연구 소개

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항상성(homeostasis)은 생명 현상의 유지에 필수적인 기능으로, 우리의 뇌는 신경회로를 통해 몸의 생리적 상태와 행동을 강하게 조절하여 생체 시스템의 항상성을 유지합니다. 춥고 배고픈 상태가 싫고, 따뜻하고 배부른 상태가 좋듯이, 배고픔, 목마름, 추위/더위 등의 항상성 관련 상태들은 보상(reward)과 동기(motivation)와도 밀접하게 관련되어 있습니다. 항상성은 강하게 본능적 행동을 일으키며, 정량적인 연구를 가능하게 해 준다는 장점에도 불구하고, 다양한 항상성 유지 기능이 정확히 어떤 회로에서 정확히 어떤 신호들에 의해 처리되는지 우리는 잘 모릅니다.

한편, 살아 있는 매 순간 사람들은 기쁨, 화남, 불안 등 다양한 감정을 경험합니다. 이러한 감정(emotion)은 주변 상황에 대한 우리의 본능적인 판단이라고 할 수 있습니다. 감정은 우리의 인지, 사고, 행동 및 몸의 상태에 강력한 영향을 미치고, 감정의 부적절한 조절은 우울증(depression), 불안장애(anxiety disorders) 등의 정신 질환으로 이어집니다. 그러나 지난 수십 년간의 연구에도 불구하고, 여러 감정이 어떻게 뇌 신경회로의 작용으로 만들어지고 조절되는지에 대해 우리는 잘 모릅니다.

우리 연구실에서는 정확히 어떻게 뇌에서 다양한 감정 및 항상성 상태들이 생겨나고 처리되는지와, 어떻게 이들 메커니즘이 상호작용하는지를 밝혀냅니다. 이를 위해 우리는 현대 신경과학의 최신 기술들을 모두 사용하여 신경 회로의 활동을 관찰하고 그 신호를 해석하며, 특정 신경 회로의 활성을 조작하고, 그 신경 회로의 구조 및 조성을 통합적으로 규명합니다. 현재 우리 연구실에서 활발히 사용하고 있는 기술은 다음과 같습니다. 뇌를 투명하게 만드는 CLARITY 등 화학적 조직 가공 기술, 빛으로 특정 신경회로의 활성을 조절할 수 있는 광유전학(optogenetics), 역시 빛으로 특정 신경회로의 활동을 읽어낼 수 있는 광섬유 광도 측정법(fiber photometry), 초소형 현미경(miniaturized microscope)을 이용한 세포 수준에서의 신경활동 칼슘 이미징(deep-brain calcium imaging), 다양한 쥐 행동 실험 및 진보된 분자, 바이러스 도구 등을 종합적으로 사용합니다.

동시에, 우리 연구실에서는 화학적 접근법에 기반한 다양한 신경회로 연구 기술을 활발히 개발하고 있습니다. 특히 최근 집중하고 있는 기술은 화학적으로 조직을 처리하여 뇌를 투명화하거나 팽창시키고, 형광 신호를 증폭하는 등 가공하는 기술로, 이러한 기술을 이용해 커넥톰(connectome)을 결정하는 등 뇌 연구에 응용할 뿐 아니라 다양한 조직이나 시스템을 이용하는 의학 및 생물학 전 분야에 응용하는 것을 목표로 하고 있습니다.

저희의 연구는 아래의 기관들에서 지원받고 있습니다:

SNU(Kor)   ci_img01   samsung   NRF_kor   KHIDI-kor   posco_kor   logo_hfsp

서울대학교 자연과학대학 화학부유전공학연구소유전공학협동과정, 뇌과학협동과정, 생물물리 및 화학생물학 협동과정, 뇌-마음-행동 연계전공