한빛사 인터뷰
- 등록2024-03-08
- 조회726
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
초음파라는 단어는 모두에게 익숙할 겁니다. 본 연구는 초음파를 이용하여 정상 쥐의 신경을 조절하고, 그 메커니즘을 규명하였습니다.
현재까지 초음파를 이용한 기억 및 학습을 포함한 인지 기능 조율에 관한 연구는 미지에 가깝습니다. 외과적 수술없이 통증, 실어증, 우울증 등 뇌기능 치료 목적으로 자기장이나 전기장을 이용한 비침습적 신경 조율 기법에 대한 적용 및 관련 연구가 진행되고 있습니다. 하지만, 높은 공간적 해상도를 가지고 뇌의 심부까지 사용가능한 초음파는 신경 조율에 있어 매력적인 tool입니다. 우리 연구실에서는 이러한 초음파의 특성에 장기적인 효과를 추가하고자 하는 노력을 수행하였고, 실제다양한 형태의 뇌파 패턴 중에서 장기 기억 및 학습과 연관된 형태의 뇌파로 많은 연구가 되어진 Theta-gamma가 coupling 된 TBS (Theta Burst Stimulation with Gamma)라고하는 명칭되는 파장의 특성을 초음파 신경조율기법에 접목하여 새로운 TBUS (Theta Burst Ultrasound Stimulation with Gamma) 패턴의 초음파 자극을 개발하였습니다. 이 TBS 파장은 coupling이 잘 될수록 인지 기능 및 학습에도 긍정적 영향을 주면서, 운동 조율도 된다는 연구결과들이 있었기에 이 연구에서는 기계적 자극인 초음파를 통해서 실제 전기신호로써의 뇌파를 재생할 수 있는 지와 서로 theta파와 gamma 파간의 커플링이 초음파를 통해서 이루어지고 TBUS 자극이후에도 기억 및 학습에서 관찰되는 것처럼 효과가 오랜 시간 (수시간이상부터 수일) 동안 지속이 되는지를 알아보고자 노력하였습니다. 실제로 초음파 자극을 실험동물의 두피 외부에서 뇌의 운동피질 영역으로 전달할 경우에 운동 학습을 담당하는 뇌피질에서 theta, gamma 뇌파들간에 coupling이 잘 일어남을 확인했고, 이를 이용해서 이미 널리 알려진 장기 기억 및 학습의 분자기전으로 알려진 장기 강화 (long-term potentiation, LTP)와 장기 억제 (long-term depression, LTD)를 유발 할 수 두 가지 다른 자극 패턴을 밝혔습니다. 또한 초음파를 통해서 유발되는 장기강화와 장기 억제현상에 관여하는 신호전달기전을 연구하고자 다양한 실험기법 (약물 실험, patch clamp, 칼슘 측정을 위한 바이오 이미징 기법 등)들을 적용하였고 이를 통해서 초음파 신경조율기법 및 장기 효과와 관련된 여로 경로에 대한 연구를 수행하였습니다 (그림 참조). 무엇보다도 이러한 운동피질에서의 초음파 신경 조율기법의 적용은 실제 실험동울에서의 운동학습과 관련한 기억 및 학습에 영향을 미침을 관찰하였습니다.
