UPDATED. 2022-11-25 18:33 (금)
KAIST, 시각 정보가 행동으로 변환되는 신경회로 규명
KAIST, 시각 정보가 행동으로 변환되는 신경회로 규명
  • 최아름 기자
  • 승인 2021.08.26 13:00
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

전두엽 억제성 신경회로의 기능 규명
주의력결핍과잉행동장애 치료 등 기대
이승희 교수 연구팀이 생쥐 모델에서 밝힌 전대상 피질(ACC)의 시각-운동 억제성 회로(sensory-to-motor inhibitory circuit)의 기능에 대한 일러스트. 이 교수 연구팀은 이 회로가 시각 정보에 따른 행동 개시 및 충동적 행동 제어에 중요함을 새롭게 규명했다. [사진=KAIST]
이승희 교수 연구팀이 생쥐 모델에서 밝힌 전대상 피질(ACC)의 시각-운동 억제성 회로(sensory-to-motor inhibitory circuit)의 기능에 대한 일러스트. 이 교수 연구팀은 이 회로가 시각 정보에 따른 행동 개시 및 충동적 행동 제어에 중요함을 새롭게 규명했다. [사진=KAIST]

[정보통신신문=최아름기자]
KAIST는 생명과학과 이승희 교수 연구팀이 시각 정보를 인식해 목표 지향적 행동을 결정하는 대뇌 전두엽의 신경회로 기전을 새롭게 규명했다고 26일 밝혔다.

이 교수 연구팀은 시각 피질과 상호 작용하는 전측 대상회(전대상) 피질(ACC)의 억제성 신경회로가 동물이 시각 정보를 인식하고 이에 맞는 정확한 행동을 개시하는 데 중요한 역할을 함을 밝혔다. 연구 결과는 포유류 전두엽 전대상 피질의 신경회로가 어떻게 시각 인지 행동 및 충동적 행동을 제어할 수 있는지를 새롭게 규명해, 주의력결핍과잉행동장애(ADHD)와 같은 인지장애 및 충동성을 주 증상으로 하는 뇌질환 치료에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

우리는 외부 환경에서 유입되는 다양한 감각 정보를 인지해 상황에 맞는 행동을 수행한다. 한 예로, 운전할 때 신호등 앞에서 빨간색 신호를 보면 출발하지 않고 멈춰야 하며, 초록색 신호로 바뀌면 출발하게 된다. 이처럼 시각 정보를 인식하고 이에 맞는 운동 행동을 결정하기 위해 우리 뇌는 받아들인 감각 정보를 적절한 운동 정보로 변환해야 하는데, 이 교수 연구팀은 이것이 전대상 피질의 억제성 회로에 의해 이루어짐을 밝혔다.

시각 자극을 보고 이에 맞는 행동(물핥기 행동)을 수행하는 생쥐의 전대상 피질(ACC)과 시각 피질(V1)에서 실리콘 다채널 전극을 삽입해 신경 신호를 측정하는 모식도 및 측정된 신경세포 타입 분류: 시각 피질에는 시각 신경세포가 많은 반면, 전대상 피질에서는 시각 신경세포와 운동 신경세포가 비슷한 비율로 존재한다. [사진=KAIST]
시각 자극을 보고 이에 맞는 행동(물핥기 행동)을 수행하는 생쥐의 전대상 피질(ACC)과 시각 피질(V1)에서 실리콘 다채널 전극을 삽입해 신경 신호를 측정하는 모식도 및 측정된 신경세포 타입 분류: 시각 피질에는 시각 신경세포가 많은 반면, 전대상 피질에서는 시각 신경세포와 운동 신경세포가 비슷한 비율로 존재한다. [사진=KAIST]

연구팀은 뇌가 받아들인 시각 정보를 어떻게 운동 정보로 전달하는지 규명하기 위해, 시각 자극을 보면 물을 핥고 그렇지 않으면 물 핥기를 멈추는 목표 지향적 행동을 학습시킨 생쥐의 전대상 피질에 고밀도 실리콘 전극을 삽입해 생체 내 신경 신호를 측정 및 분석했다.

