목 차

1. Presidential Special Lecture
- 2021 Nobel Prize Laureate (Dr. Ardem Patapoutian)
2. Special Lecture
- Organization of neuronal activity across the brain (Dr. Matteo Carandini)
3. Meet-the-Expert
- Studying the activity of large populations of neurons: Less is more? (Dr. Byron Yu)
4. Symposia / Minisymposia / Nanosymposia
- Neuronal mechanisms of decision-making
5. Poster session
6. 총평

 

1. Presidential Special Lecture

2021 Nobel Prize Laureate, Dr. Ardem Patapoutian (Scripps Research Institute)

학회 시작 첫날에는 작년 노벨 생리의학상 수상자 중 한 명인 Dr. Ardem Patapoutian의 강의가 있었다. 노벨상 수상자의 강의인만큼 많은 사람들이 큰 홀을 거의 가득 채웠다. Patapoutian 박사는 본인에게 노벨상 수상의 영예를 안겨준 PIEZO ion channel¹의 최초 발견 일화부터, PIEZO ion channel을 이용한 무궁무진한 연구 분야 확장 스토리를 청중들에게 매우 이해하기 쉽게 설명해 주었다. PIEZO ion channel 은 약 11개월간 71번의 negative result를 얻고 난 후, 72번째로 수행한 실험을 통해 존재를 확인하게 되었다는 과정이 매우 인상 깊었다. 그의 연구실에 박사 후 연구원으로 지원한 Bertrand Coste 박사는 Neuro2A cell을 whole cell recording 한 상태에서 glass probe를 이용하여 직접적인 mechanical 자극을 주어 보았다. 그 결과, Neuro2A cell에서 mechani-cally activation(MA)-current가 robust 하게 관측됨을 확인하였다. 그러나 이처럼 MA-current를 발생시키는 MA-channel은 그때까지 보고된 바 없었다. 따라서, 그는 Neuro2A cell line에서 생물 정보학적 분석을 통해 확인된 약 300여 개의 ion channel 후보들을 하나씩 RNAi screening을 통해 조사해 보기로 결정했다. 확실한 검증을 위해서 개별 ion channel에 대한 RNAi screening 실험을 여러 차례 반복하였고, 그 결과 한 ion channel마다 약 3일의 실험 시간이 소요되었다. 300개의 후보 중 72번째 ion channel을 RNAi knockdown 한 결과, 마침내 MA-current가 significant 하게 감소하는 것을 확인하였다 (그림 2). 그 후, PIEZO ion channel이 여러 body organ에서 touch sensa-tion, proprioception, mechanical itch, urination, iron metabolism, vascular flow sensing 등 다양한 역할에 중추적인 ion channel로서 기능하고 있음을 규명할 수 있었다.

과학적 발견과 그 의미에 대한 내용뿐 아니라, 발견에 이르기까지의 과정을 상세히 소개한 Patapoutian 박사는, 연구자의 배경과 무관하게 누구나 연구에 집중할 수 있는 환경이 조성되어야 한다는 점을 ‘레바논 태생’의 미국인 신경과학자로서 강조하였다. 이러한 맥락에서 그의 연구실(San Diego에 위치한 Scripps Research Institute)의 international 연구자 출신 지역 분포를 google map 상에서 보여주었는데, 지금은 북반구에서만 고르게 분포하고 있다며 남반구 출신의 과학자들도 언제든 환영한다는 위트 있는 농담도 흥미로웠다. Patapoutian 박사의 이번 presidential special lecture는 종합적으로 노벨상 수상자의 품격과 아우라가 물씬 느껴지는 강연이었다.
 

2. Special Lecture

Special lecture session에서는 신경 과학의 각 분야에서 연구를 선도하고 있는 11명의 연구자를 초청하였다. 그중, 가장 인상적이었던 Carandini 박사의 강연을 소개하고자 한다.

