Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

 

통합에서 융합으로

 

올 들어 수많은 사람들이 4차 산업혁명을 이야기한다. 각종 언론 매체는 관련 기사를 봇물 터지듯 쏟아내고 있고 강연과 세미나는 그 수를 일일이 헤아리기 어려울 정도다. 인류 최후의 미지의 영역인 뇌과학 또한 인공지능이 4차 산업혁명의 핵심으로 부상하면서 그것의 중요한 부분을 차지하게 되는 영광을 누리고 있다. 하지만 뇌과학자의 한 사람으로서 무엇을 준비하고, 어떤 방향으로 나아가야 할 것인가에 대한 고민은 현재진행형이다.  4차 산업혁명이라는 개념을 최초로 제안한 독일 경제학자 클라우스 슈바프는 “4차 산업혁명은 3차 산업혁명이 창출한 디지털 세계와 기존의 물리적·생물학적 영역 사이에 경계를 허무는 기술 융합에 의해 전개될 것”이라고 말했다. 다시 말해 ‘융합’이 4차 산업혁명의 핵심이라는 것이다. 여기서 말하는 융합은 물리적·화학적 결합을 의미하는 사전적 의미가 아니라 서로 다른 분야의 전문적 지식이나 문화 등이 교류하면서 시너지를 일으키고, 새로운 가치를 창출해내는 것을 일컫는 것이라는 데 반론의 여지가 없어 보인다. 

 

과학자들 사이에서는 날이 갈수록 복잡해지고 전문화되는 현대 과학을 해결하고자 하는 논의가 많이 이뤄지고 있다. 과학기술 분야에서도 기존의 틀에서 벗어나 다각도로 문제를 고찰하고 혁신적인 연구 성과를 내기 위한 융합 연구가 중요하다는 인식이 그 어느 때보다 강조되고 있는 것이다. 실제로 융합 연구를 촉진하기 위한 다양한 프로그램들이 실행되고 있고 그 결과 많은 융합 연구들도 활발하게 진행 중이다. 뇌과학 또한 생물의 신경계 구조와 기능을 연구하던 생물학의 한 분야에서 시작됐지만 최근에는 물리학·수학·컴퓨터과학·공학 등 다양한 학문이 어우러진 다학제적 연구가 진행 중이다. 이처럼 진리를 추구하고 인간에게 유용한 새로운 가치를 창출하는 데 필요한 다양한 분야의 기술과 지식의 융합은 단순히 학문적 차원에만 국한돼서는 본래의 목적을 달성하기 어렵다. 물론 특정 분야의 최첨단 기술과 최신 지식이 목표를 달성하기 위한 유용한 도구이기는 하지만 연구자들 간의 효율적 협업 의지와 이를 구현하기 위한 시스템, 그리고 그 바탕이 되는 ‘통합’의 문화가 없이는 우리가 원하는 최종 목적지에 다다를 수 없기 때문이다.

 

연구를 하다 보면 세상에는 뛰어난 연구자들이 참 많다는 사실을 새삼 깨닫게 된다. 그 가운데서도 우리나라가 훌륭한 인재를 많이 보유하고 있다는 것은 세계가 인정하는 사실이다. 하지만 과거와는 달리 개별 연구자가 이룰 수 있는 한계가 분명해졌고 세상을 바꿀 새로운 가치는 효율적인 협업을 통해서만 구현될 수 있다는 사실을 부인하기 어렵다. 협력 연구와 데이터 공유를 통한 연구자, 학문 간의 융합을 가속화시키자는 ‘오픈 사이언스’ 프로젝트와 그것의 핵심요소인 ‘오픈 데이터’ 개념에 과학자들이 주목하고 있다는 사실 또한 다양한 연구자들 간의 협력 연구의 필요성을 뒷받침한다. 조만간 KIST 뇌과학연구소가 출범시킬 ‘이음(Euem)’ 프로젝트는 뇌신경망 시각화 핵심기술인 신경망지도 제작기술(mGRASP)을 전 세계 500여 연구자들에게 보급하고 각각의 연구자들이 생산해낸 방대한 데이터를 통합해 인간 뇌지도를 완성하고자 하는 것으로 오픈 데이터 개념을 바탕으로 하는 오픈 사이언스 프로젝트의 사례라고 할 수 있다. 하지만 아직까지는 연구자들이 공유한 데이터들이 서로 연계되고 융합돼 의미 있는 성과를 낼 수 있도록 하는 표준화된 통합시스템이 갖춰지지 않아 오픈 데이터가 갖고 있는 잠재력이 십분 발휘되고 있는 것 같지는 않다.

