| 초록 |
● 연구배경 및 필요성 - 전기회로를 이해하기 위해서 각 부품의 기능을 이해하고 그들이 어떤 원리로 연결되어 있는지를 이해하는 것이 필수적이듯, 대뇌피질이 수행하는 기억, 정보의 통합, 감정, 의사결정 등의 고등한 뇌기능을 이해하고 나아가 회로의 기능 이상으로 유발되는 뇌질환의 근본적 치료방법을 개발하기 위해서는 대뇌피질 뉴런간의 연결의 원리를 이해하는 것이 필수적임 ● 연구 목표 및 방법 - 본 연구에서는 감각피질로 유래되어지는 감각시상핵 중 하나인 POm으로부터 유래된 시냅스와 운동피질(M1)로부터 유래되어지는 시냅스를 통한 감각피질 뉴런 내 정보의 통합과 간섭, 유래별 시냅스의 특징을 연구함 - 이를 위해 본 연구에서는 이광자현미경과 광유전학을 이용한 시냅스 검출 방법을 통해 유래별 시냅스의 분포를 기술하고 연결체 특이성이 감각 박탈된 개체에서 어떻게 변화되는지를 관찰하는 것을 목표로 함 ● 정성적 연구 성과 - 본 연구는 애초에는 POm 및 운동피질에 channelrhodopsin-2 (ChR2)를, 제1감각피질(S1)의 제5층 피라미드 뉴런에 칼슘표지자인 GCaMP6를 발현시킨 마우스의 급성뇌절편에서 ChR2를 자극하면서 이에 의한 칼슘농도변화를 관찰하는 것을 세부적 목표로 삼았음 - 하지만, ChR2를 활성화 시키는 푸른빛의 자극이 GCaMP6의 초록색 형광을 지나치게 활성화시켜 이광자현미경의 탐지기인 photomultiplier(PMT)를 포화시키는 결과를 초래하였음 - 이와 같은 문제를 해결하기 위해 본연구팀은 in vivo에서 시냅스의 관심유래부위 즉, M1과 POm에 각각 ChR2를 발현시키고 광섬유를 삽입하여 자극하고 S1에서 칼슘반응을 측정하는 것으로 변경하였고 - in vivo에서 POm 유래시냅스의 위치를 파악하는데 성공하였음 - 이 경우, 기존의 문제점들을 극복하고 반응하는 시냅스를 효과적으로 관찰할 수 있을 뿐 아니라, whisker의 자극에 의한 S1뉴런의 반응을 비교할 수 있어 기존에 제안되었던 연구 기법보다 생리학적 의미를 더 크게 가질 수 있음 - 즉, whisker의 자극에 의해 활성화되는 POm의 신호와 M1의 신호를 구분하여 이해할 수 있을 뿐 아니라 이들이 분야에서 믿어지는 것과 같이 효과적으로 칼슘스파이크를 일으키는지 직접 확인할 수 있는 플랫폼을 성공적으로 구축하였음 - 이와 같은 결과는 대규모 array tomography기법을 통한 시냅스 검출을 통해서도 재확인할 수 있었음. Array tomography는 Z-축방향 해상도를 높이고 정량적 면역염색기법을 사용하기 위해 조직을 포매하여 연속절편 및 이미징한후 계산적 방법으로 신경회로를 재구성하는 연구기범이며 이를 통해 약 80%의 시냅스 검출 정확도를 가짐 ● 정량적 연구 결과 - 본 연구 지원을 통해 Frontiers in Neuroanatomy에 1편의 주저자 논문을 출판하였음 ● 연구결과 활용계획 - 이와 같은 결과는 감각피질로 유입되는 시상 및 운동피질의 시냅스 뿐만 아니라 일반적 시냅스의 유입별 특성, 분포 등 신경회로 구성에 중요한 의미를 가지는 연구의 핵심 기술을 제공 - in vivo 이광자 현미경과의 연계는 행동 중 동물의 활성 특성과 연계하여 해당 뉴런의 input의 특성을 분석할 수 있는 중요한 기술적 기반을 마련함 (출처 : 연구결과 요약문) |
