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1.03 Retrieval From Memory

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I. 전통적인 이해: 획득 및 저장 중심의 관점

• 신경생물학적 수준에서 기억을 이해하려는 연구는 오랫동안 Memory Consolidation (기억 통합)과 Long-Term Potentiation (LTP)라는 두 가지 핵심적인 과정에 집중해 왔다.
• 이 두 과정은 기억 저장의 신경생물학적 기질(substrate)로 여겨졌으며, 전통적으로 학습 훈련 시점에 시작되는 것으로 이해되었다.
• But, 최근 연구결과들은 기억 인출(Retrieval)이 기억 행동을 결정하는 데 있어 기억 획득(aquisition)이나 저장(storage)만큼이나 중요하고 때로는 그 이상일 수도 있다는 것을 시사함.

1. 초기 이론
   • Pavlov: 신경 노드 간의 활성화가 확산되는 것이 기억을 형성하는 데에 필수적이라고 주장.
   • Hebb: 학습 경험이 특정 신경 회로를 일시적으로 활성화시키고, 나중에 이들이 함께 활성화될 때 시냅스 연결이 강화되어 경험이 영구적으로 기억에 저장될 수 있도록 한다고 주장.
   • Craik & Lockhart: 획득(학습) 단계에서 정보 처리가 깊은 수준에서 이루어질수록 더 오래 지속되는 기억 흔적(memory trace)이 형성된다고 주장
   • Rescorla-Wagner Rule: 파블로프 조건화에서 함께 훈련된 (조건) 자극 간의 경쟁이 훈련 단계에서만 발생한다고 가정
   • 이 관점들은 훈련(습득) 중에 발생한 방해적 조작들이 학습된 정보가 영구적으로 손상되게 하여 나중에 해당 정보를 사용할 수 없게 될 것이라는 공통된 가정을 공유하고 있음
2. 신경생물학적 기질 - Memory Consolidation & Long Term Potentiation (LTP)
   • Memory Consolidation (기억 통합)
     • 학습된 경험이 장기 기억으로 전환되는 시간 의존적인 과정
     • 신경계의 구조적, 화학적 변화(예: 시냅스 연결 강화)를 통해 이루어지며, 최근 기억이 역행성 기억상실에 더 취약하다는 것을 설명함
   • Long Term Potentiation (LTP)
     • LTP는 시냅스 수준에서 관찰되는 장기적인 시냅스 연결 강화 현상으로,
     • 시냅스 전 뉴런 섬유에 고주파 자극을 가했을 때, 뉴런 간의 시냅스 효율이 장기적으로 증가하는 현상
     • synaptic plasticity의 한 형태
     • LTP는 시간 경과에 따라 초기 LTP(E-LTP)와 후기 LTP(Late-LTP)로 나뉘며, 후기 LTP는 단백질과 RNA의 합성과 시냅스의 구조적 변형에 의존한다.
   • Memory consolidation과 후기 LTP는 각각이 일어날 때 NMDA 수용체 수에 변화가 생긴다는 점, 단백질 kinase에 의존적인 점, 단백질 번역과 de novo 단백질이 합성되는 분자적 특성들을 공유한다. → neural substrate

II. 인출(Retrieval)의 중요성 대두

본문에서 제시한 개념 정의

• Learning: 경험이 부호화되어 후속 행동에서 자극 특이적인 변화를 초래하는 과정.
• Memory: 과거 경험으로부터 발생하는 뇌의 모든 자극에 특이적인 영구적 변화(구조적 또는 화학적)로, 습득 시점과 testing 시점 사이의 간격을 연결하여 이전에 경험했던 것을 미래에도 떠올릴 수 있도록 하는 것.
• Retrieval: 확립된 기억을 재활성화하여 검사 시점에서 현재 행동에 즉시 영향을 미칠 수 있도록 하는 과정.
• 본문 주장: 인출이 학습된 행동을 구성하는 일련의 사건들 중 단순한 사소한 연결 고리가 아니라, 획득된 행동에서 관찰되는 많은 차이를 설명하는 핵심 구성 요소이다!