 

연구자, 연구기관, 정부 부처 등 국가 연구개발(R&D) 시스템을 구성하는 주체들 또한 추구하는 목표를 달성하기 위해 통합된 시스템 안에서 자신의 역할을 수행하면서 융합을 이뤄내기보다는 각자의 목소리를 내는 데 급급한 모습이다. 통합은 구성요소가 조화롭게 합쳐짐을 의미하는 것이지 각자의 특성이 사라지는 것은 아니다. 통합이 자신들의 고유영역을 침해할지도 모른다는 두려움은 우리 사회가 제대로 된 통합을 이뤄내는 데 걸림돌이 되고 있다. 각각의 주체가 보유하고 있는 고유한 특성은 유지하면서 조화롭게 개방형 공유를 실행하는 것이 통합의 시작이고 이러한 통합은 진정한 융합의 발판이 될 것이다. 4차 산업혁명 시대의 승자가 되기 위해 우리가 잊지 말아야 할 명제다.

[서울경제 바로가기]

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

Mayo Clinic-KIST

BRAIN Initiative Symposium 개최
파킨슨병의 치료법, 뇌심부자극술의 생리학적 원리 규명 및 치료법 논의

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 2017년 11월 6일(월)~7일(화) 양일간 KIST 본원에서 뇌심부자극술(Deep Brain Stimulation, DBS)의 선두적인 역할을 하고 있는 메이요 클리닉*(Mayo Clinic, 미국)의 켄달 리(Kendall Lee) 교수를 비롯한 우수 연구원 6명을 초청하여 KIST 연구원, 국내·외 뇌과학연구자 등 100여명이 참석한 가운데 Mayo Clinic-KIST 공동 심포지엄을 개최했다.
*Mayo Clinic, 메이요 클리닉 : 미국 미네소타주 로체스터에 위치한 비영리 의료기관으로 정밀한 검사와 환자 중심의 서비스로 이름이 높다. 2017년 미국의 최고의 병원으로 선정되었으며, 신경학 및 신경수술 분야 및 부인과학, 이비인후과 분야에서 1위로 뽑혔다.

KIST 기능커넥토믹스연구단(KIST-CFC, 단장 김진현)이 주최·후원하는 이번 행사에서는 파킨슨병과 척수손상 치료법의 생리학적 원리를 규명하고 치료법의 개선방안을 논의하는 토론의 장이 펼쳐졌다. 이번 심포지엄은 두 기관의 연구동향 교류를 통해 메이요 클리닉과의 공동 연구 주제를 발굴하고, 향후 한·미 양국의 공동 연구 과제를 탐색하는 발판이 될 것으로 기대된다.

신경계 관련 질환 치료법의 일종인 뇌심부자극술은 전기자극 장치를 뇌 안에 이식하여 이식된 부위에 전기적 자극을 가하는 치료법으로 특히 파킨슨병의 치료를 위하여 사용되는 방법이다. 뇌심부자극술은 약물치료로 증상의 개선을 경험하지 못하는 환자들을 치료하거나 약물의 투여량을 줄임으로서 약물치료의 부작용을 심하게 겪는 파킨슨병 환자들의 증상을 개선하는데 효과적인 치료법이다. 켄달 리 교수는 뇌심부자극술의 선구적인 연구자로 알려져 있다. 특히 전극의 정확한 위치설정을 위해 환자가 바이올린을 연주하는 동안 수술을 집도하여 크게 주목 받은 바 있으며, 서울대학교에 초청되어 50여명의 전문의들에게 뇌심부자극술을 라이브로 선보이기도 했다.
*(관련영상 : http://www.mayo.edu/research/labs/neural-engineering/multimedia)

국내 연구기관 소속 연구자로서는 최초로 美 Brain Initiative 프로그램에 참여하고 있는 브래들리 베이커(Bradley Baker) 박사는 “이번 심포지엄을 통하여 KIST가 보유한 기술을 해외 우수연구기관에 소개하고, 더 나아가 한미 양국 인력교류 및 공동연구 가능성을 높일 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

제1회 UK-KIST Aging Brain and Dementia Symposium 개최 
영국 석학 초청강연 및 뇌질환 최신 동향 교류를 통한 해결방안 모색