“Organization of neuronal activity across the brain”
- Dr. Matteo Carandini (University College London)

Carandini 박사는 현재 영국의 University College London에서 Dr. Kenneth Harris와 함께 Cortex lab를 공동 운영하면서, systems neuroscience 분야의 연구뿐만 아니라 다양한 첨단 실험 기술 개발에도 참여하고 있는 세계적인 석학이다. 본 special lecture에서, 그는 지금까지 Cortex lab에서 진행된 여러 흥미로운 연구 내용들을 발표하였다.

- “Nonvisual signals in visual cortex”

약 70년 전, Danial Hubel과 Torsten Wiesel 박사는 마취된 cat의 visual cortex (V1)에 전극을 삽입하여 시각 자극에 반응하는 neuronal activity 측정을 시도하였다. 그 결과, cat V1 neuron은 다양한 각도로 움직이는 막대기 시각 자극 중, 특정 방향으로 움직이는 시각 자극에 대해 훨씬 강하게 반응함(orientation and direction selectivity)을 발견하였다. 또한, 그들은 cat V1에서 ocular dominance column², visual receptive field³ 등을 발견하였으며, ‘visual system의 정보 처리 과정을 규명’한 공로로 1981년 노벨상을 공동 수상하였다.

그 후, 과학기술의 발전으로 ‘마취’된 상태가 아니라 깨어 있는 상태에서, 심지어 행동 과제를 수행하는 도중에 주어지는 시각 자극에 대한 V1 neuron의 활성 정도를 측정할 수 있게 되었다. 그 결과, 동일한 시각 자극을 여러 차례의 시기(trial)에 걸쳐 반복해서 보여줄 경우, V1 neuron의 활성 정도에는 매 시기마다 편차가 있었다. 이와 같은 ‘시기별 편차(trial-to-trial variability)’는 전통적으로 잡음(noise)으로 간주되어 큰 주목을 받지 못했다. 그러나 약 10년 전부터, 이와 같은 ‘잡음’은 사실 연구자가 측정하지 못했거나 혹은 주목하지 않았던 다른 요소들, 특히 동물의 행동 상태와 관련된 신호라는 실험적 증거들이 많은 연구 group들에 의해 제시되었다(Michael Stryker, PMID: 20188652; David McCormick, PMID: 26074005; Andreas Tolias, PMID: 25374359; Jessica Cardin, PMID: 25892300; Matteo Carandini & Kenneth Harris, PMID: 31000656; Anne Churchland, PMID: 31551604). 더 나아가, Carandini 박사의 연구실에서는 시각 정보를 감지해야 하는 행동 과제를 수행하는 mouse의 뇌 여러 영역에 최근 개발된 초 고밀도 전극인 Neuropixel probe (그림 3)를 삽입하여 neuronal activity의 광범위한 측정을 시도하였다. 그 결과 거의 모든 뇌 영역에서, 물론 정도의 차이는 존재하지만, 시각 자극에 대한 반응 이 외에도 움직임, 선택, 과제 참여 정도 등의 여러 정보들과 관련된 비(非) 시각적 신호들 또한 함께 관측됨을 증명하였다(PMID: 31776518).
 

- “Transcriptomic axis correlates with nonvisual signal responsiveness”

Carandini 박사는 앞서 소개한 주제에서, 행동 상태 등을 표상하는 비시각적 신호들이 mouse V1에서 왕성하게 관측됨을 확인하였다. 하지만 비시각적 신호와 관련된 neuronal activity가 발생하는 정도에는 개별 V1 neuron에서 차이가 있었다. 즉, 행동 상태와 관해 neuronal activity가 크게 변화하는 V1 neuron들도 있었지만, 그렇지 않은 V1 neuron들도 존재하였다. 한편, cortex에는 상이한 transcriptomic expression을 보이는 다양한 cell-type의 neuron이 있다는 선행연구를 바탕으로(PMID: 30382198), 그의 연구팀은 cell-type별로 행동 상태에 따른 neuronal activity 조절 강도를 비교 분석해 보았다. 그 결과, 흥미롭게도 cell-type 별로 행동 상태에 따른 neuronal activity 조절 강도에 차이가 있었으며, 각각의 cell-type들은 두 변수(transcriptomic & neuronal activity) 사이에서 선형적인 관계 속에 분포되어 있음을 최초로 규명하였다 (그림 4).
 

