KAIST 생명과학과동창회
  • News & Events
  • 생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

Extra Form
인터뷰 박세근, 정용철, 김대건
논문 Park, S.*, Jeong, Y*., Kim, D.G*., Lee, M., Shin, A., Park, G., Ryoo, J., Hong, J., Bae, S., Kim, C., Lee, P.†, Kim, D.†, (2018) Medial preoptic circuit induces hunting-like actions to non-social objects and prey. Nature Neuroscience doi: 10.1038/s41593-018-0072-x
한줄요약 Medial preoptic circuit induces hunting-like actions to target objects and prey

인터뷰


 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요.

사람과 동물은 생존을 위한 먹이나 유용한 자원을 획득하기 위해 호기심을 갖고 다양한 사물을 탐색한다. 동물이 유용한 자원 혹은 먹이를 확보하려는 것은 생존을 위한 강력한 욕구이다. 인간은 이러한 욕구를 의해 경제활동이나 다양한 행동을 나타낸다. 그러나 현재까지 이러한 욕구를 만드는 신경 회로 및 그의 작용 원리에 대해서는 알려진 바가 없다.

KAIST 생명과학과 김대수 교수, 기계공학과 이필승 교수 연구팀은 시상하부의 일부인 Medial preoptic area (MPA)가 대상을 획득 및 소유하려는 본능을 만들어낸다는 사실을 밝혔다. 또한 MPA 신경회로를 활용해 동물의 행동을 조절할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀은 한 쥐에게는 장난감을 갖고 놀게 하고 다른 쥐는 따로 장난감을 주지 않은 뒤 cFos (신경세포 활성 마커 단백질) 활성을 분석했다. 이 과정에서 시상하부(hypothalamus)의 일부인 전시각중추(MPA, medial preoptic area)가 활성화됨을 발견했다. 그 후 광유전학(optogenetics)을 이용해 빛으로 MPA를 자극하자 생쥐가 물체 획득을 위해 집착하는 이상행동을 보이는 것을 확인했다. 또한 MPA신경은 수도관주위 회색질(PAG, Periaqueductal gray)로 신호를 보내 행동을 만들어낸다는 사실을 규명했다.

또한 연구팀은 위 신경회로를 빛으로 조절할 때 생쥐가 눈 앞의 목표를 획득하려는 강한 동기를 보이는 점을 이용하여 신경세포 활성을 통한 포유류 행동조절에 성공하였다. MIDAS (MPA-induced drive assisted steering) 라고 명명된 이 기술을 통해 생쥐가 원하는 경로대로 많은 장애물을 스스로 극복하며 이동하도록 할 수 있었다.

이 연구는 수집 강박, 도벽 등 뇌 질환 연구에 대한 단서를 제공 할 수 있고, 이를 통해 만들어진 뇌-컴퓨터 접속 기술은 국방, 재난구조 등 다양한 곳에 활용될 가능성이 있다.


figure.jpg

그림 1. 전시각중추 신경회로가 소유행동을 나타내는 모식도 



2. 연구과정에서 있었던 에피소드를 소개해 주세요.

- 박세근: 저년차에 실험을 하던 도중 원하는 결과를 얻어 너무 기쁜 나머지 안식년을 가신 교수님께 밤늦은 시간임에도 불구하고 메일을 보냈던 것이 생각납니다. 교수님께서는 늦은 밤에도 바로 답장해 주셔서 함께 기뻐했고, 이 긍정적 경험이 대학원 생활에 큰 도움이 되었습니다.

- 정용철: 꽤나 오랜 연구 기간 동안 많은 일들이 있었지만, 저는 박세근 박사님과 함께 진행해오던 신경과학 쪽 연구와 김대건 박사님과 함께 진행해오던 시스템 제어 공학 쪽 연구를 하나의 논문으로 합치자는 결정을 한 일이 가장 기억에 남습니다. 교수님과 다같이 카페에 앉아서 논문 구성에 대해 상의를 하다가 고심 끝에 내린 결정이었습니다. 이런 식의 융합은 흔치 않은 일이었고, 저는 양쪽 연구에 모두 관여하고 있었던 터라 걱정과 부담도 있었지만 결과적으로 신경과학에서의 획기적인 발견과 탄탄한 과학적 기반에 제어 공학의 실용성과 흥미를 더해 의미 있는 논문으로 발전할 수 있었습니다.