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 2017년 10월 18일(수) KIST 본원에서 영국 옥스포드, 캠브리지, 브리스톨 대학의 교수 및 우수 연구원 4명을 초청하여 KIST 연구원, 국내·외 뇌과학연구자 등 100여명이 참석한 가운데  ‘UK-KIST Aging Brain and Dementia Symposium’을 개최했다. KIST 뇌과학연구소(KIST-BSI, 소장 오우택)에서 주최하고 후원하는 이번 행사에는 세계적인 관심사로 떠오른 퇴행성 뇌질환을 비롯한 뇌의 노화 현상에 대한 치료 방안 모색과 이를 뒷받침하는 기초 뇌기능 및 뇌질환에 대한 최신 연구동향 교류와 토론의 장이 펼쳐졌다. 특히 이번 행사에는 신경세포 퇴화와 알츠하이머병 전문가인 피터 조지-히슬롭(Peter St. George-Hyslop) 캠브리지대 교수를 비롯하여, 영국의 퇴행성 신경질환 분야의 대표적인 석학들과 국내 뇌질환 분야의 권위 있는 연구자들이 참여하여 최신 연구 성과를 발표했고, 지속적으로 공동연구 방안을 모색할 예정이다. 또한 이번 심포지엄은 연구자들의 세션 발표뿐만 아니라 ‘뇌 노화 연구의 도전: 연구실로부터 임상까지 적용 가능한 새로운 아이디어 도출’ 이라는 주제로 진행된 패널 토의 순서를 통해 발표자와 심포지엄에 참석한 연구자들 간의 활발한 의견교환이 이루어졌으며, 향후 공동연구 결과를 바탕으로 노화 관련 치료제 개발을 위한 개방형 연구체제를 마련할 것으로 기대하고 있다.  KIST 오우택 뇌과학연구소장은 “이번 심포지엄을 통해 KIST가 영국과의 우수한 인재들의 활발한 교류 및 공동연구를 활성화할 수 있는 계기가 되고, 향후 양국의 공동 연구로 개발한 신규 기술이 국제시장 진출에 실질적인 도움이 되는 성과가 나오길 기대한다”고 밝혔다

.

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

 

통합에서 융합으로

 

올 들어 수많은 사람들이 4차 산업혁명을 이야기한다. 각종 언론 매체는 관련 기사를 봇물 터지듯 쏟아내고 있고 강연과 세미나는 그 수를 일일이 헤아리기 어려울 정도다. 인류 최후의 미지의 영역인 뇌과학 또한 인공지능이 4차 산업혁명의 핵심으로 부상하면서 그것의 중요한 부분을 차지하게 되는 영광을 누리고 있다. 하지만 뇌과학자의 한 사람으로서 무엇을 준비하고, 어떤 방향으로 나아가야 할 것인가에 대한 고민은 현재진행형이다.  4차 산업혁명이라는 개념을 최초로 제안한 독일 경제학자 클라우스 슈바프는 “4차 산업혁명은 3차 산업혁명이 창출한 디지털 세계와 기존의 물리적·생물학적 영역 사이에 경계를 허무는 기술 융합에 의해 전개될 것”이라고 말했다. 다시 말해 ‘융합’이 4차 산업혁명의 핵심이라는 것이다. 여기서 말하는 융합은 물리적·화학적 결합을 의미하는 사전적 의미가 아니라 서로 다른 분야의 전문적 지식이나 문화 등이 교류하면서 시너지를 일으키고, 새로운 가치를 창출해내는 것을 일컫는 것이라는 데 반론의 여지가 없어 보인다. 

 

과학자들 사이에서는 날이 갈수록 복잡해지고 전문화되는 현대 과학을 해결하고자 하는 논의가 많이 이뤄지고 있다. 과학기술 분야에서도 기존의 틀에서 벗어나 다각도로 문제를 고찰하고 혁신적인 연구 성과를 내기 위한 융합 연구가 중요하다는 인식이 그 어느 때보다 강조되고 있는 것이다. 실제로 융합 연구를 촉진하기 위한 다양한 프로그램들이 실행되고 있고 그 결과 많은 융합 연구들도 활발하게 진행 중이다. 뇌과학 또한 생물의 신경계 구조와 기능을 연구하던 생물학의 한 분야에서 시작됐지만 최근에는 물리학·수학·컴퓨터과학·공학 등 다양한 학문이 어우러진 다학제적 연구가 진행 중이다. 이처럼 진리를 추구하고 인간에게 유용한 새로운 가치를 창출하는 데 필요한 다양한 분야의 기술과 지식의 융합은 단순히 학문적 차원에만 국한돼서는 본래의 목적을 달성하기 어렵다. 물론 특정 분야의 최첨단 기술과 최신 지식이 목표를 달성하기 위한 유용한 도구이기는 하지만 연구자들 간의 효율적 협업 의지와 이를 구현하기 위한 시스템, 그리고 그 바탕이 되는 ‘통합’의 문화가 없이는 우리가 원하는 최종 목적지에 다다를 수 없기 때문이다.