3. Meet-the-Expert

Meet-the-Expert session에서는 각 신경과학 분야의 전문가를 초청하여 연구 결과뿐 아니라, 발표자만의 특색 있는 career development 과정, 발표자가 생각하는 과학자로서의 가치관 등과 같이 다양한 주제들에 대해 이야기하고 질의응답을 갖는데, 이는 다른 학회에서는 쉽게 찾아볼 수 없는 특별한 상호 교류의 장이다. 각자 분야에서 열심히 연구 중인 9명의 전문가가 초청되었고, 그중에서 필자가 참석한 session은 11월 13일 오후 1-2시에 진행되었던 Yu 박사의 강연이었다.

“Studying the activity of large populations of neurons: Less is more?”
- Dr. Byron Yu (Carnegie Mellon University)

Yu 박사는 현재 Carnegie Mellon University에서 연구를 수행 중인 computational systems neuroscientist이다. 그는 학부시절 전기 공학을 전공하여 당시 생물학에 대한 수업은 한 번도 들은 적이 없었다고 했다. 그러나, ‘뇌’라는 복잡하고 신비로운 기관에 대한 호기심에 사로잡혀, Stanford의 Dr. Krishina Shenoy lab에서 대학원생 생활을 시작하게 되었다. 그곳에서, monkey의 뇌에 neu-ronal activity를 측정할 수 있는 전극을 삽입하여, brain-computer-interface를 통해 monkey의 특정 행동에 대한 생각을 읽을 수 있는 모델을 구현하였다. 또한, Yu 박사는 다 변량 dataset에서 가장 큰 특징을 추출해 낼 수 있는 ‘dimensionality reduction’을 통해 neuronal activity를 population level로 분석하는 방법론 (그림 5)을 도입한 연구자 중 한 명이다. 이 분석 방법은 필자를 포함한 systems neuroscience 분야의 많은 연구자들에 의해 다양한 연구에 매우 광범위하게 적용되고 있다.

‘실험을 직접 수행하지 않고 computational modeling을 통한 데이터 분석을 주된 업무로 하는 연구자라 할지라도, 실제로 실험을 해보는 경험은 매우 중요하다’는 Yu 박사의 말에서, 함께 연구하는 다른 실험 과학자들을 더욱 잘 이해하려는 노력이 느껴졌다. 스스로 dry lab을 운영하는 입장에서, 실제로 어떠한 과정을 통해 데이터가 획득되는지 근본적으로 이해하려 노력함으로써 자신의 지평을 넓히려는 Yu 박사의 태도는 매우 인상적이었다.
 

4. Symposia / Minisymposia / Nanosymposia

이번 SfN에서는 신경 과학 분야의 다양한 주제로, 총 11개의 symposia, 38개의 minisym-posia, 72개의 nanosymposia가 개최되었다. Symposia, minisymposia, nanosymposia에서 발표자에게 배정된 시간은 각각 25분, 20분, 15분이었다. 발표 시간(25분)이 상대적으로 길었던 symposia의 발표자는 대부분 PI분들이었지만, 발표 시간(15분)이 상대적으로 짧았던 nanosymposia의 경우 발표자의 대부분은 학생 혹은 박사 후 연구원이었다. 대부분의 학회와 마찬가지로 발표자 소개 및 질의응답을 진행하는 좌장이 있었으며, 전반적으로 시간 운영은 매우 엄격하게 이루어졌다.

