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신혜영
신혜영(Hyeyoung Shin) 저자 이메일 보기
Brown University
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Persistent Gamma Spiking in SI Nonsensory Fast Spiking Cells Predicts Perceptual Success

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

뇌가 어떻게 생각을 만들어낼까요? 신경세포들은 활동전위 (스파이크)로 통신을 하는데, 스파이크의 유무가 통신에 필요한 거의 모든 정보를 담고있단 점에서 마치 컴퓨터의 비트와 비슷하다 생각할 수 있습니다. 컴퓨터가 문자를 읽어나갈 때, ASCII 코드는 7비트 단위, ANSI 코드는 8비트 단위, Unicode는 16비트 단위로 읽어들이듯이, 대뇌도 고정된 시간 단위로 스파이크를 읽어들여 통신을 한다고 생각되고 있습니다. 그런데, 이 시간 단위에 대한 논쟁이 몹시 치열합니다. 어떤 과학자들은 1ms 스케일에서 여러 신경 세포들이 동시에 스파이크 하는 동조 (synchrony)가 신경세포 통신의 원리라고 생각하는 반면 (synchrony code), 어떤 과학자들은 100ms 스케일의 단위 시간동안 신경세포가 몇번 스파이크 했는지가 핵심이라고 생각하고 있습니다 (rate code).

감마파 (gamma oscillation, gamma rhythm)는 뇌 활동을 ~40Hz (초당 40회) 박자로 지휘함으로써, 신경세포 간 synchrony를 형성하는데에 유용하다고 알려져있습니다. 그리하여, rate code를 믿는 과학자들은 감마파가 별 쓸모 없는, 뇌의 “배기가스” 라고 생각하고 있습니다. 과학자들이 rate code를 주장하는 이유중의 하나로, 박자기처럼 감마파로 일정하게 박자를 지키는 뇌 신호가 도대체 어디 있냐는 논점이 있습니다. 제가 박사과정 중 발견한 gamma regular nonsensory fast spiking neurons (grnsFS)라는 신경세포 부류는, 이러한 논점에 대한 반박이라 할 수 있습니다. grnsFS 신경세포들은, 일정 주기로 스파이크 함으로써 40Hz의 박자를 형성하였습니다. 또다시 컴퓨터에 비유하자면 마치 CPU clock과 같은 기능이라 볼 수 있습니다. 뿐만 아니라, 이 박자가 얼마나 정확하냐에 따라 생쥐의 인지능력이 좌우되었습니다. 이는, 대뇌의 촉각감지부위에 40Hz 리듬이 존재하며, 이 리듬의 정확도가 촉각 감지 능력과 비례함을 의미합니다.

현 논문은 생쥐 대뇌의 한 부위에서 grnsFS 신경세포들을 발견하는 것으로 그쳤지만, 앞으로 grnsFS 신경세포들을 대뇌의 다른 부위에서도 찾아 대뇌 부위 간 통신에 이 신경세포들이 어떻게 기여하는지를 밝히는 것이 중요할 것입니다.

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

이 연구는 제 박사과정 연구의 일부였고, 저는 브라운대학교에서 박사학위를 받았습니다. 브라운대학교의 뇌과학은 굉장히 협동적이어서, 이 연구와 관련하여 교내 여러 교수들로부터 많은 조언과 피드백을 받았습니다. 특히 제 지도교수이시자 공동 저자이신 크리스 무어 교수님과는 수많은 열띤 토론을 나누며 끊임없이 아이디어를 주고받았습니다. 또한, 무어 교수님은 학생들에게 자율권을 많이 주시는 분이셔서, 연구의 독자성을 키우는 데에 더할나위 없이 좋은 환경이었습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

뇌과학에 대한 제 열정은 뇌가 어떻게 연산을 하는지, 이 원리에 대한 호기심에서 비롯됩니다. 대학원 시작 당시에는 이 질문을 수학적 모델링 및 시뮬레이션을 통해서 접근했는데 (computational neuroscience), 아직 뇌에 대해 알려진 것이 너무나 부족해서 이 접근 방식의 한계를 느꼈습니다. 시뮬레이션을 하려면 전제들이 필요한데, 이 전제들이 데이터 보다는 주로 가정에 기반되어 있으니 시뮬레이션이 뇌에 대해 가르쳐 줄 수 있는것에 한계가 있었던 것이지요. 그래서 시작한 생쥐 실험을 하며 느낀 점이, 실험과 모델링을 병합하는 데에 엄청난 잠재력이 있다는 점입니다. 모델링을 통해 실험 데이터를 새로운 시각으로 분석 할 수 있고, 실험을 하면서 모델링에 필요한 전제들을 직접 밝혀낼 수 있기 때문이지요.

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

학부생으로 연구할 때, 가장 흥미로운 연구 주제를 찾겠다는 열의로 이 랩 저 랩 발 담가보기 일쑤인데, 그보다는 한 랩에서 최대한 오래 연구 경험을 쌓는 것이 좋습니다. 학부생 연구를 통해 얻을 수 있는 가장 소중한 교훈은 랩이라는게 어떻게 돌아가는건지, 그 시스템에 대한 이해를 터득하는 것이거든요.

또한, 제 부족한 경험으로는 미국 유학에 대한 조언만 해 드릴 수 있을것 같은데, 미국 대학원에서 가장 중요하게 생각하는 것은 연구 경력입니다. 미국으로 교환학생 오실 수 있으시다면 그 때 꼭 연구 경험을 쌓도록 하세요. 제 개인적 경험으로는 학부생 때 여기만의 독특한 연구 문화를 체험해 본 것이 큰 도움이 되었습니다.
이 외에도 고민 상담하고 싶으시면 제게 이메일 주세요.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

박사후 연구원으로서 계속해서 인지작용 중 뇌 활동을 연구할 계획입니다. 몇 년 후에는 principal investigator로서 제 랩을 차려서 연구를 계속하고 학생들을 양성하고자 합니다. 이번에 발견한 grnsFS 신경세포들이 워낙 흥미로운 뜻밖의 발견인지라, 이 연구에 이은 후속 연구도 진행할 계획입니다. 특히, 위에서 언급한대로, 대뇌 부위 간 통신에 이 세포들이 어떻게 기여하는지를 연구하고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

제가 학부생일 때는 한국에 아직 뇌과학이 그다지 왕성하지 않았는데, 제가 대학원에 있는 동안 한국의 뇌과학이 크게 성장하였습니다. 세계적으로 보아도, 현재 뇌과학이 많은 지원과 관심을 받고 있습니다. 20세기 초반에만 해도 사람의 뇌로 사람의 뇌를 이해하는 것은 불가능하다는게 대다수의 의견이었는데, 오늘날에는 하루가 다르게 뇌에 대한 새로운 사실을 밝혀내고 있습니다. 이렇게 뇌과학이 빠르게 발전하는 시대에 뇌과학을 연구할 수 있어서 축복이라고 생각합니다. 이 속도로 나아갔을때, 뇌가 어떤 원리로 작동하는지 사람의 뇌로 이해하는 날이 머지 않을 것입니다. 이 얼마나 경이로운 일입니까!

 

 등록일 2019-08-14
Category: Neuroscience
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