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공포치료·시공간 정보처리 과정 밝힌 신경공학, 뇌 연구 혁신 이끈다

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2019년 05월 20일 15:29 프린트하기

이진형 미국 스탠퍼드대 교수가 20일 서울 KIST에서 개최된 국제신경공학컨퍼런스에서 최신 신경공학 기술을 소개하고 있다. 윤신영 기자
이진형 미국 스탠퍼드대 교수가 20일 서울 KIST에서 개최된 국제신경공학컨퍼런스에서 최신 신경공학 기술을 소개하고 있다. 윤신영 기자

“뇌를 측정하고 자극을 가하는 신경공학은 인지 및 사회성 연구 등 뇌과학 발전에 정말 중요합니다. 신경공학의 발달이 뇌과학 발달과 궤를 같이 한다고 볼 수 있습니다. ”


국내 뇌 연구의 권위자인 신희섭 기초과학연구단(IBS) 인지 및 사회성연구단장은 20일 서울 한국과학기술연구원(KIST)에서 개막한 제4회 국제신경공학컨퍼런스(ICAN)에서 이렇게 말했다. ICAN은 2016년 한국과 미국, 푸에르토리코, 독일 등의 연구자들이 모여 개최하기 시작한 신경공학 분야 국제 학회다. 뇌 연구를 하는 과학자들은 물론 공학자들이 모여 뇌과학에서 측정 및 자극 기술의 최신 연구 동향을 나눈다.  미세전지기계시스템(MEMS)과 미세유체기술 전문가인 윤의식 미국 미시건대 교수가 주도하고 있고 한국에서도 KIST를 중심으로 여러 연구자가 참여하고 있다. 

 

신희섭 기초과학연구단(IBS) 인지 및 사회성연구단장
신희섭 기초과학연구단(IBS) 인지 및 사회성연구단장

연구자들이 신경공학에 주목하는 이유는 뇌 특유의 복잡성 때문이다. 이진형 미국 스탠퍼드대 교수는 이날 오전 세션 발표에서 “뇌는 다양한 종류의 신경 세포가 존재하고 수가 1000억 개에 이르는 데다 세포가 보여주는 복잡한 연결성 때문에 신경세포 하나의 행동을 이해하기 어렵다”고 말했다. 다양한 관찰 기술과 더불어, 특정한 신경 세포에 자극을 가해 반응을 관측할 도구가 필요한 이유다. 

 

이진형 미국 스탠퍼드대 교수
이진형 미국 스탠퍼드대 교수

뇌 관련 학회지만, 참가자들 중에는 공학자들이 많다. 전자공학이 전공인 이 교수는 뇌의 부위별 활성도를 측정하는 기능성자기공명영상(fMRI)에 광유전학을 결합해 자극에 대한 반응을 실시간 관측할 수 있는 광유전학fMRI(ofMRI)를 소개했다. 광유전학은 10년도 안된 신생기술로 빛으로 특정 단백질과 유전자만 자극하는 기술이다. 등장 이후 뇌과학의 연구 방법을 혁신하며 숱한 새로운 발견을 이끌었다. 이 교수는 “이 기술로 특정 종류의 세포에 레이저로 자극을 가하고 그 때의 뇌 활성도를 시간 별로 관측할 수 있다”고 말했다. 

 

세바스천 로열 KIST 뇌과학연구소 신경커넥토믹스연구단 책임연구원은 뇌 속에서 자신의 위치와 공간 정보를 처리하는 일명 ‘장소세포’가 형성되는 과정을 뇌 속 공간과 시간에 따라 추적하는 기법을 소개했다. 윤 교수 역시 전자공학자로 뇌과학 연구에 큰 변화를 이끌었다. 윤 교수는 뇌 활동을 관측할 수 있는 탐침 기술을 연구해 오고 있다. 신 단장은 “윤의식 교수가 개발한 뇌 신호 탐지 기술은 현재 전세계 뇌과학자가 사용하고 있다”고 말했다.

 

세바스천 로열 KIST 뇌과학연구소 신경커넥토믹스연구단 책임연구원
세바스천 로열 KIST 뇌과학연구소 신경커넥토믹스연구단 책임연구원

신 단장 연구진은 KAIST 바이오 및 뇌공학과 정재승 교수와 빛을 이용해 공포 반응을 효과적으로 줄일 수 있음을 쥐 실험으로 확인했다고 지난 2월 국제학술지 네이처에 소개했다. 

 

연구진은 소리와 함께 전기 자극을 줘서 소리에 대한 공포를 쥐에게 학습시켰다.  이런 쥐에게 앞에서 발광다이오드(LED)를 이용해 1초에 1회 좌우로 움직이는 빛을 하루 30분 쪼여주면, 전통적인 공포 기억 삭제 치료만 한 쥐보다 훨씬 빨리 공포 기억이 사라진다는 사실을 알아냈다. 기존 치료법은 소리를 다시 들려주고 전기 자극을 주지 않아 “소리가 들려도 괜찮다”는 내용을 재학습시키는 방법을 썼다. 연구진은 여기에 좌우로 움직이는 시각 자극을 더하면 효과가 훨씬 좋

빛을 이용해 신경세포의 움직임을 세밀하게 조절하는 광유전학 기술을 적용했다. 

 

연구진은 "이 회로를 조절하는 약물이나 기술을 개발하면 외상후스트레스장애(PTSD)를 치료하는 길이 열릴 것으로 기대된다"고 밝혔다.

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