최근의 뇌 신경과학 연구를 통하여 인간의 정신활동과 갖가지 행동의 근본이 신경 신호 전달물질에 의존하는 뇌 신경회로의 기능에 의하여 이루어지고 있다는 사실이 밝혀지고 있다. 신경과학은 대표적 융합 학문이라 할 수 있다. 뇌 기능을 연구하기 위해 생리학 및 약리학적 연구가 활발히 이루어졌으며, 여기에 유전자 적중 기술이 발전 하면서 유전자 변형 생쥐를 이용한 뇌 기능 연구는 기존의 생리학적 실험결과들을 개체수준에서 검증할 수 있는 획기적인 도구로써 사용되고 있다. 최근 들어 기존의 전기 생리학적 연구기법들이 전자 및 전기 공학의 발전과 더불어 최근 새롭게 부상하고 있는 광유전학(optogenetics) 기술과 접목 되면서 특정 신경세포 단위의 조절이 가능해져 신경과학 연구의 비약적 발전이 이루어질 것으로 예상된다. 게다가 정보 처리 기술의 눈부신 발전과 접목되어 두뇌정보처리, BCI (brain-computer interfacing) 테크놀로지, 인조안구, 인조 뇌 개발 등 첨단분야를 형성하고 있다.
본연구실은 동물 모델을 이용한 행동 분석에서부터 뇌파와 같은 동물 개체 별 뇌기능 변화, in vivo brain activity, in vitro brain slice 에서의 전기 생리, 단일 신경세포와 이온 채널의 전기 생리학적 연구를 통해 인지 기능을 분자 레벨에서 행동까지 설명하는 연구를 진행하고자 한다. 주된 연구 관심 분야는 의식/무의식 상태 조절에 관여하는 뇌회로를 이해하고 조절 기전을 밝히고자 한다. 이에 관련되는 뇌신경세포의 활성을 조절하는 각종 ion channel들의 조절 기전을 이해 함으로써 분자 수준에서부터 회로 수준까지 기전을 이해하는 것이 연구의 방향이다. 또한, 비정상적인 의식 조절상태, 우울증 및 간질 등 뇌회로 synchronization에 이상이 생긴 뇌질환에 대한 연구를 통해 치료법에 대한 중요한 단서를 제공하고 새로운 신약 개발에 기여하고자 한다.
● Consciousness and neuronal activity
의식과 무의식 상태로 전환될 때 뇌에서는 다른 형태의 뇌파가 생성된다. 뇌에서 파동이 일어나는 것은 개별 뇌신경세포들의 발화(Firing)들이 뇌회로 수준에서 synchronized되기 때문이다. 뇌신경세포 활성의 synchronization은 수면, 각성, 집중 상태 등 다양한 뇌 상태에 따라 다른 양상을 보이며 각성상태에 따라 대뇌피질 (cortex),와 시상 (thalamus)의 신경세포의 firing pattern이 달라지는 것으로 알려져 있다. 이 때의 시상 이러한 패턴의 변화에는 다양한 종류의 이온 채널들이 관여되는 것으로 생각되며 채널활성의 조절이 뇌파의 변화와 나아가 의식 상태의 조절에도 매우 중요한 것으로 생각되고 있다.
뇌세포들의 과도한 synchronization은 간질을 일으키는 주요 원인이나, 간질의 종류에 따라 그 발생 기전은 매우 다른 것으로 보고 되고 있다. 또한, 우울증과 같은 감정 조절에 문제가 생긴 환자들에서도 전두엽의 활성 감소와 함께 다른 뇌부위와의 synchronization도 감소된 것이 보고되었다. 이에 본 연구실은 다양한 의식 상태에서의 뇌세포들의 synchronization 기전과 뇌회로의 Synchronization에 이상이 생긴 것으로 생각되는 뇌질환에서 뇌회로의 변화를 연구하여 그 치료법을 찾고 나아가 전반적인 뇌파별 생성에 관여하는 뇌회로 및 그 조절기전을 연구하고자 한다.
