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이승찬
이승찬(Seung-Chan Lee) 저자 이메일 보기
Rutgers University-Newark
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Differential Recruitment of Competing Valence-Related Amygdala Networks during Anxiety
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

Amygdala는 인간과 동물의 정서적인 학습에 매우 중요한 역할을 하는 뇌영역으로 알려져있습니다. 특히 1980-90년대경 부터 inactivation 기법을 이용한 연구등을 통하여 amygdala가 신경과학에서 널리 이용되는 학습(learning) 패러다임인 fear conditioning의 습득과 표현에 매우 중요한 역할을 한다는 것이 보여졌고, 그러한 연구결과들은 amygdala가 동물의 공포반응을 주관하는 뇌 영역으로서 대중적으로 인식되는데에 공헌하기도 하였습니다.

참고로 fear conditioning이란 특정 소리나 빛과 같은 중립적 감각자극을 전기자극과 같은 통증을 유발하는 감각자극과 함께 반복 제시를 할 경우, 나중에는 동물이 사용된 특정 소리나 빛만 제시해도 예측되는 통증에 대한 공포반응을 일으키게 되는 학습 현상을 말합니다. 이런 구조의 학습을 '고전적 조건형성' (classical conditioning)이라고 하는데, 이때 학습에 의해서 정서적 가치를 획득하게된 특정 소리나 빛과 같은 감각 자극을 '조건 자극' (conditioned stimulus (CS))라고 부르고, 원래부터 통증과 공포를 유발하는 전기자극과 같은 감각 자극을 '무조건 자극' (unconditioned stimulus (US))라고 부릅니다 . Fear conditioning은 부정적 감정을 유발하는 통증을 이용한 학습이라서 aversive learning으로 분류할수 있고 이와 반대로 음식과 같은 reward를 통해서도 비슷한 학습을 유도할수 있는데 (예를 들어서, 유명한 Pavlov's dog 실험), 이런 학습은 appetitive learning으로 분류할수 있습니다.

다시 본론으로 돌아와서, amygdala가 fear conditioning에 매우 중요한 영역인것이 이전의 연구들로 알려지긴 했지만, amygdala의 역할이 단지 fear conditioning과 관련된 것만이 아니라 reward를 기반으로 하는 appetitive learning의 습득과 표현에도 중요한 역할을 하며, 그밖에도 여러가지 memory, motivated behavior들의 조절에서 다양한 기능을 하고 있다는 연구결과들이 점차 알려지게 되었습니다. 따라서 더이상 amygdala를 단순하게 동물의 공포반응 만을 주관하는 뇌영역의 상징으로 표현하는 것은 엄밀하게 따진다면 적절치 않아졌다고도 하겠습니다.

여기서 갖게되는 하나의 의문은 어떻게 amygdala라는 단일 뇌 영역이 통증과 같은 부정적 정서에 기반한 aversive learning과 reward에 의해서 유발되는 긍정적 정서에 기반한 appetitive learning을 동시에 처리할수 있는가 하는 점입니다. 기존의 fear conditioning에 관한 가설에서는 CS의 신호를 담은 sensory input들이 amygdala 뉴런과 형성하는 synapse의 강도가 학습을 통해서 potentiation이 되고, 이에 따른 amygdala 뉴런들의 강화된 활성화가 직접 연결되어있는 공포반응을 유발하는 하위영역을 자극시킨다고도 생각했었기 때문입니다.

그러나 이같은 공포반응을 유발하는 회로만이 amygdala내에 존재한다는 가설로는 appetitive learning을 설명하기 곤란해집니다. 그렇다면 amygdala 내의 circuit이 어떤 방식으로 이루어져 있기에 그런 원래 중립적인 성격의 auditory 자극으로부터 두가지 매우 상이한 정서적 가치의 생리적 반응의 발현을 유도하는 역할을 해낼수 있느냐 하는 질문이 나옵니다. 이러한 의문에 기반하여, 본 연구는 amygdala의 주요 영역인 basolateral nucleus of amygdala (BL)의 뉴런들이 쥐가 aversive learning과 appetitive learning을 동시에 하고 CS에 반응하는 상황에서 어떠한 firing activity를 보이는지 자유롭게 움직이는 쥐의 뇌에 이식된 전극을 이용하여 직접 측정해본 연구입니다.

