국내 연구진이 뇌신경회로 동작을 광학적으로 측정하는 방법 개발에 성공했다.
뇌신경회로 동작 측정으로 ‘행동유발 신경전달 메커니즘’을 규명할 수 있게 되었다. 이번 연구가 파킨슨병 같은 뇌신경질환의 근본적인 원인을 이해하고 치료법을 개발하는 데 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다.
이화여자대학교 전상범 교수와 미국 국립보건원 알코올연구소(NIH/NIAAA) Lovinger 박사, 포르투갈의 Casta 박사 공동 연구팀은 광학과 유전공합을 융합해 신경회로의 특정 신경전달 경로만 중첩 없이 기록할 방법을 개발했다.
생명체의 뇌신경세포가 발생시키는 신호를 측정하기 위해서 기존에는 전극을 뇌 안에 삽입하고 각각의 신경세포에서 발생하는 전기적 흐름을 측정하는 방법을 주로 썼다. 하지만 수천억 개의 신경세포로 이루어진 복잡한 뇌신경회로의 신호를 구분해 내기는 불가능했다.
연구팀은 신경신호가 신경세포에서 발생할 때 형광신호가 증가하도록 유전자를 조작했다. 그리고 광학신호를 발생시킨 뒤 실험동물 뇌에 삽입된 광섬유를 통해 측정하는 시스템을 개발했다.
이 방법을 활용해 연구팀은 뇌신경세포의 동물 행동 유발 시 직접경로(direct pathway)와 간접경로(indirect pathway)가 동시에 활성화된다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다. 그동안은 신경전달 경로가 행동유발과 행동억제의 목적으로 구분되어 직접경로와 간접경로가 따로 활성화된다는 학설이 지배적이었다.
전상범 교수는 “이번 연구결과로 행동유발에 관련된 신경전달 경로를 새롭게 밝힐 수 있었다”며 “기존 방법으로는 관찰할 수 없었던 뇌 안의 수많은 신경전달 경로를 밝히는데 광범위하게 응용될 연구방법을 개발한 데 의의가 있다”고 전했다.
24일 과학 학술지인 네이처 본지에 온라인 게재된 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)가 추진하는 글로벌프론티어사업(다차원 스마트 IT 융합 시스템 연구단), 중견연구자지원사업 등의 지원으로 수행되었다.
글. 김효정 기자 manacula@brainworld.com