생화학분자생물학회

감정신경과학 연구실 (Laboratory of Affective Neuroscience)

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이효상

대구경북과학기술원 (DGIST) 뇌인지과학전공 

[연구실소개]

  사랑, 행복, 증오, 슬픔, 공포, 걱정, 고통 등 다양한 감정들은 우리의 삶 속에 녹아있다. 사랑과 행복의 감정은 삶을 풍요롭게 하며 고통스런 기억은 삶을 피폐하게 만든다. 감정이 없는 삶은 상상하기도 어렵고 공허한 실재에 불과할 것이다. 감정이 생성되고 조절되는 과정을 신경생물학적으로 이해하는 것이 감정신경과학 연구실의 궁극적 연구목표이다.

 

 

  여러 뇌 영상 연구들을 통해 우리는 감정을 표현하거나 타인의 감정을 읽을 때 변연계를 포함한 뇌 안의 여러 지역에서 활성변화가 일어난다는 것을 알게 되었다. 이 결과들은 감정의 유발과 특정 뇌지역의 활성 사이에 상관성(Correlation)이 있다는 것을 보여주지만, 그 뇌지역들의 활성변화와 특정 감정 사이의 인과관계(Causal-Relationship)를 보여주는 실험적인 증거들은 아직 많이 부족한 실정이다. 흥미로운 사실은 뇌활성을 보인 지역들 중에서 특정 감정에만 특이적으로 활성변화를 보인 지역들이 있는 반면, 다양한 감정들에 보편적 활성을 보이는 지역들도 있다는 것이다. 특정 감정이 특이 지역의 활성에 기인한 것인지, 특이 지역을 포함한 뇌 전체에 걸친 활성변화가 종합된 결과로 나타나는 것인지, 아니면 다른 메커니즘에 의한 것인지 밝혀지지 않있다. 본 연구실은 공격성, 성적행동, 고통, 가려움, 스트레스 등 감정과 관련된 행동을 모델로 이용해서 이들 행동들을 매개하는 뇌 지역 및 신경세포군들을 찾아내고 신경세포군들이 이루는 커넥톰을 규명하며, 신경생리활성 물질들에 의해 신경회로가 조절되는 메커니즘을 밝히는 것을 목표로 연구를 진행하고 있다. 이 연구를 통해서 우리는 신경회로들이 작동하는 기본 원리를 이해하고 관련된 질병을 치료하는데 필요한 새로운 접근법을 제시하고자 한다.​

 

 

 

[연구내용]​

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1. 사회성행동 연구

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  분노 혹은 노여움은 인간이 느끼는 근본적인 감정들 중 하나이며 좌절, 자존심에 대한 상처, 스트레스 등의 다양한 요인들에 의해서 유발된다. 분노는 공격성으로 표현이 되기도 하는데 동물은 상대에게 겁을 주는 소리를 낸다거나, 무서운 표정을 짓는다거나, 위협적인 자세를 취하는 등 여러 가지 형태의 공격적 행동들을 보여준다. 노벨상 수상자인 W. R. Hess는 전기 자극으로 고양이 뇌의 시상하부를 인위적으로 활성화 시키면 동물의 공격 행동을 유발할 수 있다는 발견을 하였는데, 이 결과는 시상하부가 공격성을 매개한다는 것을 의미한다. 최근 연구에서 우리는 시상하부 내 Ventromedial Hypothalamus(VMH)라고 불리는 400-500 m³ 크기의 작은 뇌 지역이 마우스에서 공격성을 매개한다는 것을 옵토제네틱스(Optogenetics)와 케모제네틱스(Chemogenetics) 등 생체 내 신경세포 활성제어 기법들을 이용하여 밝혔고, 동일 뇌 지역이 상대 쥐의 탐색, Mounting등 다른 종류의 사회성 행동에도 관여한다는 것을 보였다. 현재 본 연구실에서는 VMH가 갖는 사회성 행동에서의 역할과 VMH가 포함된 커넥톰을 심도 깊게 밝히는 연구를 진행하고 있으며, 환경의 변화나 동물이 겪은 경험(Previous Experience)이 공격성을 매개하는 신경회로와 사회성 행동에 미치는 영향을 공부하고 있다. 더불어 자폐증 및 정신질환처럼 사회성 행동에 심각한 변화를 초래하는 질환의 유전자적 메커니즘을 유전자 조작 마우스 모델과 사회성 행동실험을 통해 밝히는 연구도 병행하고 있다.