본 연구가 가지는 연구의 중요성은 비침습적인 방법을 이용하여 정상 생쥐의 뇌 기능을 조절이 가능하다는 점과 동일한 에너지 (예 동일한 초음파 자극 횟수) 그러나, 뇌에 인가할 때 다른 형태의 패턴 (간헐적 intermittent, 연속적 continuous)에 따라 양방향 (장기 강화 또는 억제)으로 뇌의 흥분성을 조절할 수 있다는 점에서 의미가 큰 것 같습니다. 또한 이 연구에서 수행한 정상적인 뇌의 기능에 대한 비침습적인 초음파 유도 흥분성 조절에 대한 이해는 향후 뇌 기능의 흥분성 이상과 관련한 다양한 뇌 질환 (예, 간질, 우울증, 통증, 기억 및 학습을 포함한 인지기능의 이상)에도 적용 가능할 것으로 생각됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 기초과학연구원 (IBS) 인지 및 사회성 연구단의 박주민 교수님 (IBS-UST 스쿨 교수, IBS-UNIST Neuroscience Program 교수)의 지도아래에서 진행되었습니다. IBS, 인지 및 사회성 연구단에는 유전자 수준부터 행동실험에 이르기까지 다양한 연구주제를 다루는 전문성이 확보된 연구단이며, 최고의 전문가들이 함께 열린 공간에서 자유로운 토론과 협력관계를 통해서 어떠한 연구주제에 대해서도 함께 논의를 하며 긍정적 시너지를 낼 수 있는 연구소라 생각됩니다. IBS가 갖춘 다양하면서도 우수한 연구진과 인프라는 제가 생각하고 있는 가능한 아이디어들을 실제 흥미롭고 창의적인 연구를 수행할 수 있는 곳입니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
박주민 교수님의 지도 아래, 제가 알지 못했던 많은 것들을 배우게 되었습니다. 그 덕분에 실험의 재미를 경험하고, 결과를 도출하는 즐거움을 느낄 수 있었습니다. 이러한 배움을 IBS에서 진행되는 하계와 동계 인턴쉽 프로그램에서도 공유하였고, 그 결과로 부사수였던 인턴이 어느덧 연구실에 들어와 함께 연구하는 동료가 되었기에 함께 논의하고 연구를 진행하는 재미와 보람도 느낄 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
인지 및 사회성을 연구하고 싶으시다면 ibs 인턴쉽 프로그램을 이용하거나, 개인적으로 교수님들께 연락드려서 인턴 경험을 쌓는 것이 중요하다고 생각합니다. 더욱이 기초과학연구원에서는 여러 연구실이 한 곳에 어우러져 있어서, 여러가지 연구를 좋은 환경에서 경험하실 수 있을 거라 생각됩니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
저는 IBS-UNIST 학연장학생으로 석박통합생인데요, 박주민 교수님과 함께 신경조율에 대한 이해와 방향성을 설정하고 이를 토대로 김성필 교수님과 인공지능 및 컴퓨터를 이용하여 분석 및 신경 조율 조절 등을 활용해보고 싶습니다.
현재는 비침습적인 자극으로 정상 쥐의 운동 조율 및 학습을 다뤘다면 앞으로는 더 나아가 질병 모델을 치료하거나, 정상 쥐를 더 뛰어나게 만들어보고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
하나부터 열까지 손수 가르쳐 주시고, 실험에 대한 사랑과 열정을 보여주셨던 박주민 교수님께 먼저 감사 인사를 드리고 싶습니다. 앞으로 졸업할 때 까지 어쩌면 졸업 후에도, 저를 좋은 연구자로 성장할 수 있도록 인도해주실 거라 믿고 있기에 대학원생이 될 수 있었던 것 같습니다. 그리고 우리 연구실에 따스한 봄날의 햇살 같은 존재, 이제는 박사님이 된 tien도 공동 저자로 함께 힘써주었기 때문에 무사히 리비전도 마무리하고, 좋은 논문과 연구를 할 수 있었습니다. 이 인터뷰를 빌려 감사인사 전하고 싶습니다.
이 논문을 쓰기까지 많은 도움을 주신 이근형 박사님, 김정숙 선생님, 이상영 선생님, 이정무 박사님, 도종록 박사님, 이도윤 박사님, 김성필 교수님, 이규필 교수님, 박진형 교수님, 이창준 단장님께 감사드리고 우리 랩 멤버, 정말 많이 의지하는 사랑하는 내 동기 설희언니, 항상 척척 모든 걸 해내는 대견한 동하랑 중현, 타지에서 고생하지만 좋은 연구를 보여주는 jay까지 너무 고맙습니다. 대학원이라는 긴 마라톤에서 처음부터 이렇게 좋은 성과를 낼 수 있었던 건 좋은 선생님들과 박사님들이 있었기에 가능했던 것 같습니다. 앞으로도 더 좋은 연구결과 보여드리겠습니다. 감사합니다.
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