- 김대건: 저는 본교 기계공학과에서 박사과정을 거치며, 생명과학과의 김대수 교수님과 공동연구를 함께 하며 본 연구를 진행하게 되었습니다. 이 연구를 진행 하면서 처음 행동 실험용 쥐를 접했으며, 행동을 제어하는 시스템을 구축 하게 되면서, 여러가지 새로운 경험을 하며 즐거웠는데요. 떠오르는 특별한 에피소드로는, 처음 행동 제어에 성공했던 쥐가 수술 도중 죽게 되었을 때, 여러가지 감정이 들었습니다. 전세계 수많은 연구자들이 자연의 신비를 풀기위해 사용하는 실험용 동물들의 희생에 대한 감사를 다시 한번 되새기게 되었습니다.

 


3. 연구를 통해 얻은 지혜를 후배들에게 들려주세요.

- 박세근: 신경 과학과 시스템 제어 공학이라는 전혀 다른 두 분야를 서로가 완벽히 이해해야 했기에 이를 위해 두 공동 저자들과 함께 장소를 가리지 않고 만나 끊임없이 논의했습니다. 그 시간이 가장 재미있는 과정이자 가장 큰 과제였습니다. 모든 과정에서 정용철 박사과정과 김대건 박사가 매우 큰 기여를 했고, 논문의 모든 저자가 긴밀히 협력했기에 가능했습니다.

- 정용철: 신경과학, 특히 동물 행동학을 함께 연구할 때에는 세심한 관찰력과 창의적인 실험 설계가 중요하다는 것을 알았습니다. 저희는 연구에서 밝힌 MPA-PAG를 자극했을 때 물체를 탐색하고 가지려 하는 행동이 나오는 것을 일찍이 발견했지만 이것이 가지는 생리적인 의미를 찾아내는데 꽤나 오랜 시간이 걸렸습니다. 단순 공격 행동이 아닌지, 고통을 느껴서 나오는 행동이 아닌지, 교미 행동은 아닐지 등 다양한 방면에서 행동을 해석하려는 노력이 있었습니다. 이 행동실험 과정 동안 기계적이고 고전적인 지표만을 보며 분석했다면 제대로 된 결론이 나오기 힘들었을 겁니다. 기존 기법에 얽매이지 않고 가설을 증명할 수 있는 새로운 행동실험 기법들을 개발하고 영상들을 수없이 돌려보며 관찰했던 그 일련의 실험 끝에 생존에 필요한 자원과 먹이를 획득하기 위한 행동이라는 결론을 내릴 수 있었습니다.

- 김대건: 각 분야에서, 새로운 연구 및 도전을 하는 것은 많은 연구자들의 숙명이자, 어려운 부분일 것입니다. 저희가 처음 이 연구를 시작 했을 때만 해도, 기계 제어 시스템을 생명과학에 접목하여 살아있는 쥐의 행동을 직접 제어하는 것은, 기존에 없던 전혀 새로운 도전이었습니다. 안정된 길이나 주류 연구를 따라가는 것도 중요하지만, 이처럼 전혀 다른 방향의 새로운 도전을 하는 연구자들도 꼭 필요하다고 생각합니다. 결국, 이러한 시도들이 모여 다음 시대를 여는 열쇠가 될 수 있지 않을까요?



4. 나는 왜 명과학자가 되었는가?

- 박세근: 고등학교 때 아마존과 관련된 재미있는 강연을 듣고 생물학을 공부해야겠다고 결심했습니다. 과학자가 되겠다는 막연한 꿈을 가지고 박사과정 입학했을 때, 동물행동학 수업을 무척 흥미롭게 들었습니다. 수업을 듣고, 학습과 기억 등 고등인지과정보다 동물의 본질적이고 원시적인 행동을 뇌가 어떻게 만들어 내는지 연구해 보고 싶었습니다.

- 정용철: 사람은 누가 가르쳐주거나 직접 경험하지 않더라도 어떤 물건이나 사건, 개념 등을 상상해낼 수 있습니다. 저는 이런 듣도 보도 못한 새로운 생각, 창의적인 발상이 어떻게 뇌에서 만들어지는가를 알고 싶었습니다. 현재 인공지능이 무서운 속도로 발전하고 있지만 아직 배우지 못한 새로운 개념을 만들어 내는 것은 불가능합니다. 앞으로 제 연구들이 새로운 생각을 만들어내는 뇌의 역할을 밝히는 데 도움이 되었으면 좋겠습니다.

