KAIST, 시각정보의 행동변환 신경회로 규명... "ADHD 치료 새 지평"
KAIST, 시각정보의 행동변환 신경회로 규명... "ADHD 치료 새 지평"
  • 권성하 기자
  • 승인 2021.08.26 13:00
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KAIST 이승희 교수팀, 전두엽 억제성 신경회로 기능 규명
주의력결핍 과잉행동장애 등 인재장애와 충동성 질환 치료 기대
KAIST 생명과학과 이승희 교수 연구팀이 시각 정보를 인식해 목표 지향적 행동을 결정하는 대뇌 전두엽의 신경회로 기전을 새롭게 규명해 ADHA 등 뇌질환 치료에 새 지평을 열었다.[교육사랑신문 권성하 기자]

KAIST 생명과학과 이승희 교수 연구팀이 시각 정보를 인식해 목표 지향적 행동을 결정하는 대뇌 전두엽의 신경회로 기전을 새롭게 규명했다.

26일 KAIST에 따르면 이번 연구결과를 통해 주의력결핍과잉행동장애(ADHD) 등 인지장애와 충동성에 관련된 뇌질환 치료에 새로운 지평을 열 것으로 전망된다.

이승희 교수 연구팀은 시각 피질에 연동된 전측 대상회(전대상) 피질(Anterior cingulate cortex, ACC)의 억제성 신경회로가 동물들이 시각정보를 얻고, 정확한 행동을 하는데 역할을 하는 것을 밝혀냈다.

연구팀은 동물은 외부 환경에서 유입되는 다양한 감각 정보를 인지해 상황에 맞는 행동을 수행하는데 운전할 때 빨간색 신호는 멈추고, 초록색 신호에 출발하는 것이 대표적인 사례다.

시각 정보를 인식하고 이에 맞는 운동 행동을 결정하려면 뇌가 수용한 감각 정보를 적절한 운동 정보로 변환해야 하는데 연구팀은 전대상 피질의 억제성 회로가 결정적인 역할을 한다는 것을 밝혀냈다.

생쥐에게 시각 자극을 보면 물을 핥고, 그렇지 않으면 멈추는 목표 지향적 행동을 학습시킨 뒤 전대상 피질에 고밀도 실리콘 전극을 삽입해 생체 내 신경 신호를 측정·분석한 결과, 시각 피질로부터 정보를 받는 시각 반응성 신경세포들이 주변의 세포들을 억제할 때 운동을 개시하는 것을 확인했다.

또 약물적 방법을 이용해 전대상 피질의 활성 정도를 낮추면 생쥐는 시각 자극이 주어지지 않았음에도 불구하고 충동적으로 목표 지향적 행위를 지속하는 비정상적인 행동 양상을 보였다.

이승희 교수팀은 생쥐의 전대상 피질(ACC)과 시각 피질(V1)에서 실리콘 다채널 전극을 삽입해 신경 신호를 측정하는 실험을 통해 시각 피질로부터 정보를 받는 시각 반응성 신경세포들이 주변의 세포를 억제할때 운동을 개시하는 것을 확인했다. [교육사랑신문 권성하 기자]

전대상 피질이 정상적인 감각-운동 변환 과정에서도 핵심적인 기능을 수행하고, 시각 정보가 없을 때 운동 개시를 멈추고 기다려야 하는 충동 조절에도 중요한 역할을 하고 있다는 의미다.

이승희 교수팀은 바이러스 추적자, 광유전학, 다채널 전극 레코딩 등 신경과학 최첨단 실험기법을 통해 전대상 피질 내의 신경세포 타입과 회로가 어떤 방식으로 시각 정보를 목표 지향적 운동 행위로 바꾸는지에 대한 신경 메커니즘 원리를 최초로 규명했다.

특히 광유전학적(optognetics) 방법을 이용한 실험을 통해 전대상 피질의 시각 반응성 뉴런들이 시각 피질로부터 신경 정보를 직접 전달 받는다는 점을 확인했고, 광 자극으로 해당 신경 회로를 활성화할 때 시각 자극이 없어도 생쥐가 목표 지향적 행동을 하는 것도 증명했다.

이승희 교수는 "이번 연구는 포유류 전두엽 전대상 피질의 신경회로가 어떻게 시각 인지 행동과 충동적 행동을 제어하는 지를 새롭게 규명한 것"이라며 "ADHD와 조현병처럼 전대상 피질이 정상적으로 작동하지 못할 때 나타나는 행동 장애를 치료하는 정밀한 신경회로 타겟을 제시했다"고 말했다.

한편, KAIST생명과학과 김재현 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 및 KAIST 글로벌 특이점 프로그램의 지원을 통해 수행됐고, 국제 학술지 '네이처 뉴로사이언스 (Nature Neuroscience, IF 20.071)' 8월 19일자 온라인판에 게재됐다.

 

 


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