논문의 주요 결론을 요약해보면, (1) aversive CS와 appetitive CS에 의하여 강하게 흥분되는 뉴런들이 BL내에 존재하지만 이들은 숫자적으로는 비교적 작은 부분을 차지하며, 억제성 반응을 보이는 더 많은 숫자의 BL 뉴런들이 또한 존재한다. (2) aversive한 CS에 흥분성 반응을 보이는 BL 뉴런들과 appetitive한 CS에 흥분성 반응을 보이는 BL 뉴런들은 대략적으로 서로 다른 집단이며, 상호간에 억제하는 관계가 우세하다. (3) aversive CS를 주는 것은 상황에 따라서 쥐들에게 장시간 지속되는 불안 상태 (anxiety state)를 유발하며, 일부 BL 뉴런들은 그런 anxiety state와 진행과 비슷한 시간적 패턴의 활성도의 증가 혹은 억제 반응을 보인다. (4) anxiety에 연관되는 BL 뉴런들은 aversive CS나 appetitive CS에 의해 활성화 되는 BL뉴런들과 특정한 상관관계를 보이는데, aversive CS나 appetitive CS에 의해서 활성화 되는 뉴런들은 anxiety 상태에서 전반적으로 기저활성(baseline activity)가 각각 증가하거나 감소한다. 이 연구는 BL 내에 두가지 반대되는 정서적 가치에 각각 따로 특성화된 뉴런들이 섞여서 존재하고 있음을 보였고, BL뉴런들이 기존에 알려진 classical conditioning의 CS에 의한 반응뿐 아니라 CS 없이 장기간 지속되는 anxiety state와 관련된 활성을 보인다는 것, anxiety와 단기적 공포반응은 일정부분 유사한 neural mechanism을 공유할 것이라는 증거를 제시하였습니다.

오랜 기간동안 amygdala에 관한 많은 연구들이 있어왔고, 많은 기능을 이해한듯 보일때도 있었지만, 아직도 우리는 amygdala 기능의 일부만을 파악하고 있는것 같다고 생각됩니다. 본 연구도 일부 해답을 제시하기도 했지만, 앞으로 해답을 찾아야할 질문들을 만들어내기도 했습니다. Amygdala의 많은 뇌영역들과의 복잡한 해부학적인 연결 양상을 볼때, memory, decision making, motivated behaviors등 많은 다양한 뇌 기능에서의 amygdala의 기능들이 앞으로 계속 밝혀지지 않을까 예상해봅니다.

모든 연구가 그렇듯이 크고 작은 에피소드가 있었고 순탄하지만은 않았는데, 몇가지 소개하자면, 연구를 시작할때 부터 경쟁 그룹에서 비슷한 주제로 이미 훨씬 앞선 결과를 갖고 있다는것을 알고 있는 상태로 연구에 뛰어들었어야 했고, 중간에 또 다른 그룹에서 비슷한 주제로 논문을 먼저 내었지만, 결국 우리 그룹만의 고유한 내용과 해석을 갖고서 논문을 발표할수 있었어서 다행스럽게 생각합니다. 또한 anxiety에 의해서 활성이 강하게 조절되는듯한 몇몇 뉴런들을 처음 보고 예상치 못했던 데이터라서 어떻게 해석해야 할지 당혹스럽기도 했으나, 여러 보충 데이터로 레코딩 데이터의 퀄리티에 자신감을 가질수 있었고, 이에 anxiety에 의한 조절이라는 가설을 세우고 데이터를 여러 각도로 분석하여 흥미로운 결론들을 얻을수 있었던것 같습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