- 김대건: 저는 본교 기계공학 박사학위를 받은 뒤, 현재는 김대수 교수님 연구실에서 박사 후 연구원으로 재직중입니다. 박사과정 중 본 연구를 통해 살아있는 쥐의 다양한 행동들을 관찰하며, 뇌의 메커니즘으로 인해 일어나는 행동들이 기계 시스템보다 훨씬 더 복잡하고 연구해야 할 부분들이 많다는 것을 느꼈습니다. 앞으로는 다양한 기계시스템을 적용하여, 살아있는 동물 및 인간의 행동과 연관된 뇌 속 뉴런들의 인과과정 및 구조들을 분석하는 데에 힘쓰고 싶습니다.


  1. 손유경(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    1. 배경지식 세포 내외의 신호 전달 체계를 조절하는 것은 세포 및 단백질의 기능을 이해하는 기초적인 연구 및 질병 치료제를 개발하는데 있어서 매우 중요한 부분을 차지하고 있습니다. 현재까지는 세포 내로 진입하는 방법에 어려움이 있기 때문...
    Date2018.05.21 By생명과학과 Views332
    Read More
  2. 현광범(진핵세포 전사 연구실, 김재훈 교수님)

    <Rad5의 DNA replication fork reversal 모델> 1. 배경지식 다양한 DNA lesion은 replication fork를 stall할 수 있습니다. 이러한 stalling은 genome의 instability 와 cell death를 일으킬 수 있기 때문에, stalled replica...
    Date2018.05.14 By생명과학과 Views412
    Read More
  3. 김종원(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    <표적 특이적 유전자 전달 복합체의 구성 및 유전자 전달> 1. 배경지식 기존의 유전자 전달체는 바이러스성과 비바이러스성 전달체로 구분할 수 있습니다. 바이러스성 전달체는 높은 형질 발현율을 보이는 반면, 면역...
    Date2018.05.14 By생명과학과 Views316
    Read More
  4. 노수민(동물세포공학 실험실, 이균민 교수님)

    <GS/MSX시스템을 이용해서 바이오의약품 생산세포주를 만드는 과정> 1. 배경지식 바이오 의약품 (치료용 단백질, 재조합 단백질)을 생산하고자 할 때, 간단한 모양을 가진 단백질은 미생물이나 효모에서도 생산이 가능하지만 복잡한 형태...
    Date2018.05.09 By생명과학과 Views490
    Read More
  5. 김태윤(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 현재 사용되고 있는 대부분의 질병 치료제들은 항체에 기반하고 있습니다. 그러나 이러한 항체 기반의 치료들은 제작이 어려우며 제조비용도 매우 높습니다. 그래서 이러한 항체들을 대신할...
    Date2018.05.09 By생명과학과 Views401
    Read More
  6. 김륜희(시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 뇌가 정상적으로 기능하기 위해선 다양한 molecular process를 통해 neuronal synapse가 잘 발달 되어야 합니다. 특히나, presynapse와 postsynapse 사이의 adhesive contact은 매우 중요한 단계이며 이 ...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views451
    Read More
  7. 황순규(시스템 및 합성생물학 연구실, 조병관 교수님)

    그림. 트랜스포존 시퀀싱 기법을 이용한 pyruvate transporter 유전자 기능 규명 1. 배경지식 Pyruvate 은 생명체에서 탄소원으로부터 에너지를 얻는 과정인 Central carbon metabolism 에서 glycolysis ...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views386
    Read More
  8. 문경환(신경발생학 연구실, 김진우 교수님)

