2022년 2월 현재
연구 보조원: 모집하지 않음
학부생/풀타임 인턴: 지원 가능
대학원생: 인턴 후 지원 가능
박사후 연구원: 1명(ex vivo/in vivo electrophysiologist 또는 molecular biologist)
우리는 어떻게 배고플 때 음식을 찾게 되고, 배부를 때 식사를 멈출까?
포만감의 장뇌축 신경회로를 자극해 식욕을 조절할 수 있을까?
추울 때 난방을 켜게 되고, 따뜻한 음식을 좋아하게 될까?
몸에서 전달된 온도 자극의 가치는 뇌의 어디에서 어떻게 생겨날까?
생식기에 가해진 기계적 자극은 어떤 경로로 뇌로 전달되고 도파민 분비를 일으킬까?
대장에 가해진 기계적 자극은 어떤 경로로 뇌로 전달되고 배변 욕구를 일으킬까?
스트레스를 받았을 때 어떻게 식욕이 바뀔까?
낯선 사람과 익숙한 사람을 어떻게 구분할까?
저희 연구실에서는 이와 같이 일상적으로 우리가 늘 경험하는 간단한 일처럼 보이지만(simple), 생명의 유지에 근본적으로 중요하고(fundamental), 그럼에도 불구하고 놀랍게도 아직까지도 과학적으로 잘 연구되지 않은(surprisingly unknown) 질문을 하나씩 해결하고 있습니다.
이들은 대부분 항상성의 신경생물학(the neurobiology of homeostasis)과 동물 몸 전체에서의 생리적 조절을 다루는 통합적 생리학(integrative physiology)에 속하는 질문들로, 다양한 동물 종에 걸쳐 진화적으로 잘 보존된 후뇌(hindbrain)와 시상하부(hypothalamus)의 뇌 지역이 주로 해당 기능을 담당하고, 뇌의 고등 인지 기능에 비해서는 상대적으로 단순한 신경회로 메커니즘으로 작동할 것으로 생각됩니다. 따라서 저희는 향후 20-30년간의 연구를 통해 이들에 대한 완전한 과학적인 해답(수학이나 물리학처럼 엄정한 수준에서 말이죠!)을 찾아낼 수 것이라고 전망하고, 이러한 야심찬 발견을 향한 대장정을 걷고 있습니다.
더 자세히 설명하자면, 항상성은 생명의 유지에 필수적인 기능으로, 뇌는 신경회로를 통해 체내 각 기관의 생리적 상태 정보를 받아들이고, 기능을 조절하여 체온, 에너지, 수분 등의 항상성을 유지합니다. 춥고 배고픈 상태가 싫고, 따뜻하고 배부른 상태가 좋듯이, 배고픔, 목마름, 추위/더위 등의 항상성 관련 상태는 생명 유지를 위한 여러 동기부여(motivation)의 원천이 되고, 관련 자극은 보상(reward)과 처벌(punishment)이 될 수 있습니다. 항상성은 강하게 본능적 행동을 일으키고 정량적인 연구를 가능하게 해 준다는 장점에도 불구하고, 다양한 항상성 유지 기능이 정확히 어떤 회로에서 정확히 어떤 신호들에 의해 처리되는지 우리는 잘 모릅니다.
저희 연구실에서는 정확히 어떻게 뇌가 몸 안의 생리학적 상태와 외부 자극을 감지하고, 이 정보를 통합하여, 적절한 행동이나 생리적 반응을 일으키고 항상성을 유지시키는지를 밝혀냅니다. 이를 위해 저희는 현대 신경과학의 최신 기술들을 모두 사용하여 신경 회로의 활동을 관찰하고 그 신호를 해석하며, 특정 신경 회로의 활성을 조작하고, 해당 뉴런의 구조 및 조성을 통합적으로 규명합니다 (이러한 기술의 빠른 발전 덕분에 현대 신경과학은 물리학과 화학과 같은 hard science쪽에 더욱 가까워질 수 있었고, 엄정하고 정밀한 과학을 추구하는 냉철하고도 열정적인 학자들이 신경과학 연구에 매력을 느끼고 있습니다.) 또한 체내의 생리학적 상태 정보가 뇌로 들어오는 정확한 경로를 밝히기 위해 미주신경(vagus nerve)등의 뇌신경(cranial nerve)를 중심으로 여러 장뇌축(gut-brain axis) 신경회로, 뇌-몸 의사소통(brain-body communication) 메커니즘을 연구하고 있습니다. 이러한 통합적 생리학(integrative physiology)의 접근법을 통해 저희는 생체(organism) 전체 수준에서 항상성과 감정이 조절되는 메커니즘을 상세하면서도 전체적인 틀에서 밝혀냅니다.
