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생물 및 의학 (건강) 뇌 코딩 정서의 모드를 해석하는 연구
2014.10.14 20:24
뇌 코딩 정서의 모드를 해석하는 연구http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014090954&service_code=03 | |
|---|---|
| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-10-02 | |
| 생활 속에서 사람들은 기쁨과 슬픔 등 다양한 정서(Emotional)를 나타내고 있다. 이런 정서와 뇌(brain)가 어떤 관계를 가지고 있는지에 대해 과학자들은 큰 관심을 가지고 있다. 정서는 사람들의 생존 및 생활에 중요한 영향을 끼치고 있다. 하지만 뇌는 어떻게 정서 정보를 코딩(coding)하는가에 대해서는 미스터리(mystery)로 남아 있었다. 중국과학원 상하이(上海) 생명과학 연구원 산하 신경과학 연구소 후하이란(胡海嵐) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 `뇌 코딩(brain coding) 정서(Emotional)의 모드(Mode)`를 해석하는 연구에서 혁신적인 성과를 달성하여 이슈가 되고 있다. 후하이란(胡海嵐) 연구원 연구팀이 `TAI-FISH 기술로 관찰한 뇌 변연계의 정서 역가(Titer) 지도`라는 테마로 완성한 연구 논문은 지난 9월 22일 ’네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)‘ 학술지 온라인 판에 게재되었다. 연구팀은 TAI-FISH의 새로운 기술로 실험용 작은 쥐 전뇌 변연계 각 뇌 영역이 좋아하거나 싫어하는 정서 반응의 코딩 모드를 해석하는데 성공하였다. 정서에 대한 분류는 다양하다. 역가(Titer) 상에서 분류하면 정서는 긍정적인 정서와 부정적인 정서로 분류될 수 있는데 구체적으로 좋아하는 유형과 싫어하는 유형으로 분류된다. 강도(强度) 상으로 분류하면 강한 유형과 취약한 유형으로 분류된다. 뇌 속에서 정서와 제일 밀접히 관련되어 있는 것은 전뇌 변연계로서 중격핵(nucleus accumbens), 편도체(Amygdala), 해마(Hippocampus) 등 시리즈 하부피질 뇌 영역(Subcortical brain regions)이 포함되고 있다. 전뇌 변연계의 많은 동일한 뇌 영역은 모두 동물이 좋아하거나 싫어하는 자극에 의해 활성화된다. 하지만 해상도의 제한 때문에 기존의 기술로는 구분할 수가 없는 상황이다. 구체적으로 동일한 그룹의 뉴런(Neurons)은 동시에 좋아하고 싫어하는 자극에 반응하는 것인지 아니면 다른 뉴런은 각각 다른 정서 자극에 대해 코딩하는 것인지에 대해 명확히 구분을 하지 못하고 있는 상황이다. 연구팀은 뉴런 활성 표시(Mark) 분자 c-fos의 핵당핵산(mRNA)과 단백질 염색(Protein staining)을 이용하여 실험용 작은 쥐 뇌가 보여준 다른 정서에 대한 코딩 모드 연구를 실행하였다. c-fos는 자극을 받은 후 신속히 발현되어 표시 자극으로 인해 뉴런을 활성화하는데 사용할 수 있는 것으로 나타났다. c-fos mRNA는 선(先) 발현되고 선 분해되는 것으로 나타났다. 하지만 단백질은 후(後) 발현되고 후 분해되는 것으로 나타났다. 때문에 선과 후에 제공되는 동물의 두 가지 정서 자극을 통해 적당한 시간 간격으로 한 c-fos 단백질 표시는 첫 번째의 자극 활성화 뉴런으로 되고, c-fos mRNA 표시는 두 번째의 자극 활성화 뉴런으로 되는 것으로 나타났다. 동시에 도입한 티로신 신호(Tyrosine signal) 확대 시스템은 단백질 신호를 확대하여 두 가지 자극 신호 분리를 더욱 명확히 할 수 있게끔 하는 것으로 나타났다. 이런 기술은 단일 세포의 해상도로 뇌에 대한 관찰을 실행할 수 있도록 한다. 연구팀은 이런 혁신적인 기술을 TAI-FISH라 명명하였다. 연구팀은 TAI-FISH를 도구로 하고 모르핀, 초콜릿, 발바닥 충격과 구속 등 다양한 정서 자극을 통해 전뇌 변연계 속에는 세 가지 서로 반대되는 정서의 코딩 모드가 존재하는데 구체적으로 분리, 일치와 부정 교합 세가지 모드가 존재한다는 점을 입증하였다. 그 중, 중격핵(nucleus accumbens)은 반대되는 정서의 코딩에 대해 흥미로운 부정 교합 모드를 나타내는 것으로 나타났는데, 구체적으로 두 가지 그룹은 상호 결합되지만 일치하지 않은 뉴런은 각각 좋아하고 싫어하는 정서를 자극하는 것으로 나타났다. 좋아하고-좋아하고 또는 싫어하고-싫어하는 자극 조합은 매우 큰 정도 상에서 뉴런과의 일치성을 자극하지만 좋아하고-싫어하는 자극 조합은 부정 교합의 응답 모드를 유지하는 것으로 나타났다. 이런 상황은 중격핵(nucleus accumbens)이 코딩 정서 역가(Titer)의 핵심 뇌 영역으로 될 가능성이 있다는 점을 시사하고 있다. 하지만 시상 하부 실방핵(Hypothalamic paraventricular nucleus)은 동일한 그룹 일치성을 보유한 뉴런과 동시에 모르핀 및 발바닥 충격에 응답하기 때문에 코딩 정서의 강도를 나타내는 정보에 속할 것이라는 점을 시사하고 있다. 이번 연구는 관련 연구를 추진하는 면에서 다음과 같은 두 가지 기여를 하였다. 우선, 기존의 기술로서는 다양한 자극이 대응하는 신경 루프(Loop)와의 상호 관계에 대해 심층적인 연구를 실행하지 못하였는데 TAI-FISH 기술을 이용하여 단일 세포 차원과 뇌 범위에서 동시게 두 가지 다른 자극의 동일한 동물 뇌 속 코딩 모드를 관찰할 수 있게 되어 여러 신경 루프에 대한 동시 관찰을 실현하였다. 다음, 최초로 여러 뇌 영역 뉴런이 좋아하거나 싫어하는 자극의 응답 모드에 대한 해석을 진행하였으며 코딩 정서 역가(Titer)의 핵심 뇌 영역을 제시하였다. 이번 연구는 중국과학원의 `선행 과학 연구 프로젝트` 비용, 중국과학원의 `백인계획(百人計劃)` 프로그램 비용, 국가자연과학기금위원회의 `걸출 청년 과학자 기금` 비용, 국가과학기술부의 `중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)` 비용, `신경 과학 국가 중점 실험실`의 `기초과학 연구 프로젝트` 비용 지원을 받아 추진되었다.
그림 1. 전뇌 변연계 속의 정서 반응 지도임. 
그림 2. 중격핵(nucleus accumbens) 속의 `좋아하고`, `싫어하는` 정서 코딩의 뉴런이 나타내는 교차 분포의 공간 모델임. | |
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다. | |
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