 

연구를 하다 보면 세상에는 뛰어난 연구자들이 참 많다는 사실을 새삼 깨닫게 된다. 그 가운데서도 우리나라가 훌륭한 인재를 많이 보유하고 있다는 것은 세계가 인정하는 사실이다. 하지만 과거와는 달리 개별 연구자가 이룰 수 있는 한계가 분명해졌고 세상을 바꿀 새로운 가치는 효율적인 협업을 통해서만 구현될 수 있다는 사실을 부인하기 어렵다. 협력 연구와 데이터 공유를 통한 연구자, 학문 간의 융합을 가속화시키자는 ‘오픈 사이언스’ 프로젝트와 그것의 핵심요소인 ‘오픈 데이터’ 개념에 과학자들이 주목하고 있다는 사실 또한 다양한 연구자들 간의 협력 연구의 필요성을 뒷받침한다.  조만간 KIST 뇌과학연구소가 출범시킬 ‘이음(Euem)’ 프로젝트는 뇌신경망 시각화 핵심기술인 신경망지도 제작기술(mGRASP)을 전 세계 500여 연구자들에게 보급하고 각각의 연구자들이 생산해낸 방대한 데이터를 통합해 인간 뇌지도를 완성하고자 하는 것으로 오픈 데이터 개념을 바탕으로 하는 오픈 사이언스 프로젝트의 사례라고 할 수 있다. 하지만 아직까지는 연구자들이 공유한 데이터들이 서로 연계되고 융합돼 의미 있는 성과를 낼 수 있도록 하는 표준화된 통합시스템이 갖춰지지 않아 오픈 데이터가 갖고 있는 잠재력이 십분 발휘되고 있는 것 같지는 않다.

 

연구자, 연구기관, 정부 부처 등 국가 연구개발(R&D) 시스템을 구성하는 주체들 또한 추구하는 목표를 달성하기 위해 통합된 시스템 안에서 자신의 역할을 수행하면서 융합을 이뤄내기보다는 각자의 목소리를 내는 데 급급한 모습이다. 통합은 구성요소가 조화롭게 합쳐짐을 의미하는 것이지 각자의 특성이 사라지는 것은 아니다. 통합이 자신들의 고유영역을 침해할지도 모른다는 두려움은 우리 사회가 제대로 된 통합을 이뤄내는 데 걸림돌이 되고 있다. 각각의 주체가 보유하고 있는 고유한 특성은 유지하면서 조화롭게 개방형 공유를 실행하는 것이 통합의 시작이고 이러한 통합은 진정한 융합의 발판이 될 것이다. 4차 산업혁명 시대의 승자가 되기 위해 우리가 잊지 말아야 할 명제다.

[서울경제 바로가기]

 

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

 

뇌공학, 뇌과학의 필수 동반자

 

초고령화 시대를 맞아 각광받고 있는 의생명과학의 다양한 학문분야 가운데 뇌과학은 미지의 영역이 가장 많은 분야이다. 뇌를 구성하고 있는 수많은 신경세포들이 반복적이고, 복잡하게 얽혀서 네트워크를 구성하고 있어 그 기능을 이해하는 것이 쉽지 않기 때문이다. 구조를 잘 알고 있는 공학적 전기회로 네트워크도 복잡할 경우에는 그것을 파악하는데 어려움을 겪을 수밖에 없는데, 아무리 초고해상도의 현미경으로 관찰하더라도 실타래처럼 얽혀있는 복잡한 신경세포 간의 네트워크를 알아내고, 나아가 그들 상호 간에 주고받는 신호들과 이로 인해 작동하는 뇌 기능을 예측하는 것은 불가능에 가까운 일이다.
 
그럼에도 불구하고 과학자들은 과거에는 존재하지 않던 새로운 도구를 발명함으로써 최후의 과학적 난제인 뇌의 신비를 하나씩 풀어나가고 있다. 근대 뇌과학의 선구자로서 1906년에 노벨생리의학상을 수상한 라몬 이 카할(Ramon y Cajal)은 은염색법을 이용해 뇌가 독립된 신경세포들로 이뤄져 있음을 밝혀냈으며, 신경세포를 정교한 스케치로 남기기도 했다. 그런데, 카할의 업적은 노벨상을 공동수상한 카밀로 골지(Camillo Golgi)의 염색법과 근대의 정밀한 현미경의 발명이 없었다면 불가능했을 것이다. 이후 전자현미경의 등장으로 신경과학자들은 고해상도로 세포를 관찰할 수 있게 되었고, 이를 통해 신경세포들을 연결해 주는 물질이 시냅스에서 만들어지는 나노미터 크기의 소포체라는 사실을 증명할 수 있었다. 또한 전자공학과 컴퓨터의 발달로 뇌가 발생시키는 미약한 뇌파를 인체 외부에서 측정하고 정밀하게 분석할 수 있게 되었다. 최근에는 뇌조직을 투명화 하는 기술이 개발되어 뇌의 3차원적인 연결구조를 환상적인 컴퓨터 그래픽으로 관찰할 수 있어 뇌의 비밀에 한 걸음 더 다가갈 수 있는 길이 열렸다. 