뿐만 아니라 저희는 기초과학적 발견을 임상적, 산업적으로 응용하는 데에도 관심이 많습니다. 뇌 질환을 치료하기 위해 뇌를 비롯한 중추신경계의 활성을 직접 조작하는 것은 매우 어렵지만, 미주신경을 비롯하여 뇌와 각 장기를 연결해 주는 뇌-몸 의사소통 경로들의 활성을 조절하는 것은 상대적으로 쉽습니다. 이를 이용하여 뇌의 활성을 간접적으로 조절하는 연구들이 각광받고 있는 이유입니다. (최근 vagus nerve, gut microbiome 등은 대중적으로도 매우 유명한 키워드가 되었지요!) 따라서 저희의 연구는 여러 신경, 정신, 대사 장애에 획기적이면서도 실제로 구현 가능한 치료 방법 개발로 이어질 수 있고, 이를 목표로 재미있는 프로젝트들이 진행 중입니다.
현재 저희 연구실에서 활발히 사용하고 있는 기술은 다음과 같습니다. 뇌를 투명하게 만드는 CLARITY, CUBIC 등 화학적 조직 가공 기술, 빛이나 화합물로 특정 신경회로의 활성을 조절할 수 있는 광유전학(optogenetics)과 화학유전학(chemogenetics), 역시 빛으로 특정 신경회로의 활동을 읽어낼 수 있는 광섬유 광도 측정법(fiber photometry), 이광자 현미경(two-photon microscope), 초소형 현미경(miniaturized microscope)을 이용한 세포 수준에서의 신경활동 칼슘 이미징(deep-brain calcium imaging), 단일세포 시퀀싱(single-cell RNA-seq), 다양한 쥐 행동 실험 및 진보된 분자, 바이러스 도구 등을 종합적으로 사용합니다.
↑ 신경회로 연구 소개 강의 영상
신경회로 연구란 어떤 것인지 잘 모르지만 궁금하고 또 알고 싶다면, 비전공자 대학생들을 대상으로 한 위 강의를 추천드립니다.
저희 연구실은 항상 의욕 넘치고, 성실하고 재능 있는 학생들을 찾고 있습니다. 자연과학과 공학, 사회과학 등 다양한 분야에서 오는 학생들 모두 환영합니다. 신경과학에 대한 열정이 우리를 하나로 뭉치게 해 줄 것입니다.
지도교수로서 김성연 교수는 학생들의 커리어와 교육(연구, 발표, 글쓰기, 영어, 네트워킹, …), 수평적인 토론 문화, 상호 존중하는 교수-학생 관계, 훌륭한 학자가 되겠다는 강한 자발적 동기, 과학적 진실성/실험 윤리 및 신나는 연구 환경을 매우 중요하게 생각합니다. 김 교수는 이를 위해 늘, 항상, 쉼 없이 최선을 다하고 있습니다(!) 현재 저희 연구실에서는 같은 꿈과 지향점을 공유하는 뛰어난 학생들이 따뜻한 분위기 속에서 함께 매일 앞으로 나아가고 있습니다(저희 연구실의 랩미팅에 와 보시거나 인턴을 하면 대학원생들의 뛰어남에 동의하실 수 있을 것입니다 🙂 저희 연구실에 관심을 갖고 지원하는 학생들 역시 훌륭한 신경과학자가 되겠다는 뚜렷한 목표와 함께 열정을 가슴에 품어 주시기를 바랍니다.