1. Retrieval의 개념 및 주목받게 된 배경
   • 1960년대 초부터, 획득되거나 부호화되지 않았다고 여겨졌던 정보가 적절한 retrieval cue가 제공되면 여전히 사용 가능하다는 연구 결과들이 나오기 시작했음. ⇒ 기억 결손이 획득이나 저장이 잘 안 돼서 생긴 것이 아니라 retrieval이 실패해서 그런 걸 수도 있다!
   • 인출: 확립된 기억을 재활성화하여 테스트 시점에서 행동에 즉시 영향을 미치도록 하는 과정
2. 기억 인출의 중요성을 시사하는 경험적 증거

   1. 기억 상실을 유발하는 물질/자극을 훈련 전과 후에 투여 → 기억상실 시켜보기

      • 훈련 중 또는 직후에 건망증 유발 약물, 전기충격(ECS), 저체온증, 단백질 합성 억제제 등을 투여하면 학습했던 것이 행동으로 나타나지 않았음 → 기억 상실을 유발하면 memory consolidation을 방해해 영구적인 기억 상실을 초래한다고 해석
      • BUT, 이러한 유발 물질이나 자극이 consolidation 과정을 방해하기보다는 기억의 인출(retrievability)을 방해하여 검사 시점에서 기억에 접근하기 어렵게 만든다는 증거들이 나타났음
        • Reminder Cues 제시

          • Lewis et al. (1968)

            수동 회피 과제에서 마우스에게 전기충격(amnestic treatment)을 가한 직후에는 마우스들이기억 상실 증상을 보였으나, 후에 훈련 때 사용된 조건 자극을 상기시킬 수 있는 단서를 다시 제시하자, 기억이 회복됐다. → 기억이 지워진 것이 아님, just 인출이 가능해진 것임

          • 다른 연구에서도 비슷한 결과들을 얻었음 ⇒ 훈련 과제의 여러 요소에 노출되면 대상 기억에 대한 접근이 회복되지만, 과제와 무관한 자극은 그렇지 않았음

        • Recovery from amnesia with the passage of time
          • Quartermain and McEwen (1970): 단백질 합성 억제제인 cycloheximide로 기억 상실증을 유발했지만 testing을 지연시켰더니 기억이 회복되었다.
          • PKMζ (kinase M zeta): PKMζ가 기억을 지우는 것으로 알려졌지만, 그 효과가 일시적이며 시간이 지나면서 회복된다는 보고가 많음.
        • 상황적 조작 / 상태-의존 학습 (Contextual Manipulations / State-Dependent Learning):
          • 상태-의존 학습: 유기체의 내부 상태(예: 약물 복용 여부)가 훈련 시와 검사 시에 다르면 획득된 수행이 손상되는 현상. 훈련 시와 동일한 약물 상태에서 검사하면 기억 수행이 손상되지 않는다는 것이 빈번하게 관찰됨. ⇒ 수행 감소가 인출 결함에서 비롯된다는 것을 시사
          • 저체온증 연구: 저체온증으로 유발된 건망증도 검사 전에 다시 냉각시키면 회복됨
          • cycloheximide & LiCl: training 후 cycloheximide 투여로 인한 회피 학습 건망증이 검사 전에 다시 cycloheximide를 투여하면 완화됨. ⇒ 약물의 내부 효과가 기억의 속성이 되어 인출을 가능하게 했다는 해석을 지지함.

   2. 기억 재활성화 후 건망증 유발하는 물질 투여

      • 재통합 건망증의 회복: 하지만 훈련 직후 유발된 건망증과 유사하게, 재활성화 후 유발된 건망증도 회복될 수 있음.
        • 검사 전 reminder cues: Eisenberg and Dudai (2004)는 물고기에서 기억 재활성화 후 약물로 유도된 건망증이 unconditional sognal(쇼크)을 다시 제시함으로써 회복될 수 있음을 발견
        • 시간 경과: Lattal and Abel (2004)은 맥락적인 공포 기억을 재활성화한 후 단백질 합성 억제제 투여로 인한 조건화된 동결 감소가 검사를 21일 지연시켰을 때 다시 원상복귀함을 보임
        • 상황 변화 / 내부 상태 복원: Briggs and Olson (2013)은 시클로헥시미드 투여 후 유발된 건망증이 검사 전에 다시 시클로헥시미드를 투여하면 완화될 수 있음을 보여줌.
        • 이 결과들은 건망증이 무조건 기억 삭제라기보다는 인출 실패일 가능성이 있다는 것을 보여줌
      • Reconsolidation 현상: 1960년대 후반, Misanin et al. (1968)의 연구는 기억이 통합된 후 24시간이 지나도 건망증 유발제에 의해 약해질 수 있음을 보임. 단, 치료제 투여 전에 기억이 재활성화되어야 했습니다. Nader et al. (2000)은 공포 기억이 재활성화된 후 단백질 합성 억제제가 투여될 때 조건화된 동결 반응이 감소함을 보여줌.