 

뇌과학 분야에서는 다른 어떤 분야보다 더 활발한 학문 간 융합이 일어나고 있다. 매년 미국에서 열리는 신경과학 분야의 최대 학회인 SFN(Society for Neuroscience)에서는 신경생물학자 뿐만이 아니라 물리학, 수학, 컴퓨터공학, 심리학, 전자공학 등 다양한 배경을 가진 수만 명의 과학자들이 모여 ‘뇌’라는 하나의 주제를 놓고 열띤 논의를 벌인다. 이러한 논의를 통해 새로운 과학적 발견을 위한 도구가 개발되고, 그 도구를 활용한 연구를 통해서 획기적인 연구성과가 나오는 것이 최근 뇌과학 분야의 추세라고 할 수 있다. 미국 오바마 정부가 2014년에 출범시킨 국가차원의 대형 뇌연구 프로그램인 BRAIN(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) Initiative의 주요 목표 가운데 하나가 혁신적인 신경기술을 개발하는 것이고, 신경세포를 모니터링하는 기술과 축적된 데이터를 효과적으로 분석하는 기술개발이 주요 과제로 포함되어 있는 것 또한 신경과학 분야의 발전에 있어 새로운 과학적 분석도구의 개발이 필수불가결한 조건임을 보여주고 있다. 국내에서도 2016년 수립된 뇌연구 발전전략을 바탕으로 대규모 연구투자 계획이 수립되는 등 뇌연구 분야가 최근 많은 관심과 지원을 받고 있다. 물론 미국, 일본, 유럽과 같은 선진국에 비하면 연구비 규모나 인프라가 턱없이 부족하지만 우리나라의 뇌연구 역량을 한 단계 도약시키는 계기가 마련되었다는 점에서 그 의의를 찾을 수 있다. 특히, 뇌공학 분야를 주요 연구분야 중 하나로 인정한 것은 뇌연구에 있어서 뇌공학의 중요성을 인식하고 있다는 점에서 고무적이다.

 

이처럼 최근 높아진 뇌공학의 중요성에 대한 인식이나 관심에도 불구하고 국내 뇌공학 연구가 크게 활성화 되고 있지 못한 것이 현실인데, 이것은 국내 공학 분야의 연구비 지원이 기초연구 보다는 응용연구에 치중되어 있어 기초연구인 뇌공학자들이 연구비를 확보하기가 어렵기 때문이다. 이러한 현실 속에서 국내 뇌공학자들은 선도형 연구보다는 추격형 연구에 비중을 두고 연구할 수밖에 없고, 그 결과 우리 뇌연구가 세계적인 연구그룹들을 뛰어넘을 수 있는 획기적인 연구성과를 낼 수 있도록 하는 ‘도구’를 제공하지 못하고 있는 것이다. 알파고 이후 불어온 인공지능 열풍으로 뇌연구에 대한 관심이 높아지면서 뇌공학에 대한 관심도 그 어느 때보다 뜨겁다. 인공지능이 기존 뇌공학의 범주에서는 생소한 분야이기 때문에 이 같은 관심에 다소 냉소적인 학자들도 있지만, 대중들의 관심이 새로운 바람을 일으키고 있다는 사실은 부인하기 어렵다. 이런 때에 해외의 주류 연구만 쫓지 않고 새로운 생각과 관점으로 새로운 문제에 도전한다면 대한민국 뇌공학만의 독특한 색깔을 낼 수 있지 않을까 하는 생각을 해본다. 지금은 더 이상 추격자가 아닌 뇌공학의 새로운 영역을 개척해 나갈 ‘퍼스트 펭귄’이 필요한 시점이기 때문이다.

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

KIST, 뇌질환 해결 위해

영국 석학들과 머리를 맞댄다 
제1회 UK-KIST Aging Brain and Dementia Symposium 개최 
영국 석학 초청강연 및 뇌질환 최신 동향 교류를 통한 해결방안 모색

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 2017년 10월 18일(수) KIST 본원에서 영국 옥스포드, 캠브리지, 브리스톨 대학의 교수 및 우수 연구원 4명을 초청하여 KIST 연구원, 국내·외 뇌과학연구자 등 100여명이 참석한 가운데  ‘UK-KIST Aging Brain and Dementia Symposium’을 개최했다.

KIST 뇌과학연구소(KIST-BSI, 소장 오우택)에서 주최하고 후원하는 이번 행사에는 세계적인 관심사로 떠오른 퇴행성 뇌질환을 비롯한 뇌의 노화 현상에 대한 치료 방안 모색과 이를 뒷받침하는 기초 뇌기능 및 뇌질환에 대한 최신 연구동향 교류와 토론의 장이 펼쳐졌다. 특히 이번 행사에는 신경세포 퇴화와 알츠하이머병 전문가인 피터 조지-히슬롭(Peter St. George-Hyslop) 캠브리지대 교수를 비롯하여, 영국의 퇴행성 신경질환 분야의 대표적인 석학들과 국내 뇌질환 분야의 권위 있는 연구자들이 참여하여 최신 연구 성과를 발표했고, 지속적으로 공동연구 방안을 모색할 예정이다. 또한 이번 심포지엄은 연구자들의 세션 발표뿐만 아니라 ‘뇌 노화 연구의 도전: 연구실로부터 임상까지 적용 가능한 새로운 아이디어 도출’ 이라는 주제로 진행된 패널 토의 순서를 통해 발표자와 심포지엄에 참석한 연구자들 간의 활발한 의견교환이 이루어졌으며, 향후 공동연구 결과를 바탕으로 노화 관련 치료제 개발을 위한 개방형 연구체제를 마련할 것으로 기대하고 있다. KIST 오우택 뇌과학연구소장은 “이번 심포지엄을 통해 KIST가 영국과의 우수한 인재들의 활발한 교류 및 공동연구를 활성화할 수 있는 계기가 되고, 향후 양국의 공동 연구로 개발한 신규 기술이 국제시장 진출에 실질적인 도움이 되는 성과가 나오길 기대한다”고 밝혔다.