가장 흥미로운 강연은, 학회 이틀 차인 11월 13일 오전에 진행된 ‘Neuronal mechanisms of decision-making’라는 제목의 nanosymposia에 주로 속했다. 제목에서 파악할 수 있듯이, 의사 결정(decision-making)과 관련된 신경 기전을 연구하는 Drs. Michael Shadlen, Christopher Harvey, Carlos Brody, Anne Churchland 등 systems neuroscience 분야의 유명 연구실에서 학생과 박사 후 연구원들이 현재 수행 중인 연구 내용을 발표하였다. 그중, 본 참관기에서는 아래 두 개 강연의 내용을 간략히 소개하고, 필자의 개인적인 견해를 일부 첨언하고자 한다.

“Population activity in secondary motor cortex and striatum is category-free during multisen-sory perceptual decision making”
- Chaoqun Yin from Anne Churchland lab (UCLA)

본 강연은 rat의 posterior parietal cortex (PPC) neuron들이 choice와 sensory modality에 대해 mixed selectivity를 보인다는 동일 연구실에서 발표된 이전 연구(Raposo et al 2014, PMID: 25383902)에 대한 후속 연구였다. 발표자는 rat의 PPC가 아닌 secondary motor cortex (M2)와 stri-atum에 Neuropixel probe를 삽입하여, 이전 연구와 동일한 행동 과제(two-alternative forced choice task⁴, multisensory (visual & auditory) decision-making task)를 수행 중의 neuronal activity를 single-neuron 수준에서 측정하였다. 그리고, choice, sensory modality, choice history, reward history라는 4가지 종류의 과제 관련 변수들이 M2와 striatal neuron에서 어떻게 encoding 되어 있는지를 분석하였다. 그 결과, 상당수의 M2와 striatal neuron들은 한 가지 이상의 변수에 대한 정보를 동시에 encoding 하고 있음을 확인하였다. 이는 같은 group의 이전 연구에서 보고된 mixed selectivity PPC neuron과 궤를 같이한다. 그러나, 최근 Adam Kepecs나 Nuo Li group에서 각각 발표한 orbitofrontal cortex (OFC, PMID: 31801999)와 anterolateral motor cortex (ALM, PMID: 36171427)의 연구에서 말하는, 신경세포마다 특이적 정보를 encoding 한다는 결과(selective cod-ing)와는 다소 상반된다.

“A distributed and efficient population code of mixed selectivity neurons for flexible naviga-tion decision”
- Shinichiro Kira from Christopher Harvey lab (Harvard University)
(Preprint: https://doi.org/10.1101/2022.04.10.487349)

본 강연에서는 Two-photon calcium imaging⁵을 통해 spatial navigation을 하면서 flexible decision-making을 수행하는 mouse의 여러 뇌 영역의 neuronal activity를 측정한, 방대한 양의 실험 데이터가 소개되었다. mouse posterior cortex neuron 중 일부가 감각 정보와 기억 정보가 조합된 ‘mixed-selectivity’를 보인다는 것을 확인하였는데, 이러한 neuron들은 posterior parietal cortex (PPC)나 visual cortex보다는 retrosplenial cortex (RSC)에 가장 많이 분포한다는 것을 확인하였다. 또한, RSC의 mixed-selectivity를 보이는 neuron들이 encoding 하는 정보의 양은 행동 과제 학습 이전에 비해 과제 학습 후에 훨씬 강화됨을 추가로 밝혔다.

두 강연에서는 systems neuroscience 분야의 오래된 질문 중 하나인 “specialist (selective coding) vs. generalist (shared or mixed selectivity) 논쟁 (그림 6)”에 대한 부분적인 대답을 제시하였다. 그러나, 신경 세포의 신호를 측정한 뇌 영역(OFC, ALM vs. PPC, M2, striatum), 행동 과제에 이용한 자극의 종류(tactile vs. visual, auditory), 혹은 행동 상태(head-fixed vs. freely moving)에 따라 상반되는 실험 결과가 보고되고 있다. 따라서, decision-making과 관련된 여러 뇌 영역에 존재하는 신경 세포의 coding mechanism에 대한 통합적인 이해를 위해서는, 앞으로 더 많은 연구들이 심도 있게 진행되어야 할 것이다.
 