학부생
신경과학에 대한 설렘을 느끼고 연구 보조, 테크니션 혹은 자원자로 일하고 싶다면 김성연 교수(sungyonkim@snu.ac.kr)에게 연락을 주시길 바랍니다. 이메일을 보낼 때에는 연구 경험과 수강했던 관련 수업들을 적어 주시고, 저희 연구실에서 얼마나 있을 것인지도 알려 주시기 바랍니다. 가능하면 성적표와 영어시험 성적 사본을 첨부하시고, 할 수 있다면 (연습삼아) cover letter와 CV를 만들어서 보내 주셔도 좋습니다. 대학원 진학을 염두에 둔 학생이나, 여러 학기/방학에 걸쳐 열심히 일할 수 있는 지원자를 우선 고려합니다. 홈페이지를 둘러 보시고 연구 소개와 발표 논문, 관련 기사 등을 읽어 보시기를 권장합니다.
신경회로 연구가 어떤 것인지 잘 모르지만 궁금하다면, 위에 소개되어 있는 신경회로 연구에 대한 김성연 교수의 강의 영상을 보시면 이해하실 수 있을 것입니다. 여러 영상들 중에서도 특히 2020년 4월에 저희 연구실에서 Nature논문에 출판한 연구를 소개하는 다음의 세미나 동영상이 구체적으로 저희 연구실에서 하는 이루어지는 연구에 대해 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 내용이 어렵다면, 이보다 조금 더 쉽게 설명한 강의 동영상을 보면 도움이 될 것입니다. 전문가 대상 세미나를 보셔도 좋겠습니다.
풀타임 인턴 및 석/박사 통합과정
저희 연구실에서 배우고 연구하여 훌륭하게 대학원 과정을 마치고, 이후 세계 유수 대학에서의 박사후 과정도 성공적으로 마친 후에 학계에 자리잡아 자신만의 신경과학 연구를 펼쳐나가는 세계 최고의 신경과학자가 되겠다는 목표를 세우셨다면, 김성연 교수(sungyonkim@snu.ac.kr)에게 연락 주시길 바랍니다. 저희 연구실에서 집중하는 장뇌축, 몸-뇌 의사소통 신경회로를 응용한 분자/회로 수준의 의공학 기술 개발과 창업에 열정이 있는 학생도 환영합니다. 이메일을 보낼 때는 cover letter(지원 동기, 지난 연구 경험 및 희망 연구 주제 포함)와 CV, 그리고 성적표와 영어시험 성적 사본을 첨부해 주시기 바랍니다. 저희 연구실에서는 예외적으로 뛰어난 경우가 아니라면 석사과정 지원은 고려하지 않고 있고, 석/박사 통합과정 역시 학부생이나 풀타임 인턴으로서 3개월 이상 대학원생처럼 일하며 연구실이 본인에게 잘 맞는지 확신한 후에만 지원받고 있습니다 (이것은 로테이션 제도가 없는 서울대에서 본인의 미래와 연구실의 기존 구성원들 모두를 위해서 반드시 필요한 과정입니다). 열정과 궁금증을 연구실로 가져오시고, 연구실의 다른 학생들과 함께 배우고 연구에 매진하며 신경과학에서의 진정한 소명을 찾기를 바랍니다. 일단 대학원생으로 교수-학생 관계가 맺어지면, 김성연 교수는 본인의 멘토들이 본인에게 그렇게 해 온 것처럼, 우리가 평생 성스러운 관계로 맺어진 것으로 생각하고 당신의 학문과 커리어 발전에 무조건적으로 헌신할 것입니다.
박사과정 학생 및 박사후 연구원
저희 연구실은 우수한 박사과정 학생 및 박사후 연구원을 찾고 있습니다. 우리 연구실은 화학부 및 유전공학연구소에서 김성연 교수가 이끄는 창의적이고 다학제적인 연구팀으로, 의욕 넘치고 재능 있는 학생들과 다양한 분야 출신의 박사후 연구원 모두 환영합니다. 생명과학, 신경과학, 전자/전기공학, 화학공학, 심리학, 분자생물학, 화학 및 통계학 등 모두가 신경과학에 유용한 배경입니다. 관심 있으신 분은 cover letter(지원 동기, 지난 연구 경력 및 희망 연구 주제 포함)와 CV, 그리고 본인을 잘 아는 추천인(2명 이상)에 대한 정보를 김성연 교수(sungyonkim@snu.ac.kr)에게 보내 주시길 바랍니다. 비공식적 문의도 언제든 환영합니다.