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

이달의 KIST인상 수상자 발표
박기덕 박사, 게이코 야마모토 박사 총 2팀 ‘이달의 KIST인상’ 수상

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 9월 26일(화) KIST 서울 본원에서 우수한 연구업적을 달성한 총 2팀의 연구자들이 ‘이달의 KIST인상‘을 수상했다고 밝혔다. 

치매DTC융합연구단 박기덕 박사 기능커넥토믹스연구단 게이코 야마모토 박사

KIST 치매DTC융합연구단 박기덕 박사팀은 기존 치매 치료제와 차별화된 신규 치료기전 기반의 새로운 치매치료 후보약물을 개발하였다. 알츠하이머 치매환자의 뇌에서 과생성되는 가바(GABA)의 양을 줄여줄 수 있는 신규 치매 치료제 후보물질을 개발하여 치매환자의 기억력 저하 및 인지 장애를 획기적으로 개선할 수 있으며, 글로벌 신약으로의 개발을 위해 해당 기술을 ㈜메가바이오숲에 기술이전했다. 기능커넥토믹스연구단 게이코 야마모토 박사는 새로운 광유전학 단백질을 이용하여 신경신호의 효율변화를 유지하는 소뇌의 메커니즘 및 작동 타이밍을 규명하는데 성공했다. 게이코 박사는 장기간 시냅스 억제가 어떻게 유지되는지에 대한 세포내 매커니즘을 규명했으며, 본 연구내용을 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 9월호에 게재한 성과를 인정받았다.  이달의 KIST인상은 원의 발전에 가장 창조적, 혁신적으로 기여한 우수 직원을 발굴하여 포상심의위원회 심의를 거쳐 최종 선정되며, 상금은 3백만 원이다.

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

소뇌(cerebellum) 시냅스의 안정적인 학습 매커니즘 규명 
새로운 광유전학 단백질로 다양한 뇌 부위 특성 연구에 활용

 

소뇌(cerebellum)는 똑바로 걷거나 눈꺼풀, 눈동자가 움직이는 것과 같이 대뇌의 기능으로 이루어지는 근육운동을 세밀하게 만들고, 조화를 돕는 중요한 뇌 부위이다. 이러한 소뇌의 활동은 그 안에 존재하는 엄청난 양의 신경세포들 간 신호전달의 효율이 변화하고 그 변화를 유지하면서 일어난다. 최근 국내 연구진이 새로운 광유전학 단백질을 이용하여 신경신호의 효율 변화를 유지하는 뇌의 매커니즘 및 작동 타이밍을 규명했다고 밝혔다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 기능커넥토믹스연구단 게이코 야마모토 박사 연구팀(제1저자 김태곤 박사, 공동교신저자 유키오 야마모토 박사)은 일상적인 움직임의 미세조정과 운동학습을 담당한다고 알려진 뇌 부위인 소뇌(cerebellum)의 시냅스를 이용하여 소뇌의 학습 매커니즘을 규명하고, 시냅스의 신호 전달 효율의 변화 및 그 변화의 유지를 유발하는 스위치 체계를 발견했다.