5. Poster session

Poster session은 학회 기간인 11월 12일 오후부터 16일 오후까지, 오전(8-12시)과 오후(1-5시) session으로 나누어서 총 8회에 걸쳐 진행되었다. 한 poster session은 60-70개 정도의 세부 주제로 구성되어 있고, 하나의 세부 주제에는 대략 20여 개 정도의 poster가 배정되었다. 따라서, 한 poster session에는 약 1300개 정도의 poster가 발표된다고 할 수 있다. 1300개의 poster를 한 공간에 배치하기 위해 학회 주체 측에서는 San Diego Convention Center의 1층 전체를 poster 발표 장소로 배정하였다. 발표자가 poster 앞에 의무적으로 위치하여야 하는 시간은 4시간 중 1시간으로 정해져 있었다. 그러나, 대부분의 poster 발표자들은 배정된 1시간뿐만 아니라, 거의 4시간 동안 본인의 poster 앞에서 연구 내용을 열심히 설명하고 있었던 것 같다. Poster session 동안 다른 talk session들도 다른 공간(Convention Center 2층)에서 동시에 진행된다. 따라서, 관심 있는 talk과 poster session에 모두 참석하기 위해서는, 미리 시간과 동선 계획을 잘 수립하는 것이 중요하다.

앞서 Carandini 박사의 special lecture part에서 언급했던 것처럼, 최근 neuronal activity와 genetic profile 사이의 상관관계에 대한 연구가 systems neuroscience 분야에서 크게 각광받고 있다. 그러나 neuronal activity를 행동 과제 수행 중에 우선 측정한 후, in situ spatial transcriptomic analysis를 통해 single-cell 수준에서 동일 neuron의 activity와 genetic profile을 추적하는 실험은 기술적으로 매우 어렵다고 알려져 있다. 이와 관련하여 보고된 연구 결과들 또한 Kenneth Harris와 Matteo Carandini (PMID: 35794483), Jerry Chen (PMID: 34990233), Wei-Chung Lee (https://doi.org/10.1101/2022.04.13.488176) 등의 group에서만 발표된 정도로 매우 제한적이다. 따라서, 본 참관기에서는 위에 기술한 것과 정확히 일치하지는 않지만 관련된 실험 기법을 이용하여 진행된 두 연구를 소개하고자 한다.

“Brain-wide networks for functionally-distinct principal neurons in the primary somatosensory cortex”
- Ana Inacio from Soohyun Lee lab (National Institute of Mental Health)

본 poster에서는 mouse primary somatosensory cortex (S1)의 layer 2/3 (L2/3) neuron 중 자발적인 움직임에 의해 neuronal activity가 조절(mov-mod)되거나, 조절되지 않는(mov non-mod) subpopulation의 발견이 핵심이었다. Two-photon calcium imaging 기법을 통해서, 우선 L2/3 S1 neuron들이 각각 mov-mod 혹은 mov non-mod 타입인지를 확인한 다음, single-cell 수준으로 monosynaptic rabies tracing을 수행하였다. 그 결과, mov-mod L2/3 S1 neuron들이 non mov-mod L2/3 S1 neuron들에 비해 더 많은 monosynaptic thalamic input을 받고 있음을 확인하였다. 더 나아가, archaerhodopsin⁶를 이용하여 S1의 thalamic axon을 inhibition 하였을 때, S1 neuron들의 움직임과 관련된 activity들이 유의미하게 감소함을 확인하였다. 이 연구는 동일한 S1 neuron에서 neuronal activity pattern(움직임 관련 signal)과 해부학적 projection (thalamusS1)을 차례로 추적함으로써, 이 둘 사이의 상관관계를 직접적으로 증명하였다.