본 연구를 진행한 기관은 미국 New Jersey주 Newark에 위치하고 있는 Rutgers University, Newark campus 소속의 Center for Molecular and Behavioral Neuroscience (CMBN) 입니다. Rutgers University는 뉴저지주의 대표적인 주립 대학교로서 Rutgers, the State University of New Jersey가 정식 명칭입니다. Rutgers 대학교는 뉴저지주 중부에 위치한 New Brunswick의 메인 캠퍼스를 포함하여 몇개의 캠퍼스를 갖고 있는데, Newark 캠퍼스는 비교적 소규모의 캠퍼스로 New York City(NYC)에서 그리 멀지 않은 Newark시의 다운타운 내에 위치하고 있습니다. 전원풍의 아름다운 New Brunswick 캠퍼스와 달리, Newark 캠퍼스는 도시의 분위기가 강한 캠퍼스이지만, NYC과의 근접성으로 인해서 도시적인 삶을 좋아하는 사람들에게는 직장과 학교로서 장점을 가진 곳인것도 같습니다. 맨하탄에서 전철로 30분 정도면 갈수 있다는 근접성으로 인해서 (참고로, NYC와 Newark은 뉴욕주와 뉴저지주의 경계 지역에 위치해 있습니다.) 대학원생이나 포스트닥들이 NYC에서 살며 출퇴근하기도 합니다. 과거 Newark시가 치안이 별로 좋지 않은 도시로 알려져있었지만, 실제 캠퍼스 내에서 지내다보면 그런 점을 그다지 느낄순 없었습니다. CMBN은 그렇게 크지 않은 연구소이지만 쟁쟁한 신경과학자들이 연구하고 있어 학문적인 내공이 탄탄한 곳입니다. 몇년전에 NYU로 옮긴 hippocampus 연구의 대가 Gyorgy Buzsaki가 젊은 시절부터 최근까지 오랜 기간 많은 연구들을 만들어낸 곳이기도 하고, 현재에도 신경과학 각 분야의 뛰어난 교수님들이 계시고, 최근에 실력있는 신임교수들을 많이 부임하면서 젊은 분위기로 변화를 하고 있는 모습을 볼수 있었습니다.

3. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

저 자신이 크게 후배들에게 모범이 될만한 경력을 만들어오진 못한것 같아서 어떤 도움 말씀을 드리기 쉽지 않은것 같습니다. 다만 저를 어린 시절부터 매료시켰던 신경과학이란 분야의 매력과 이 학문에 대해서 가졌던 열정을 잃지 않으려고 나름 노력해온것이 어려움 속에서도 저의 추진력이 되고 학문적인 시야를 조금이라도 넓히는데에 도움을 주지 않았나 생각해봅니다. 어떤 학문적인 유행이나 직업인으로서 성공하는 것을 가끔은 떠나서, 본인들이 신경과학에 입문할때 가졌던 학문적인 열정과 흥미를 다시 되새겨보고 스스로에게 어떤 연구를 하고싶은지 질문을 던지면서 연구를 해나가면 어떨까 생각해봅니다. 그리고 연구라는 것이 대개 수많은 실패와 좌절을 동반하게 되는데, 그런 심적으로 어려운 순간들을 잘 극복하는 것도 중요한 부분인것 같습니다. 남들과 너무 비교하지 않도록 노력하고, 대부분의 많은 성공의 밑에는 보이지 않는 수많은 실패와 오랜 시간의 노력들이 있다는 점을 생각해보는 것이 어려운 순간들을 견뎌내는데 조금이라도 도움이 되었던것 같습니다.

4. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

지금까지의 연구 경험 바탕으로 연구과제의 책임자로서 제가 관심을 가져온 drug addiction이나 motivated behavior의 neural mechanism에 관한 연구를 할수 있기를 희망하고 있고, 그러한 기회를 갖기 위해서 노력하고 있습니다.
 등록일 2017-12-18
Category: Neuroscience
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