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김도형 (포항공과대학교 IT융합공학과)
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김도형 (포항공과대학교 IT융합공학과)작성일자
2024-12-13조회수
110
김도형
포항공과대학교 IT융합공학과
kimd42@postech.ac.kr
[연구내용 소개]
뇌-기계 인터페이스(Brain-Machine Interface; BMI)는 신체를 통하지 않고, 뇌와 직접 신호를 주고받을 수 있는 기술을 말합니다. BMI를 통하여 뇌졸중, 척수손상, 극위축성측색경화증(ALS) 등의 신경계 질환으로 발생한 시각이나 운동기능의 손실을 회복시킬 수 있고, 또한 우울증, 강박장애, PTSD 등 정신질환에서 신경 조절을 통한 회복을 시도할 수 있습니다. 본 연구실은 많은 신경신호를 측정할 수 있는 Neuropixels시스템과, 각각의 신경세포에 대하여 1 millisecond 단위의 빠른 피드백이 가능한 FPGA-based BMI 시스템, holographic 2-photon microscopy를 이용한 all-optical 시스템 등을 사용하여, 기존에 연구하지 못했던 활성 전위 단위의 temporal code 로 신경 회로 조절기전을 밝히고, 머신러닝을 활용하여 더욱 정밀한 신경신호 해독을 성취하고자 합니다. 광유전학, 전기자극, 초음파자극과 같은 다양한 방법으로 신경회로를 조절하는 기술을 사용하여, 임상 전문의로서 경험했던 뇌졸중, 파킨슨병과 같은 다양한 신경학적 질환에 이러한 연구방법을 적용하는 것을 목표로 하고 있습니다.
1. 실시간 양방향 BMI를 사용하여 생물학적 신경망 및 행동을 제어하는 것을 목표로 합니다. 기존의 인코딩-디코딩 접근 방식 대신, 신경망과 행동을 안내하는 제어 알고리즘을 개발하고 있습니다.
그림1. 실시간 양방향 BMI를 활용한 신경 제어 연구 (bioRxiv 2023)
2. 실시간 단일 유닛BMI를 사용하여 뇌 손상 후 자발적 회복 메커니즘을 연구합니다. 이 연구는 손상된 뇌가 어떻게 스스로 기능을 회복하는지 밝히고, 이를 바탕으로 보다 효과적인 재활 치료법을 개발하는데 기여하고자 합니다.
그림2. 뇌졸중 후 조기 신경회복 기전규명 연구
3. PTSD 동물 모델에서 광범위한 뇌 영역의 신경활성을 측정하고, 공포반응과 관련된 신경표상을 찾아내고 이를 조절하는 기술을 개발합니다.
[연구자 소개]
저는 서울대학교 의과대학을 졸업 이후 같은 대학병원에서 신경과 전문의를 취득하였습니다. 전공의 때에는 주로 뇌졸중 분야의 전임상 및 임상 연구를 진행하였습니다. 보통은 군의관이나 공보의로 병역을 수행하면서, 또는 전임의 때나 교수임용 후 해외연수를 통하여 틈틈이 기초의학 혹은 임상의학 연구를 공부하게 되는데, 저는 진료와 연구를 병행하는 것으로는 다른 연구자 분들의 깊이를 따라갈 수 없을 것이라 생각이 되어, 카이스트 의과학대학원 박사 과정에 입학하여 전일제 연구를 수행하였습니다.
의사면허를 취득하고 바로 박사과정에 들어가는 방법도 있고, 전문의 취득 후에 박사과정에 들어가는 경우도 있는데, 저는 후자에 속하며, 이렇게 전문의 후에 박사과정을 하게 되면 대부분 30대 이후의 나이에 연구를 시작하게 되어 교수 임용 전까지 들어가는 시간이 긴 편이나, 임상경험에 기반한 질병 연구 등 목적성이 높은 연구를 수행할 수 있다는 장점이 있는 것 같습니다. 현재는 의사과학자 양성 사업 등 정부에서도 관심을 가지고 박사 및 박사후 과정에 많은 지원을 하고 있어, 예전에 비해서는 조금 더 안정적인 연구를 할 수 있게 된 것 같습니다.
