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Erasing Bad Memories May Soon Be Possible
· Alice Park @aliceparkny 2:51 PM ET
Getty Images (1); Illustration by Mia Tramz for TIME
Using state of the art laser and gas techniques, scientists working with mice make stunning breakthroughs in turning bad memories into better ones
Memories are a complex combination of objective information—the color of a car, the size of a building—and less tangible emotional feelings, like fear, anxiety, joy, or satisfaction. But to scientists, memories are nothing more than a series of chemical and physical changes, the firing of a nerve here, which sends electrochemical impulses to another nerve there, which together encode everything that we associate with a memory.
But exactly what do those changes look like? And is it possible to override them? In a milestone paper published in the journalNature, scientists may have provided some answers, explaining how emotional baggage gets attached to memories, and how that can be manipulated to quite literally turn bad memories good. In separate work appearing in the journal PLOS ONE, researchers say that a commonly used anesthetic gas, xenon, if administered at exactly the right moment, can also strip the painful and negative feelings associated with a traumatic memory, essentially neutralizing it.
The findings from both groups come from mouse studies, but the two teams are confident that the results will further efforts to understand and find new ways to treat depression and post traumatic stress disorder in people.
In the Nature study, Susumu Tonegawa and his team showed for the first time exactly where in the brain both positive and negative memories are created, and how these emotional layers can be switched around. They exploited a cutting-edge technique they developed called optogenetics to track an emotional memory as it’s made and also manipulated in the brains of mice. They studied both positive experiences—male mice were allowed to spend about an hour with female mice—and negative experiences—the mice were given mild foot shocks.
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First, the researchers administered a protein, called channelrhodopsin, into mice nerve cells that were activated during and immediately after those experiences (the positive and the negative). The protein reacts to a specific blue wavelength of laser light—and the scientists discovered that when that light was administered to the the part of the mouse’s nerve cells that fired up after those good or bad experiences, the emotion associated with the memory was relived as though it were happening all over again, even absent the stimulus that created it in the first place.
“Optogenetics for the first time allowed us to pin down the cells in the brain that literally carry the information for a specific memory,” says Tonegawa.
The real revelation came when the scientists tested how malleable the connection between the shock and the memory was. They allowed the shocked mice to spend time with females while their brains were hit with the blue light—which triggered their fear of the shock even though they didn’t get one. After 12 minutes of the laser exposure, the mice relaxed. But it wasn’t that they had replaced their fear with more pleasant feelings. Images of their brains showed that new circuits, presumably the ones associated with more positive feelings of being with females, had sprouted between the emotional regions of the brain and the memory center. Likewise, the mice that had had the pleasurable experience with their female counterparts were given the shock while exposed to the blue light, and now showed more fear and anxiety. The original emotional associations were not eliminated and replaced. Instead, says Tonegawa, the positive and negative circuits compete with each other, and whichever is dominant becomes the prevailing emotion linked to a memory.
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That could explain how some psychotherapy currently works. To help depressed patients address their feelings, some therapists will revisit negative or emotionally painful experiences. Because memories are not recalled and returned in exactly the same way like a recording, any new information attached to that memory—such as more neutral or positive perspectives about the episode—can help to diffuse its negative impact. Tonegawa’s work in animals suggests that it’s possible to make that psychotherapy technique even more effective if therapists can help patients to focus on more positive feelings while reconsolidating painful memories.
That’s what another group, at McLean Hospital, is hoping to do with a much more simplistic strategy. Edward Meloni, an assistant professor of psychiatry at Harvard Medical School and Marc Kaufman, director of the McLean Hospital Translational Imaging Laboratory, found that the gas xenon, which is used in anesthesia (primarily in Europe), can neutralize the fear associated with a traumatic memory. Exposing mice that had experienced foot shocks to the gas dramatically reduced their fear behaviors – such as freezing up and avoiding areas associated with the painful shock – for up to two weeks. That’s because xenon preferentially targets certain receptors, called NMDA, on brain nerves that are concentrated in learning and memory regions. So when a traumatic memory is activated, those neurons involved in recalling that memory are prime targets for xenon, which blocks the cells from making their usual connections to the emotional hub in the brain known as the amygdala. “My speculation is that xenon lessens the impact of the emotional component, the real emotional pain associated with a traumatic experience,” says Meloni.
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It’s not clear yet whether the gas will have similar effects on long-standing traumatic memories such as those involved in PTSD, but Kaufman and Meloni plan to set up a human trial as soon as possible. Ideally, says Meloni, if xenon proves to be effective and safe for reshaping memories, patients who experience debilitating nightmares would be able to give themselves a squirt of xenon just as they would use an asthma inhaler. Since the gas dissipates quickly, so far there doesn’t seem to be a reason to worry about other potentially harmful effects on the brain.
And what about situations that don’t quite reach the level of PTSD, but are traumatic nonetheless, such as the death of a loved one or a bad breakup? “In general I think those painful experiences are probably not going to be impacted by xenon because there really isn’t a specific memory that is reactivated, like a flashbulb moment of trauma,” he says. “It’s more a global heartbreak.”