“Data-driven identification and perturbation of multi-regional and cell-type-specific neural population dynamics in reward history computation”
- YoungJu Jo from Karl Deisseroth lab (Stanford University)
(일부 내용은 논문으로 발표됨. PMID: 36113428)

해당 연구는 STARmap (PMID: 35794483) 기법을 이용하여 single-cell spatial transcriptom-ics 분석을 통해 mouse habenula에 여러 genetically, spatially distinct subpopulation이 있음을 발견하였다 (그림 7). 그 후, fiber photometry⁷, two-photon calcium imaging, 그리고 transcranial opto-tagging Neuropixel recording 실험 기술을 이용하여, reward consumption 행동 과제를 수행하는 mouse habenula에서 cell-type 별 neuronal activity를 측정하였다. 그 결과, Tyrosine hy-droxylase(TH)+ cell-type은 reward-predicting cue에 많이 반응하는 반면, Substance P marker인 Tac+ cell-type은 reward 획득 history 혹은 error에 관한 정보를 encoding 함을 확인하였다. 발표자는 foraging behavior를 수행하는 동안 mouse habenula에서 TH+와 Tac+ cell population의 neuronal activity를 측정하고, 각각의 cell-type이 실제로 foraging behavior와 어떤 관련이 있는지 규명하고자 two-photon holographic optogenetic stimulation⁸ 실험 및 computa-tional modeling을 수행하고 있다고 한다.
 

6. 총평

SfN은 코로나의 여파로 2020년에는 학회 전체가 취소되었고, 2021년에는 virtual 형태로만 진행되었다. 그 후, 3년 만에 on-site 형식으로 오랜만에 정상적으로 개최되었다. 필자는 2018년 박사과정 학생 시절에 처음 SfN에 참석했었다(그때도 올해처럼 San Diego에서 개최되었다.). 그 당시, 학회장의 규모에 한번 놀라고, 전 세계에서 신경 과학을 연구하는 사람이 이렇게도 많다는 사실에 한 번 더 놀랐던 경험이 있다. 그리고 항상 논문이나 연구실 홈페이지에서만 이름을 확인하던 소위 ‘big guy’들의 강연을 듣거나, 그들이 poster session에서 돌아다니는 모습을 직접 볼 수 있어 매우 신기했다.

전 세계에서 약 3만 명 가까운 연구자들이 참석하는 대규모의 학회인 만큼, Keystone sym-posia, Gordon research conference, Cold spring harbor meeting 등 세부적인 연구 주제를 가지고 단일 track으로 진행되는 소규모 학회와 달리, 신경 과학과 관련된 모든 주제를 다루는 다양한 구성의 session들이 동시에 병렬적으로 진행된다. 따라서, 학회 시작 전에 미리 관심 있는 강연과 poster의 시간, 장소를 파악하여 계획을 잘 세워야 유익한 시간을 보낼 수 있다고 생각한다. 이를 위해, 학회 주최 측에서 web과 스마트폰 상으로 제공하는 Neuroscience meeting planner라는 앱을 이용하면 큰 도움이 될 것이다. 해당 앱에서 참석자가 관심 있는 session 혹은 개별적인 강연 및 poster를 체크할 경우, 참석자 각자의 고유한 학회 일정표를 만들 수 있다. 스마트폰 앱에서는 체크한 일정에 대해 알람 서비스를 제공하고, 현장 참석자들의 경우 강연에 대한 실시간 질문 업로드도 가능하다. 한편, 현장 등록이 아닌 virtual 형태로 등록한 참석자들을 위해, 일부 session에 대해서는 live streaming 서비스 및 학회 종료 후 한 달 동안 다시 보기 서비스 또한 제공된다.

본 참관기는 동물의 행동과 신경 세포의 활성도(neuronal activity) 사이의 관련성을 연구하는 systems neuroscience 분야를 중심으로 작성되었으나, 생물학 전 분야에 종사하는 BRIC의 다양한 독자층을 고려하여 다소 생소할 수 있는 개념 혹은 실험 기법에 대해서는 각주를 첨부하였다. 또한, 일부 출판된 연구 결과에 대해서는 PubMed ID (PMID)로 출처를 표기하였다. 마지막으로, 본문의 내용 중에는 필자의 이해를 바탕으로 한 개인적인 의견 혹은 해석이 일부 포함되어 있을 수 있다는 점을 추가로 말씀드린다.

