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우리 대학 융합교양학부 한효빈 교수가 MIT 뇌인지과학과 Earl Miller 교수 연구팀, 프린스턴대 Tim Buschman 교수와 공동연구를 통해 단기기억(working memory)의 한계 원인과 작동 원리를 규명했다. 이번 연구 성과는 뇌과학 분야 최고 권위 학술지 Neuron에 게재(https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.09.031)될 예정이며, 이는 Clarivate 최신 JCI 랭킹 기준 상위 1.43%(Neurosciences 분야 314개 저널 중 5위)에 해당한다.

짧은 전화번호나 주소를 막 외웠다가 금세 잊어버린 경험처럼, 단기기억은 용량과 지속시간 모두에 한계가 있다. 연구팀은 그 원인을 뇌의 비교적 느린 리듬인 세타파(4-8 Hz)에서 찾았다. 세타파는 집중과 기억과 관련된 대표적 뇌파다. 원숭이의 전전두엽에서 신경 활동을 정밀하게 기록해 분석한 결과, 단기기억의 인출이 세타파의 특정 위상(phase)에 맞춰 유지되거나 흐려지는 현상이 발견됐다.

세타파는 공간적 정보가 해부학적 영역에 투사되는 전두안영역(frontal eye field)에서 이동파(traveling wave)의 형태로 나타나며, 이것이 단기기억을 표상하는 세포들의 활동을 지휘한다. 이로 인해 단기기억의 시공간적 제약이 발생하는 구조인 셈이다. 이는, 연구팀이 단기기억에 담긴 정보가 성공적으로 인출될 수 있는 생리적 조건을 발견한 것이다. 나아가 세타파를 인위적으로 조작하는 뇌 자극 실험을 통해 인간의 단기기억을 강화할 수 있는 제반이 마련되었다. 이러한 성과는 MIT 연구팀의 정밀한 측정과 한효빈 교수의 독창적인 분석이 결합한 결과다.

이번 연구는 단기기억을 ‘뇌 어딘가에 저장된 정적인 정보’로 이해하는 기존 관점에서 벗어나, 뇌파라는 동역학적 파도 속에서 지속적으로 새로고침되는 과정으로 이해하는 전환점을 마련했다. 쉽게 말해 음악의 박자에 따라 춤이 매끄럽게 이어지거나 어긋나듯, 단기기억도 뇌의 실시간 상태에 맞춰 그 성능이 달라진다는 것이다.

이러한 발견은 노화나 치매, ADHD처럼 단기기억 손상과 관련된 신경과학적 메커니즘을 이해하는 새로운 관점을 제공한다. 나아가 세타 뇌파를 표적으로 한 비침습적 뇌 자극 기술(tES 등)을 활용해 노화를 역행시킬 수 있는 기술의 시발점이 될 수 있다. 연구를 주도한 한효빈 교수는 “역노화 기술 개발을 위한 인간 임상실험의 준비를 거의 마쳤다”고 밝혀 향후 연구 확장에 대한 기대를 높였다. 

한효빈 교수는 “단기기억은 흔히 책상에 비유된다. 뇌는 도서관처럼 방대한 정보를 저장할 수 있지만, 한 번에 꺼내 살펴볼 수 있는 양은 책상 위에 펼칠 수 있는 책처럼 극히 제한적"이라며, "이번 연구는 그 책상이 어디에 있으며 어떻게 관찰할 수 있는가에 대한 답을 제공하며 단기기억의 생물학적 실체를 밝혀냈다는 점에서 큰 의의가 있다”고 설명했다.

이번 연구는 산업자원통상부 산업기술알키미스트 사업, 한국연구재단 우수신진연구(씨앗) 사업, 한국연구재단 그리고 서울과학기술대학교 교내연구비의 지원을 받아 수행됐다.