Because xenon isn’t specific to blocking the negative connections to the brain’s emotional nexus, Kaufman says it’s possible the gas could also be helpful in reducing the highs and the reward sensation associated with addiction. More studies will need to show that xenon could play a role in those situations as well, but both he and Meloni are optimistic. “We’ve got a good start in animals, and as we work through the ladder in getting it to people, I’m hopeful,” says Meloni.
나쁜 기억을 지우는 것이 조만간 가능해 질 것이다.
예술적인 레이저와 가스기술을 사용하는 상태에서, 쥐를 실험한 과학자들은 나쁜 기억을 좋은 기억으로 바꾸는데 돌파구를 마련했다.
기억들은 객관적인 정보-차의 색깔, 빌딩의 크기-와 두려움, 걱정, 즐거움, 또는 만족감과 같은 만질 수 없는 감정적 느낌의 복잡한 혼합이다. 하지만 과학자들에게, 기억은 여기 신경 폭발이 전기화학의 충격을 저기 우리의 기억과 관련된 모든 것을 함께 부호화 하는 다른 신경으로 보내는 것과 같은 일련의 화학적이고, 물리적인 변화에 지나지 않는다.
하지만 확실하게 이러한 변화들이 어떻게 보일까? 그리고 그들을 무시하는 것은 가능할까? milestone논문에서, 과학자들은 아마 몇몇 대답을 어떻게 감정적인 응어리가 기억에 붙어 있는지, 그리고 어떻게 문자 그대로 나쁜 기억을 좋은 기억으로 바꾸기 위해 조정될 수 있는지에 대해 설명하면서 증명해 왔을 수 있다. PLOS ONE저널에서 보여진 독립된 작업에서, 조사자들이 말하길, 만약 정확하게 올바른 순간에 관리된다면, 일반적으로 사용되는 마취가스와 크세논은 또한 고통과 충격적인 기억과 관련된 부정적인 감정을 제거할 수 있다.
두 그룹의 발견은 실험쥐 연구를 통한 것이다. 그러나 두 팀은 결과는 우울증과 외상후스트레스 장애를 고치는 새로운 방식을 이해하고 발견하는데 더 영향을 미칠 것이라고 확신한다.
the Nature연구에서, Susumu Tonegawa와 그의 팀은 처음으로 긍정적이고 부정적인 기억 둘 다 확실하게 뇌의 어디에서 발생하는지, 그리고 어떻게 이러한 감정선들이 전환되는지를 보여주었다. 쥐의 뇌에서 조정되고 만들어진 것으로써 감정적 기억들을 추적하기 위해 그들이 발전시킨 optogenetics라고 불리는 최첨단 기술을 개척했다. 그들은 긍정적인 경험-수컷쥐는 암컷쥐와 약 한 시간을 함께 보내도록 허용되었다-과 부정적인 경험-쥐는 가벼운 다리 충격을 받았다-을 연구했다.
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첫 번째, 조사자들은 channelrhodopsin라고 불리는 단백질을 쥐들이 이러한 경험(긍정적, 부정적 경험)을 하는 동안, 그리고 후에 즉시 작용했던 신경세포에 투여했다. 단백질은 레이저 빛의 명확한 파란색 파장에 반응했다. 그리고 과학자들은 다음과 같은 사실을 발견했다. 빛이 좋거나 나쁜 경험 후에 나타난 신경세포의 부분으로 조정될 때, 기억과 관련된 감정이 마치 또 다시 일어난 것처럼 심지어 첫 번째 장소에서 발생된 자극이 없었던 것처럼 다시 살아났다.
"처음으로 Optogenetics는 문자 그대로 명확한 기억을 위한 정보를 이끄는 뇌 안의 세포를 명확하게 이해하도록 허락했다." Tonegawa가 말했다.
진짜는 과학자들이 충격과 기억 사이의 관계가 얼마나 잘 변했는지를 시험했을 때 폭로되었다. 과학자들은 충격을 받은 쥐들의 뇌를 파란 불빛으로 치는 동안에-이것은 비록 그들이 충격을 받지 않았을 지라도, 그들에게 충격에 대한 공포를 유발한다.- 암컷쥐와 시간을 보내도록 허락했다. 레이저 노출 12분 후에, 쥐는 편안해졌다. 그러나 이것은 그들의 두려움을 좀 더 기쁜 감정으로 대체했었던 것은 아니었다. 쥐 뇌의 이미지는 다음과 같은 사실을 보여준다. 아마 암컷의 존재에 대한 더 긍정적인 감정과 연관된 새로운 회로가 뇌의 감정적 영역과 기억부분 사이에서 나타났다. 마찬가지로, 암컷 짝꿍과 즐거운 경험을 한 쥐는 파란 불빛에 노출되는 동안 충격을 받았고 지금 더 많은 공포와 걱정을 나타냈다. 원래 감정적 관계는 지워지지 않고, 대체되지 않는다. 대신에, says Tonegawa가 말하길, 긍정적 회로와 부정적 회로는 서로서로 경쟁한다. 그리고 우세한 회로가 기억과 연관된 지배적인 감정이 되는 것이다.