<그림 1> LOV가 작동하는 방식

시냅스(synapse)는 뇌세포끼리 신호를 전달하는 세포의 작은 부위이다. 시냅스에서는 자극의 세기, 반복 정도 등에 따라 신호의 전달 효율이 달라지고, 결국 똑같은 자극에 대해 정보처리 방식도 점점 달라지게 된다. 이 과정은 새로운 정보를 받아들여 학습하는 과정이고, 안정적인 학습을 위해서는 효율이 변화된 후 유지(장기간시냅스 억제/강화, long-term synaptic depression/potentiation)가 가능해야한다고 알려져 있다. 특히, KIST 게이코 박사팀은 세포내 수송경로(intracellular endosomal pathway)가 정보전달 효율의 변화와 유지의 핵심 기작으로 쓰인다는 그간의 가설을 증명했다. 또한 연구진은 변화한 효율의 유지를 유발하는 스위치 체계를 발견하여 소뇌 시냅스의 학습 매커니즘을 규명했다. 연구진은 푸른빛을 흡수하는 동안만 세포내 수송을 방해하는 새로운 광유전학 단백질 (LOV-Rab7TN)을 개발하였다. 먼저 전기적 자극을 가하여 시냅스억제 스위치를 작동시키고, 이 억제를 유지시키는 스위치가 켜질 것이라 예상되는 특정시점(억제 유도 후 약 15분 후)에 맞추어 빛을 가하여, 세포내 수송을 방해하는 광유전학 단백질을 활성화시켰다. 특정시점을 벗어난 푸른빛은 시냅스 정보전달 효율 변화에 아무런 영향을 미치지 못하고, 유지 스위치 작동시점에 맞추게 되면 성공적으로 시냅스억제를 중단시킬 수 있었다. 소뇌 시냅스는 효율 변화를 일으키는 자극에 항상 노출되어있지만, 변화 스위치와 유지 스위치가 순차적으로 작동하기 때문에 안정적인 학습이 가능해진다는 결론을 얻을 수 있었다. 연구진은 기존의 이론인 지속적으로 상태를 유지시켜주는 체계가 작동하는 것이 아니라 일시적인 스위치의 작동만으로도 시냅스가 안정적인 상태를 유지할 수 있다는 것을 밝혔다. 특히 이 순차적 스위치 체계는 세포내 수송체계를 통해 구현되고, 연구진이 개발한 광유전학 단백질을 통해 성공적으로 이를 조절할 수 있음을 보인 것이다.

<그림 2> 실험 방식. 세포내 수송을 방해하는 Rab7TN을 LOV에 결합시켜 세포내에 발현하고 전기적으로 세포에 시냅스억제를 유도한 후 특정 시점에 푸른 빛을 가하여 세포내 수송을 방해함

순차적인 스위치 체계는 향후 다른 뇌 부위의 시냅스에도 적용하여, 빠르게 변화하면서도 안정적으로 정보를 처리하는 뇌의 독특한 특성을 설명하는 데 기여할 것이라 전망된다. 또한 연구과정에서 개발한 새로운 광유전학 단백질은 뇌세포 뿐 아니라 다른 종류의 세포내 수송체계에 대한 연구에도 광범위하게 적용가능하다. KIST 게이코 박사는 “소뇌에서 시냅스의 신호전달 효율의 변화를 유지하는 매커니즘을 밝히고 빛을 이용하여 이를 조절할 수 있다는 결과는 향후 움직임의 미세한 조정에 어려움을 겪거나 그런 조정을 학습하는 데 어려움을 겪는 환자들의 재활 등에 기여할 수 있을 것으로 전망한다.”고 밝혔다.

<그림 3> 푸른빛을 특정시점 (시냅스 억제유도 후13-18분)에 가했을 때 억제되던 시냅스가 다시 제 위치로 돌아오는 상황 (붉은 동그라미)

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업 및 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었다. 연구성과는 유명 과학저널인 ‘Nature Communications’ (IF: 12.124)에 9월 1일(금)자 온라인 게재되었다.


 * (논문명)Timely regulated sorting from early to late endosomes is required to maintain cerebellar long-term depression
      - (제1저자) KIST 김태곤(Taegon Kim, Dr.) 위촉연구원
      - (교신저자) KIST 유키오 야마모토(Yukio Yamamoto, Dr.) 위촉연구원
      - (교신저자) KIST 게이코 다나카-야마모토(Keiko Tanaka-Yamamoto, Dr) 박사

 

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요

 

[사이언스포럼]뇌공학, 뇌과학의 필수 동반자

 

강지윤 박사

초고령화 시대를 맞아 각광받고 있는 의생명과학의 다양한 학문분야 가운데 뇌과학은 미지의 영역이 가장 많은 분야이다. 뇌를 구성하고 있는 수많은 신경세포들이 반복적이고, 복잡하게 얽혀서 네트워크를 구성하고 있어 그 기능을 이해하는 것이 쉽지 않기 때문이다. 구조를 잘 알고 있는 공학적 전기회로 네트워크도 복잡할 경우에는 그것을 파악하는데 어려움을 겪을 수밖에 없는데, 아무리 초고해상도의 현미경으로 관찰하더라도 실타래처럼 얽혀있는 복잡한 신경세포 간의 네트워크를 알아내고, 나아가 그들 상호 간에 주고받는 신호들과 이로 인해 작동하는 뇌 기능을 예측하는 것은 불가능에 가까운 일이다.  
  그럼에도 불구하고 과학자들은 과거에는 존재하지 않던 새로운 도구를 발명함으로써 최후의 과학적 난제인 뇌의 신비를 하나씩 풀어나가고 있다. 근대 뇌과학의 선구자로서 1906년에 노벨생리의학상을 수상한 라몬 이 카할(Ramon y Cajal)은 은염색법을 이용해 뇌가 독립된 신경세포들로 이뤄져 있음을 밝혀냈으며, 신경세포를 정교한 스케치로 남기기도 했다. 그런데, 카할의 업적은 노벨상을 공동수상한 카밀로 골지(Camillo Golgi)의 염색법과 근대의 정밀한 현미경의 발명이 없었다면 불가능했을 것이다. 이후 전자현미경의 등장으로 신경과학자들은 고해상도로 세포를 관찰할 수 있게 되었고, 이를 통해 신경세포들을 연결해 주는 물질이 시냅스에서 만들어지는 나노미터 크기의 소포체라는 사실을 증명할 수 있었다. 
또한 전자공학과 컴퓨터의 발달로 뇌가 발생시키는 미약한 뇌파를 인체 외부에서 측정하고 정밀하게 분석할 수 있게 되었다. 최근에는 뇌조직을 투명화 하는 기술이 개발되어 뇌의 3차원적인 연결구조를 환상적인 컴퓨터 그래픽으로 관찰할 수 있어 뇌의 비밀에 한 걸음 더 다가갈 수 있는 길이 열렸다. 