한편, 본문에서 소개된 session 이 외에도 Basic-Translational-Clinical Roundtable, Dual Perspectives, Meet-the-Clinician-Experts, Storytelling 등의 다양한 session이 있었다. 그뿐만 아니라, 공식 학회 시간인 오전 8시-오후 6시 이후에는 다양한 주제의 social event들도 있어서 전 세계의 연구자들과 social networking 또한 가능하다.

참고로, 내년 SfN은 Washington D.C.에서 11월 11-15일에 개최될 예정이다 (그림 8).
 

¹ PIEZO ion channel: mechanical stimuli를 감지하는 ion channel
² Ocular dominance column: 양안을 통해 들어오는 시각 정보에 반응하는 V1 neuron은 V1 내에서 각각 분리된 column의 형태로 존재한다는 것을 지칭하는 개념이다. Human, monkey, cat, ferret 등 많은 표유류의 V1에서 관측되지만, rat과 mouse의 V1에는 ocular dominance column이 존재하지 않는다.
³ Visual receptive field: 실재하는 외부의 시각 공간 내 어떤 위치에서 시각 자극이 주어졌을 때, 개별 V1 neuron의 spike를 어느 정도의 강도로 유발하는지에 대한 정보. Receptive field는 retinal ganglion cell 혹은 higher visual cortex에서도 관측되며, 그 모양과 형태는 매우 다양하다.
⁴ two-alternative forced choice task: 정신물리학 (psychophysics) 분야에서 널리 사용되는 행동 과제 중 하나로, 두 종류의 감각 자극 중 하나가 주어졌을 때 두 종류의 행동 중에서 하나를 선택해야 하는 구조를 가진다. 이를 통해, 피 실험자 혹은 실험동물의 감각 정보 처리 민감도를 정량적으로 측정할 수 있다. 또한, 해당 행동 과제 수행 중에 neuronal activity와 같은 physiological signal을 함께 측정함으로써, 과제 수행과 관련된 여러 변수들과 neuronal activity 사이의 관련성을 확인할 수도 있다.
⁵ Two-photon calcium imaging: in vivo 조건에서 single-cell resolution으로 neuronal activity를 측정할 수 있는 실험 기법. 일반적인 fluorescence microscope에서 사용되는 visible 파장대의 photon 대신, 훨씬 더 긴 파장 대의 infrared photon을 이용하여 fluorescence signal을 imaging 할 수 있다. 특히, light scattering을 줄여 더욱 깊은 brain region에서의 signal을 높은 spatial resolution으로 imaging 할 수 있다는 큰 장점이 있다.
⁶ Archaerhodopsin: Proton pump. Optogenetics에서는 빛을 통해 archaerhodopsin이 발현된 neuron의 hyperpo-larization을 유발함으로써 neuronal activity를 inhibition 하는 용도로 사용된다. 한편, 여러 연구 group에서 ar-chaerhodopsin를 이용하여 soma가 아닌 axon을 inhibition하는 실험 결과의 실효성에 의문을 제기한 바 있다. 관련 논문, PMID: 26950004.
⁷ Fiber photometry: GCaMP와 같은 calcium indicator 혹은 neuropeptide, neuromodulator sensor를 target brain region의 neuron에 발현시킨 후, optic fiber를 매개하여 fluorescence signal을 imaging 함으로써 neuronal activi-ty를 간접적으로 측정하는 실험 방법.
⁸ Two-photon holographic optogenetic stimulation: Channelrhodopsin과 opsin을 발현시킨 후, two-photon laser를 이용하여 single-cell level로 neuronal activity를 modulation 하는 기술. Two-photon calcium imaging과 함께 실험을 수행할 수 있으며, 이 경우 neuronal activity pattern이 확인된 특정 neuronal population에 대해서만 ac-tivity modulation이 가능하다는 큰 장점이 있다.