     <Nf2는 각 구획의 세포분열 속도를 조절하는 스위치> 1. 연구를 시작한 계기 : 신경섬유종증을 앓고 있는 환자 중 많은 수가 안과 관련 질환을 가지고 있습니다. 이번 연구는 신경섬유종증의 원인이 되는 Nf2 유전자 돌연변이가 어떤 기작으...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views296
    Read More
  9. 최원영(분자종양유전학 연구실, 임대식 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Hippo pathway의 effector protein인 YAP과 TAZ의 활성이 직접적으로 위암을 일으킬 수 있다는 것을 동물(마우스)모델로 증명하고, 분자적으로는 YAP activation이 MYC을 upregulation 하는 기전...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views248
    Read More
  10. 김태묵(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Next-Generation sequencing(NGS) 기술로 인해 최근 수년간 대규모의 Sequencing 데이터가 쌓여가고 있습니다. 많은 생물학을 연구하는 연구원들께서 이미 공개된 수많은 데이터를 ...
    Date2018.04.23 By생명과학과 Views320
    Read More
  11. 박세근, 정용철, 김대건(행동유전학 실험실, 김대수 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 사람과 동물은 생존을 위한 먹이나 유용한 자원을 획득하기 위해 호기심을 갖고 다양한 사물을 탐색한다. 동물이 유용한 자원 혹은 먹이를 확보하려는 것은 생존을 위한 강력한 욕구이다. 인...
    Date2018.03.19 By생명과학과 Views611
    Read More
  12. 서호규(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요 이 논문은 제 직전 논문의 후속 연구논문입니다. 이전 논문에서 Proteasome이 fission yeast centromere에서 heterochromatin spreading을 막는 새로운 기능이 있다는 것을 밝혔고,...
    Date2018.03.13 By생명과학과 Views629
    Read More
  13. 서호규(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Proteasome은 이름에서도 알 수 있듯이 수십 개의 단백질들로 구성되어 있는 복합체로서 세포 내 단백질들을 분해하는 기능으로 잘 알려져 있습니다. 체내 전체 단백질의 1%를 혼...
    Date2018.03.13 By생명과학과 Views607
    Read More
  14. 정선혜(세포분열분화발생 실험실, 임대식 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Non-Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD, 비알콜성지방간)/ Non-Alcoholic Steatohepatitis (NASH, 비알콜성지방간염)은 이름 그대로 알코올섭취와 상관없이 생기...
    Date2018.03.05 By생명과학과 Views707
    Read More
  15. 이민지(바이오이미징/광유전학 실험실, 허원도 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 세포는 외부 환경으로부터 오는 변화를 수용체를 통해서 인식하고, 그 신호를 세포 내부로 전달하는데, 이를 통해서 세포 내에서 여러 기능들이 조절됩니다. 이러한 수용체 중 TGF-...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views973
    Read More
  16. 변현종(카이스트 부설 한국과학영재학교 미생물공학실, 안정훈 교수님) - 카이스트 생명과학과 학부생

     ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 타입 I 분비 시스템(T1SS) 중 “폴리펩타이드를 수송하는 ABC 수송체”들의 단백질 분비 특성에 관해 연구한 논문입니다. 우리는 Pseudomonas fluorescens 박테리아가 보유한 ABC 수...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views741
    Read More
  17. 송요셉(시스템 및 합성 생물학 연구실, 조병관 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 화석연료는 에너지 연료로만 사용되는 것이 아니고, 정유시 발생하는 석유화학제품도 제약, 섬유 산업 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 화석연료 고갈 문제 및 사...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views660
    Read More
  18. 신정환(시스템신경과학 연구실, 정민환 교수님)

      ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 기저핵은 신경계에서 대표적으로 강화학습과 수의적인 운동에 중요한 부위로 알려져 있습니다. 강화학습이란 예측한 기대치 (Expected value)와 ...
    Date2018.01.29 By생명과학과 Views773
    Read More
  19. 유다영(동물세포공학 연구실, 이균민 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 현재 mammalian 세포에서 생산되는 단백질 의약품의 70%는 Chinese hamster ovary (CHO) 세포를 이용합니다. Glutamine synthetase (GS) / Methionine sulfoximine (MSX) 시스템은 CH...
    Date2018.01.29 By생명과학과 Views744
    Read More
  20. 정지혜(시스템 및 합성생물학 연구실, 조병관 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 단감의 경우 실제로 수확 후, 2주 후부터 연화가(물러짐) 진행되어 1달이 지나면 대부분의 단감이 연화되어 먹을 수 없습니다. 이렇듯 단감이 상품성을 가질 수 있는 기간은 한정적 ...
    Date2018.01.08 By생명과학과 Views780
    Read More
Board Pagination Prev 1 2 Next
/ 2