박사과정 동안 신경과학 연구를 하면서 기존에 임상에서 알고 있던 교과서적인 지식에서 벗어나, 새로운 지식을 알아가는 것에 큰 즐거움을 느꼈고, 졸업을 하고 나서도 계속 연구를 하고자 미국 HHMI 자넬리아 연구소에서 박사후 연구원으로 있었고 평소 뵙기 힘들었을 훌륭한 연구자 분들과 같이 연구를 할 수 있어 행복했습니다. 2023년부터 포항공과대학교 IT융합공학과 및 의과학전공 프로그램에서 조교수로 시스템신경과학 및 뇌-기계 인터페이스 분야의 연구를 이어가고 있습니다.
[연구진구성]
교수: 김도형
대학원과정: 김나현, 김도경, 방유진, 현예나
[연락처]
경북 포항시 남구 지곡로 80
054-279-8423
Homepage: anne.postech.ac.kr
[대표논문]
1. Chongxi Lai, Dohoung Kim, Brian Lustig, Shinsuke Tanaka, Brian Barbarits, Lakshmi Narayan, Jennifer Colonell, Ole Paulsen, Albert K. Lee, and Timothy D. Harris. Low-Latency Extracellular Spike Assignment for High-Density Electrodes at Single-Neuron Resolution. bioRxiv (2023).
2. Huijeong Jeong, Dohoung Kim, Min Song, Se-Bum Paik, and Min Whan Jung. Distinct roles of parvalbumin-and somatostatin-expressing neurons in flexible representation of task variables in the prefrontal cortex. Progress in neurobiology 187 (2020).
3. Dohoung Kim, Jong-Moo Park, Kyusik Kang, Yong-Jin Cho, Keun-Sik Hong, Kyung Bok Lee, Tai Hwan Park, Soo Joo Lee, Jae Guk Kim, Moon-Ku Han, Beom Joon Kim, Jun Lee, Jae-Kwan Cha, Dae-Hyun Kim, Hyun-Wook Nah, Dong-Eog Kim, Wi-Sun Ryu, Joon-Tae Kim, Kang-Ho Choi, Jay Chol Choi, Byung-Chul Lee, Kyung-Ho Yu, Mi Sun Oh, Wook-Joo Kim, Jee-Hyun Kwon, Dong-Ick Shin, Sung-Il Sohn, JeongHo Hong, Ji Sung Lee, Juneyoung Lee, Philip B Gorelick, Hee-Joon Bae. Dual Versus Mono Antiplatelet Therapy in Large Atherosclerotic Stroke: A Retrospective Analysis of the Nationwide Multicenter Stroke Registry. Stroke 50, 1184-1192 (2019)
4. Jieun Kim, Dohoung Kim, Min Whan Jung. Distinct dynamics of striatal and prefrontal neural activity during temporal discrimination. Frontiers in Integrative Neuroscience 12, 34 (2018).
5. Jung Hwan Shin, Dohoung Kim, Min Whan Jung. Differential coding of reward and movement information in the dorsomedial striatal direct and indirect pathways. Nature communications 9, 404 (2018).
6. Dohoung Kim, Huijeong Jeong, Juhyeong Lee, Jeong-Wook Ghim, Eun Sil Her, Seung-Hee Lee, Min Whan Jung. Distinct roles of parvalbumin- and somatostatin-expressing interneurons in working memory. Neuron 92, 902-915 (2016).
7. Dohoung Kim*, Seung-Hoon Lee*, Beom Joon Kim, Keun-Hwa Jung, Kyung-Ho Yu, Byung-Chul Lee, Jae-Kyu Roh. Secondary prevention by stroke subtype: a nationwide follow-up study in 46 108 patients after acute ischaemic stroke. European heart journal 34, 2760-2767 (2013)