환경은 늘 변화한다. 생명체는 이런 변화무쌍한 환경 속에서 살아남기 위해 다양한 방식으로 적응하고 있다. 이 가운데 이동이 가능한 생명체, 동물은 신경계와 근육을 갖는 형태로 진화하면서 수시로 변하는 복잡한 환경에 보다 잘 적응할 수 있게 됐다.

 

동물의 신경계는 크게 감각계, 연합계, 운동계로 나뉜다 (그림 1A). 감각계는 생존에 위협적이거나 필수적인 정보를 생명체에 제공하는 역할을 한다. 연합계는 감각계를 통해 들어온 정보를 전달받고 분석한다. 분석 결과 감각계를 통해 포착된 대상이 생명체에게 유익하다면, 연합계는 운동계에 명령을 내려 생명체가 그 대상으로 더 가까이 이동하게 한다. 반대로 대상이 생명을 위협하는 요소라면, 연합계는 생명체가 위험 요소로부터 신속하게 벗어날 수 있도록 운동계에 명령을 내린다.

그러나 생명체가 실제 살아가는 현실은 이렇듯 단순하지 않다. 위협 요소를 제거하기 위해 오히려 가까이 가야 하거나, 반대로 생명 유지를 위해 미끼와 유혹으로부터 멀어져야 하는 등 처한 상황에 따라 유연하게 대처해야 한다. 이 또한 연합계의 역할이다. 

 

고등동물로 진화할수록 연합계의 비중은 더욱 커졌다. 그 결과, ‘감각 대상과 정보-감각계-연합계-운동계-움직임과 이동’이라는 연쇄적 정보처리가 일어나면서 동물은 환경에서 생존할 수 있게 된다. 유사한 정보가 반복적으로 제공될수록 정보처리 사슬은 잘 다듬어지고 더욱 정교하게 작동해 동물의 생존 능력 또한 발달하게 된다. 즉 동물은 반복되는 경험을 통해 그 경험을 학습하고 기억하게 된다.

 

지난 50여 년간 생명과학자들은 신경계에서 학습과 기억이 어떤 과정으로 이뤄지는지 알기 ...