난 후에도 살아남을 수 있는지를 알고 싶었습니다. 연구팀은 아기들이 낯선 물체를 보고 가짜 단어를 듣는 동안 뇌의 전기 신호를 추적함으로써, 생후 9개월 된 영아들도 이러한 별개의 정보 조각들을 하나의 구체적인 기억으로 빠르게 결합할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 나아가, 그들은 이 기억을 공고히 하는 과정이 뇌의 정밀한 타이밍 메커니즘에 의해 구동되며, 이는 이전에는 훨씬 나중에 발달하는 것으로 여겨졌던 과정임에도 불구하고 생후 1년 이내에 이미 활성화되어 있다는 것을 발견했습니다.

이 연구에는 생후 약 9개월에서 16개월 사이의 영아 60명이 참여했습니다. 연구진은 영아들에게 완전히 새로운 일련의 사건들에 주의를 기울이도록 하는 실험을 설계했습니다. 첫 번째 단계에서 영아들은 부모의 무릎에 앉아 화면을 보며 소리를 들었습니다. 그들은 특정 범주에 속하는 낯설고 모르는 물체들의 사진을 보았고, 각 물체는 고유한 가짜 단어와 짝지어졌습니다. 예를 들어, 아기는 기이하고 알록달록한 모양을 보고 특정 순간에 들리는 엉뚱한 단어를 들을 수 있습니다. 아기들은 이 결합을 짧은 시간 내에 두 번 보게 되며, 이를 통해 연구진은 뇌가 특정 물체와 특정 단어 사이의 연결을 등록하는지 확인할 수 있었습니다.

학습 단계 이후, 아기들은 휴식 시간으로 낮잠을 잤습니다. 이 낮잠은 단순한 휴식 시간이 아니었습니다. 실험의 핵심적인 부분이었습니다. 연구진은 낮잠을 자는 동안 아기들의 뇌파를 기록하여 머릿속에서 어떤 일이 일어나고 있는지 관찰했습니다. 학습 세션으로부터 약 1시간 반 후에 아기들은 다시 테스트를 위해 돌아왔습니다. 아기들에게는 동일한 물체들이 다시 보여졌지만, 이번에는 물체들이 이전과는 다른 단어들과 짝지어져 있었습니다. 어떤 물체들은 원래 들었던 단어와 짝지어진 반면, 어떤 것들은 다른 물체에 속하는 단어와 짝지어졌습니다. 또한 연구진은 아기들이 일반적인 범주 규칙을 학습한 것인지, 아니면 이전에 보았던 정확하고 구로적인 사건을 기억하는 것인지 확인하기 위해 비슷하게 생긴 새로운 물체들을 도입했습니다.

결과는 아기들의 뇌에서 나타나는 전기적 패턴을 통해 드러났습니다. 영아들이 원래의 물체를 올바른 단어와 함께 보았을 때, 뇌는 같은 물체를 틀린 단어와 함께 보았을 때와 다르게 반응했습니다. 이러한 뇌 활동의 차이는 아기들이 단순히 물체를 인식한 것이 아니라, 시각적 형태와 소리의 단어를 결합하여 사건에 대한 구체적인 기억을 형성했음을 입증했습니다. 결정적으로, 이 기억은 매우 구체적이었습니다. 아기들이 이전의 것과 매우 비슷하게 생긴 새로운 물체를 보았을 때, 설령 단어가 같더라도 뇌는 동일한 기억 반응을 보이지 않았습니다. 이는 영아들이 "이런 모양들은 모두 이 단어와 연결된다"와 같은 일반적인 범주 규칙을 배운 것이 아니라, 이전에 보았던 바로 그 정확한 물체에 대한 정밀한 기억을 저장했다는 것을 나타냅/냈습니다.

가장 놀라운 발견은 수면의 역할에 관한 것이었습니다. 연구진은 낮잠 동안 기록된 뇌파를 분석하였고, 기억력을 예측할 수 있는 특정 활동 패턴을 발견했습니다. 연구진은 수면 중에 뇌가 두 가지 유형의 리듬 파동, 즉 느리고 완만한 파동과 '스핀들(spindles)'이라 불리는 더 빠른 폭발적 파동을 생성한다는 것을 관찰했습니다. 성인과 더 큰 아이들의 경우, 이 빠른 활동의 폭발이 느린 파동의 상승 단계 중에 완벽하게 맞춰져 발생할 때 기억 공고화가 일어나는 것으로 알려져 있습니다. 연구는 이 정밀한 타이밍이 생후 9개월 영아들에게서도 이미 일어나고 있음을 발견했습니다.

데이터는 이 타이밍과 기억 강도 사이의 명확한 연결 고리를 보여주었습니다. 낮잠 동안 느린 파동과 빠른 폭발 사이의 정렬이 더 강력하게 나타난 영아들이 깨어난 후 가장 강한 기억력 향상을 보였습니다. 실제로 어떤 아기들의 경우, 학습 직후에는 기억이 그리 강하지 않았으나, 뇌파의 타이밍이 잘 맞았다면 낮잠 후에 기억이 유의미하게 강해졌습니다. 반대로, 학습 직후에 이미 강한 기억을 보였던 아기들은 기억을 유지하기 위해 수면 메커니즘의 도움을 많이 필요로 하지 않았습니다. 이는 수면이 초기에 취약했던 기억을 강화하는 강력한 도구로 작용하며, 이 메커니즘이 생후 1년이 되기도 전에 기능하고 있음을 시사합니다.

이러한 발견은 왜 영아 기억상실증이 존재하는지에 대해 재고할 것을 요구합니다. 만약 생후 9개월 된 아기들도 구체적이고 상세한 사건을 빠르게 부호화할 수 있고, 이들의 뇌가 수면 중에 이러한 기억을 강화할 수 있는 장치를 갖추고 있다면, 문제는 기억을 형성하는 능력 자체가 아니라 다른 곳에 있습니다. 이 초기 사건들을 나중에 회상하지 못하는 것은 기억이 형성된 후 훨씬 뒤에 일어나는 어떤 과정, 즉 세부 사항을 흐릿하게 만들거나 접근할 수 없게 만드는 과정 때문일 데가 분명합니다. 이 연구는 인간 기억의 기본 구성 요소, 즉 유사한 경험을 분리하고 이를 빠르게 결합하는 능력이 이전에 믿었던 것보다 훨씬 더 일찍 존재하며 기능하고 있음을 입증합니다. 유아기의 백지 상태는 잉크가 부족해서가 아니라, 아마도 나중에 작동하는 다른 종류의 지우개 때문일 것입니다.