추가: 이것은 너를 부끄럽게 만드는 두뇌회로이다.
이것은 심리요법이 현재 어떻게 작동하는지를 설명할 수 있다. 우울한 환자들이 그들의 감정을 다룰 수 있도록 돕기 위해서, 몇몇 치료사들은 부정적 경험이나 감정적으로 고통스러운 경험에 다시 방문할 것이다. 왜냐하면 기억들은 녹음처럼 정확하게 똑같은 방식으로 상기되지 않고, 되돌아 오지 않기 때문에, 기억에 부여된 새로운 정보-사건에 대해 더 중립적이고 긍정적인 관점과 같은-는 이러한 부정적 충격을 분산시키도록 도울 수 있다. 동물들에 대한 Tonegawa의 연구는 다음과 같은 사실을 제시한다. 만약 고통스러운 기억을 재건하는 동안에 치료사들이 환자들을 좀 더 긍정적인 감정에 집중하게 도울 수 있다면, 심리치료 기술을 훨씬 더 효과적이게 만드는 것이 가능하다.
McLean Hospital의 다른 그룹에서는 더욱 단순화된 전략으로 처리할 수 있도록 바라고 있다. Edward Meloni는 주로 유럽에서 마취할 때 사용하는 크세논 가스는 충격적인 기억과 관련된 두려움을 상쇄시킬 수 있다는 사실을 발견했다. 가스에 대한 다리 충격을 경험한 쥐는 최대 2주 동안 그들의 두려운 행동-얼어 붙고, 고통적인 충격과 관련 있는 장소를 피하는 것과 같은-을 급격하게 감소시켰다. 이것은 크세논이 우선적으로 학습과 기억영역에 집중하는 뇌신경에 있는 NMDA라는 확실한 감각기를 목표로 했기 때문이다. 그래서 충격적이 기억이 작동될 때, 이러한 기억을 회상하는 것이 포함된 신경세포들은 크세논의 주요 타켓이다. 크세논은 편도체로 알려진 뇌에 있는 감정적 중심과 일반적으로 연결하는 것을 막아 버린다. "내 짐작으로, 크세논이 충격적 경험과 관련 있는 진짜 감정적 고통 즉, 감정적 요소의 영향을 낮춰준다."라고 Meloni가 말했다.
추가: 기억은 지금 만들어 질 수 있다. -그리고 지워질 수 있다.-
그 가스가 PTSD와 같은 오래된 충격적인 기억들에 똑같은 영향력을 행사할 것인지 아닌지는 아직 명확하지 않다. 그러나 Kaufman and Meloni는 인간 실험 수립을 계획하고 있다. 이상적으로, Meloni가 말하길, 크세논이 기억을 재건하는데 효과적이고 안정적이라는 것이 증명된다면, 악몽에 시달리는 환자들은 마치 천식 호흡기를 사용하는 것처럼 크세논을 한번 뿌리는 것에 자신을 바칠 수 있을 것이다. 이 가스는 빨리 소멸되기 때문에, 뇌에 영향을 미치는 잠재적 유해성에 대해 걱정할 이유가 없어 보인다.
그리고 사랑하는 사람의 죽음 또는 나쁜 헤어짐과 같이 충격적임에도 불구하고, PTSD의 수준에 꾀 도달하지 못하는 상황들은 어떤가? "일반적으로, 트라우마의 섬광과 같은 순간처럼 반응하는 명확한 기억이 진짜로 없기 때문에, 이러한 고통스러운 경험은 아마도 크세논에 의해 영향 받지 않을 것이라고 생각한다."라고 그는 말했다. "이것은 좀 더 세계적으로 비통한 것이다."
크세논은 뇌의 감정적 결합에 대한 부정적인 연결을 막아주는 것이 명확하지 않기 때문에, Kaufman이 말하길, 이 가스가 또한 중독과 관련된 고조된 느낌과 보상받는 느낌을 감소시키는데 도움이 될 수 있다는 것은 가능하다. 더 많은 연구는 크세논이 이러한 상황(중독 감소)에서 또한 역활을 할 수 있다는 것을 보여주는 것이 필요하다. 그러나 그와 Meloni는 낙관적이다. "우리는 동물들에게서 좋은 시작을 얻었다. 그리고 인간에게 이것을 실험하는 단계를 통해서 우리는 연구를 하고 있기 때문에, 나는 희망을 갖고 있다."라고 Meloni가 말했다.
override: (직권을 이용하여 결정, 명령 등을) 기각[무시]하다, …보다 더 중요하다[우선하다], (자동으로 진행되는 과정을) 중단시키다
xenon: 크세논(비활성 기체 원소)
sprout: 싹이 나다, 발아하다; 자라기 시작하다, (무엇이, 특히 많은 수로) 생기다[나타나다], (자라)나게 하다; (자라)나다
reconsolidate: 다시 공고히 하다, 재통합하다
do with: …을 처리하다(=use for), …와 관계가 있다(=concern)
amygdala: 편도체
dissipate: 소멸되다; 소멸하다[시키다]
nexus: (여러 가지 것의 복잡한) 결합[연쇄]