한빛사 인터뷰
- 등록2021-07-27
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1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
우리는 흔히 휴가로 여행 등을 다녀온 후 머리가 refresh되어 업무나 학업 효율이 좋아졌다고 말하곤 합니다. 저는 평소에 이렇게 일상에서 벗어난 새로운 경험에 의한 refresh가 뇌 회로에서 어떤 의미인지 궁금하였고, 본 연구는 앞으로 제 연구실을 차렸을 때 수행할 연구들 중 하나로 계획했던 것이었습니다. 비록 박사 후 연구원이지만 저만의 연구를 할 기회가 생겨서 이 연구를 진행하였습니다. 지도교수님이셨던 Dr. Gordon이 미국국립보건원(National Institute of Mental Health)의 Director가 되어 Columbia University를 떠나면서 남아있던 연구비와 장비로 하고 싶은 연구를 하라고 하셔서 시작하게 되었습니다.
학습과 기억을 연구하는 분야에서는 해마(Hippocampus)와 전두엽(prefrontal cortex)의 도파민과 세타파동 (4-12Hz theta oscillation)이 뇌 세포를 활성화하고 신경망을 강화해서 인지능력을 향상시킨다고 일반적으로 생각해 왔습니다. 저의 연구는 새로운 경험에 의해 강화된 도파민과 세타파동이 실제로는 해마의 활성화 양상을 변화시켜 기존에 형성되어 있던 해마와 전두엽간의 신경망을 약화(refresh or reset)시킴을 발견하였습니다. 그리고 새로운 경험이 이렇게 기존에 학습한 정보로 포화상태에 있는 (경직된) 뇌 신경망을 비워줌으로써 새로운 신경망의 형성과 강화를 가능케하여 인지능력을 향상시킴을 보였습니다. 결과적으로 도파민과 세타파동이 뇌 회로를 강화하여 인지능력을 향상시킴을 보였으나, 언뜻 보면 기존 통념에 반하는 내용으로 주변 동료, 다른 저자들, reviewer들로부터 처음에는 counter intuitive, contradictory to previous findings, non-sense라는 반응을 들었으나 현재는 paradigm shift, a rare concept paper라는 평을 듣고 있습니다. 이 연구는 여러 과학 잡지와 포브스 같은 일반 잡지에도 소개되었습니다.
사실상 1인 실험실을 운영하며 주말/휴일 없이 하루 13시간씩도 일하며 힘든 시간이었으나 참고 응원해준 가족과, 논문 작성과정에 걸쳐 여러 도움을 준 Dr. Gordon, Dr. Gogos, Dr. Harris 교수님과 다른 동료들께 감사드립니다.
머리가 복잡하고 일에 지쳐 재충전이 필요하십니까? 미련없이 휴가를 떠나세요. 새롭게 reset된 뇌가 보답할 것입니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
Columbia University는 노벨상을 수상한 Eric Kandel과 Richard Axel 교수님 등 저명한 뇌과학자들이 계시는 현대 뇌 연구의 메카입니다. 최근에는 Zuckerman Mind Brain Behavior Institute를 설립하여 인공지능부터 분자생물학까지 거의 모든 분야의 뇌과학자들을 한 건물에 모아 시너지를 창출하고 있습니다. 제 연구실이 위치한 New York State Psychiatric Institute는 뉴욕시 소속 의료/연구기관으로 Columbia Medical Center와 연계되어 있고, Eric Kandel 교수님도 Zuckerman Mind Brain Behavior Institute로 옮기시기 전까지 수십년간 이곳에 계셨었습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
각 분야의 전문가들에게 새로운 아이디어를 소개하는 것은 매우 어려운 일입니다. 하지만 그분들의 비평에 대한 답을 설득력 있게 전달하고 납득시키는 과정이 과학이라고 생각합니다. 저를 포함한 모든 연구자들이 앞으로도 인고의 시간을 잘 이겨내고 과학발전에 이바지하길 바랍니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
지난 10년간 뇌과학은 기술적으로 비약적인 발전을 하여 더 이상 생물학의 영역이 아닙니다. 현재 뇌과학을 선도하는 많은 분들이 컴퓨터 공학, 전기공학 등 생물학과 거리가 먼 분야 연구자들입니다. 생물학 전공자들께는 컴퓨터 코딩과 전자회로에 대한 기초를 다지시기를 추천 드리고, 컴퓨터/전기공학 전공자들께는 뇌과학에 많은 관심을 부탁드립니다. 저도 생물학 전공자라 본 연구를 진행하며 코딩과 전자회로의 기초를 배우느라 많은 고생을 했습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
흥미롭게도 여러 뇌 질환, 노화, 수면장애 등과 연관된 인지장애의 원인으로 뇌 회로의 경직성이 많이 보고되어 있습니다. 저는 이번논문에서 발견한 뇌 회로 reset의 기전을 활용해 뇌 회로의 경직성을 극복해 인지장애를 치료하는 방법을 연구하고 싶습니다. 또한 앞에서 잠깐 언급했던 앞으로 제 연구실을 차렸을 때 수행할 연구로 계획했던 다른 연구들도 진행하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
저는 지금까지의 연구에서 분자생물학, in vitro/in vivo 전기생리학, 칼슘 이미징, 광 유전학, 머신러닝 등 컴퓨터 기반 뇌 신호 분석 등을 모두 직접 수행해왔습니다. 이러한 제 전문성을 바탕으로 앞으로 여러 한국 연구자분들과 협업을 통해 뇌과학을 선도하고 싶습니다.
#도파민
#세타파동
#학습/기억
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