   3. Cue Competition 및 Outcome Competition

      단서 경쟁은 목표 Conditional Stimulus (X)에 대한 행동 제어가 비목표 자극이 훈련에 추가될 때 감소하는 현상

      • 종류
        • Overshadowing: 목표 단서 X가 다른 현저한 단서 A와 함께 훈련될 때 (AX/US) X에 대한 행동 제어가 감소하는 현상.
        • Blocking: 1단계에서 비목표 단서 A가 훈련되고 (A/US), 2단계에서 목표 단서 X와 함께 화합물로 훈련될 때 (AX/US), X에 대한 행동 제어가 1단계가 없는 경우보다 감소하는 현상.
        • Outcome Competition: 단서가 아닌 결과(outcome)가 추가될 때 발생하는 경쟁.

   4. 전통적 설명의 한계: 이러한 현상은 전통적으로 습득 중 처리 한계(예: CS나 US에 대한 주의)가 연합 형성을 방해하여 행동 제어 감소를 초래한다고 설명되었음 (ex: Mackintosh, 1975; Pearce and Hall, 1980; Rescorla and Wagner, 1972). ⇒ 중요한 정보가 학습 중 처리 제약으로 인해 저장되지 않았다고 본 것

3. 인출 실패 증거: 그러나 Cue Competition이었다고 원상복귀하기도 함 → 인출 실패를 지지

   • Extinguishing Competing Cues: Kauffman and Bolles (1981)는 오버섀도잉 훈련(AX/US) 후 오버섀도잉 단서(A)를 광범위하게 소거하자, 오버섀도잉된 단서 X에 대한 강력한 행동 제어가 관찰되었음. 유사하게, 블로킹 훈련 후 블로킹 단서(A)를 소거하면 블로킹으로부터 회복됨.

   • Retrospective Revaluation

     • 대상 단서 X에 대한 추가 훈련 없이 훈련 후 조작을 통해 X에 대한 행동 제어가 변경되는 것
     • 습득 중심 모델은 존재하지 않는 단서에 대한 학습이나 X의 추가 제시 없이 행동 제어가 변경되는 것을 설명할 수 없으므로, 이러한 결과는 인출 실패 설명을 지지

   • Long Retention Intervals: Kraemer et al. (1988)은 오버섀도잉 훈련과 검사 사이에 긴 유지 간격을 두었을 때 오버섀도잉으로부터의 회복하는 것을 발견

     ⇒ 오버섀도잉된 단서와 결과 사이의 연합이 훈련 중 확립되었지만 즉시 행동으로 반영되지 않았음을 시사

   • Reminder cues: Kasprow et al. (1982)은 오버섀도잉된 단서(대상 CS)를 짧게 두 번 제시함으로써 오버섀도잉으로부터의 회복을 관찰. Balaz et al. (1982)은 블로킹된 CS, US 또는 훈련 상황을 상기시킴으로써 블로킹으로부터의 회복을 관찰. 이러한 회복은 학습 결함에 초점을 맞춘 모델에 문제가 됨.

   • 결과 경쟁의 완화: 결과 경쟁(예: 결과 간 블로킹)에서도 유사한 경쟁 현상과 완화가 관찰됨. Wheeler and Miller (2005)는 블로킹 결과(O1)를 소거하거나, 유지 간격을 두거나, 블로킹된 결과(O2)를 간략히 제시함→ 결과 간 블로킹으로부터 회복을 관찰.