 

 

​2. 고통과 가려움

  감정신경과학 연구실에서 관심을 갖고 있는 또 다른 연구주제는 고통(Pain)과 가려움 (Itch)이다. 피부를 비롯한 여러 조직들에 산재되어 있는 감각신경세포들의 말단이 통증 혹은 가려움 유발 물질들에 의해 활성화될 때 발생한 전기신호는 시냅스간 전달을 통해 척수를 거쳐 뇌로 전달되는데, 이 과정에서 우리는 고통 혹은 가려움을 느끼게 된다. 고통과 가려움의 감지는 아픈 곳을 감싸고 어루만지거나 가려운 곳을 긁는 행동으로 이어진다. 이전 연구에서 우리는 통증과 가려움을 매개하는 말초 신경세포들을 마우스 유전학, 선택적 신경세포 사멸, 행동 실험 등을 이용해서 규명한 바 있다. 본 연구실에서는 말초 신경에서 일어나는 자극의 감지 메커니즘을 분자 및 신경 회로의 수준에서 심층 연구하고 있으며, 특히 뇌로 전달된 통증 및 가려움 신호의 처리 경로, 신경 회로의 조절 메커니즘, 고통과 가려움을 매개하는 신경 회로들간의 상호 작용 등을 규명하는데 초점을 맞추고 연구를 진행 중에 있다.

 

 

3. 신경회로와 교세포, 그리고 뇌염증

  뇌염증은 뇌질환, 뇌손상 및 여러가지 요인들의 의해 발생하는 방어기전이다. 염증반응이 과도하게 일어나게 되면 비가역적인 뇌손상이 초래되며, 이는 알츠하이머, 파킨슨병, 치매, 우울증 등 난치성 만성뇌질환의 원인이 되기도 한다. 염증반응이 일어나는데 중요한 역할을 하는 인자 중 하나는 성상교세포, 미세아교세포 등이 포함된 교세포들이다. 교세포는 뇌 내 다수 세포임에도 불구하고 신경세포에 비해 오랜동안 주목을 받지 못했다. 하지만, 최근들어 교세포 연구에 대한 관심이 점차 증가하고 있으며, 그 결과 교세포들의 기능 및 신경세포와의 상호관계, 신경회로 활성조절 기능 등이 점차 밝혀지고 있다.  본 연구실에서는 뇌질환 동물모델에 옵토제네틱스, 케모제네틱스, 세포사멸 등의 기법을 적용시켜 뇌염증을 제어할 수 있는 새로운 방안을 개발하고 이를 뇌염증 완화 및 치료에 사용한다는 목적을 가지고 연구하고 있다.

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[실험기법]

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​  본 연구실에서는 마우스 유전학, 바이러스를 이용한 발현법, 뇌 내 바이러스 및 약물주입, 조직학적 분석, 전기생리학 뿐만 아니라 옵토제네틱스, 케모제네틱스, 선택적 세포사멸 기법들과 마우스행동실험을 접목해서 연구를 진행하고 있다. 마우스가 보여주는 생리활성과 행동의 변화를 포함한 감정표현(Emotional Expression)의 변화를 관찰함으로써 동물의 내면에서 일어나는 감정상태(Emotional Experience)의 변화를 유추한다.

 

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[연구책임자]

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​이효상 교수

주소: 대구광역시 달성군 현풍면 테크노중앙대로 333

소속: 대구경북과학기술원 뇌인지과학전공

전화: 053-785-6147

팩스: 053-785-6109

e-mail: hyosang22@dgist.ac.kr 

 

 

 

[연구진 구성]

교수: 이효상

석사과정: 이경호, 이재승, 방주원, 한상현

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​연구실 단체사진 (앞줄: 이재승, 뒷줄: 왼쪽부터 이경호, 한상현, 방주원)

 

 

 

​[대표논문]

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1. Lee, H., Kim, D.W., Remedios, R., Anthony, T.E., Chang, A., Madisen, L., Zeng, H., Anderson, D.J. (2014) Scalable control of

    mounting and attack by Esr1+ neurons in the ventromedial hypothalamus. Nature 29;509(7502):627-32.

2. Lin, D., Boyle, M.P., Dollar, P., Lee, H., Lein, E.S., Perona, P., Anderson, D.J. (2011) Functional identification of an

    aggression locus in the mouse hypothalamus. Nature 10;470(7333):221-6.

3. Cavanaugh, D.J., Lee, H., Lo, L., Shields, S.D., Zylka, M.J., Basbaum, A.I., Anderson, D.J. (2009) Distinct subsets of

    unmyelinated primary sensory fibers mediate behavioral response to noxious thermal and mechanical stimuli.

    PNAS 2;106(22):9075-80.