  뇌과학 분야에서는 다른 어떤 분야보다 더 활발한 학문 간 융합이 일어나고 있다. 매년 미국에서 열리는 신경과학 분야의 최대 학회인 SFN(Society for Neuroscience)에서는 신경생물학자 뿐만이 아니라 물리학, 수학, 컴퓨터공학, 심리학, 전자공학 등 다양한 배경을 가진 수만 명의 과학자들이 모여 ‘뇌’라는 하나의 주제를 놓고 열띤 논의를 벌인다. 이러한 논의를 통해 새로운 과학적 발견을 위한 도구가 개발되고, 그 도구를 활용한 연구를 통해서 획기적인 연구성과가 나오는 것이 최근 뇌과학 분야의 추세라고 할 수 있다. 미국 오바마 정부가 2014년에 출범시킨 국가차원의 대형 뇌연구 프로그램인 BRAIN(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) Initiative의 주요 목표 가운데 하나가 혁신적인 신경기술을 개발하는 것이고, 신경세포를 모니터링하는 기술과 축적된 데이터를 효과적으로 분석하는 기술개발이 주요 과제로 포함되어 있는 것 또한 신경과학 분야의 발전에 있어 새로운 과학적 분석도구의 개발이 필수불가결한 조건임을 보여주고 있다.

  국내에서도 2016년 수립된 뇌연구 발전전략을 바탕으로 대규모 연구투자 계획이 수립되는 등 뇌연구 분야가 최근 많은 관심과 지원을 받고 있다. 물론 미국, 일본, 유럽과 같은 선진국에 비하면 연구비 규모나 인프라가 턱없이 부족하지만 우리나라의 뇌연구 역량을 한 단계 도약시키는 계기가 마련되었다는 점에서 그 의의를 찾을 수 있다. 특히, 뇌공학 분야를 주요 연구분야 중 하나로 인정한 것은 뇌연구에 있어서 뇌공학의 중요성을 인식하고 있다는 점에서 고무적이다. 이처럼 최근 높아진 뇌공학의 중요성에 대한 인식이나 관심에도 불구하고 국내 뇌공학 연구가 크게 활성화 되고 있지 못한 것이 현실인데, 이것은 국내 공학 분야의 연구비 지원이 기초연구 보다는 응용연구에 치중되어 있어 기초연구인 뇌공학자들이 연구비를 확보하기가 어렵기 때문이다. 이러한 현실 속에서 국내 뇌공학자들은 선도형 연구보다는 추격형 연구에 비중을 두고 연구할 수밖에 없고, 그 결과 우리 뇌연구가 세계적인 연구그룹들을 뛰어넘을 수 있는 획기적인 연구성과를 낼 수 있도록 하는 ‘도구’를 제공하지 못하고 있는 것이다.  

  알파고 이후 불어온 인공지능 열풍으로 뇌연구에 대한 관심이 높아지면서 뇌공학에 대한 관심도 그 어느 때보다 뜨겁다. 인공지능이 기존 뇌공학의 범주에서는 생소한 분야이기 때문에 이 같은 관심에 다소 냉소적인 학자들도 있지만, 대중들의 관심이 새로운 바람을 일으키고 있다는 사실은 부인하기 어렵다. 이런 때에 해외의 주류 연구만 쫓지 않고 새로운 생각과 관점으로 새로운 문제에 도전한다면 대한민국 뇌공학만의 독특한 색깔을 낼 수 있지 않을까 하는 생각을 해본다. 지금은 더 이상 추격자가 아닌 뇌공학의 새로운 영역을 개척해 나갈 ‘퍼스트 펭귄’이 필요한 시점이기 때문이다.

 

[아시아경제 기고 보기]

Posted by KIST PR

댓글을 달아 주세요