그 결과, 전두엽 전대상 피질 내에서 시각 피질로부터 정보를 받는 시각 반응성 신경세포들이 주변의 세포들을 억제할 경우 생쥐가 운동을 개시할 수 있음을 밝혔다.

또한, 약물적 방법을 이용해 전대상 피질의 활성 정도를 낮추게 되면 생쥐는 시각 자극이 주어지지 않았음에도 불구하고 충동적으로 목표 지향적 행위를 지속하는 비정상적인 행동 양상을 보였다. 이를 통해 전대상 피질은 정상적인 감각-운동 변환 과정에서도 핵심적인 기능을 수행할 뿐 아니라, 시각 정보가 없을 때 운동 개시를 멈추고 기다려야 하는 충동 조절에도 중요한 역할을 하고 있음을 밝혔다.

이 교수 연구팀은 바이러스 추적자, 광유전학, 다채널 전극 레코딩과 같은 신경과학 최첨단 실험 기법을 활용해 전대상 피질 내의 신경세포 타입과 회로가 어떠한 방식으로 시각 정보를 목표 지향적 운동 행위로 변환하는지에 대한 신경 메커니즘 원리를 최초로 규명했다.

전대상 피질에서 시각-운동 변환이 이루어지는 신경 메커니즘에 대한 모식도: 시각 반응성 신경세포(SInc, 초록색)가 시각 자극으로 활성화되면 운동 억제성 신경세포(MDec, 심홍색)가 억제되면서 시각 자극에 대한 행동이 개시된다.  [사진=KAIST]
전대상 피질에서 시각-운동 변환이 이루어지는 신경 메커니즘에 대한 모식도: 시각 반응성 신경세포(SInc, 초록색)가 시각 자극으로 활성화되면 운동 억제성 신경세포(MDec, 심홍색)가 억제되면서 시각 자극에 대한 행동이 개시된다. [사진=KAIST]

전대상 피질에는 시각 정보에 반응하는 시각 반응성 신경세포, 운동 개시를 억제하는 운동 억제성 신경세포, 그리고 시각 정보와 운동 개시에 반응하지 않는 나머지 신경세포들이 존재함을 확인했다. 그리고 이와 같은 세 종류의 뉴런들의 신경 활성도는 생쥐가 시각 정보를 인지하여 행동을 개시하는 반응 속도와 유의미한 상관관계가 있음을 규명했다.

특히, 광유전학적(optognetics) 방법을 이용한 실험에서, 전대상 피질의 시각 반응성 뉴런들은 시각 피질로부터 신경 정보를 직접 전달받음을 확인했고, 광 자극으로 해당 신경 회로를 활성화할 때 시각 자극이 없어도 생쥐의 목표 지향적 행동을 유발할 수 있음을 증명했다.

이승희 교수는 "이번 연구 결과는 주의력결핍과잉행동장애 및 조현병과 같은 질병에서 전대상 피질이 정상적으로 작동하지 못할 때 나타나는 행동 장애를 치료하기 위한 정밀한 신경회로 타겟을 제시했다ˮ라고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국 연구재단 및 KAIST 글로벌 특이점 프로그램의 지원을 통해 수행됐다.


관련기사

댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • [인터넷 신문 등록 사항] 명칭 : ㈜한국정보통신신문사
  • 등록번호 : 서울 아04447
  • 등록일자 : 2017-04-06
  • 제호 : 정보통신신문
  • 대표이사·발행인 : 문창수
  • 편집인 : 이민규
  • 편집국장 : 박남수
  • 서울특별시 용산구 한강대로 308 (한국정보통신공사협회) 정보통신신문사
  • 발행일자 : 2022-11-25
  • 대표전화 : 02-597-8140
  • 팩스 : 02-597-8223
  • 청소년보호책임자 : 이민규
  • 사업자등록번호 : 214-86-71864
  • 통신판매업등록번호 : 제 2019-서울용산-0472호
  • 정보통신신문의 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재·복사·배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2011-2022 정보통신신문. All rights reserved. mail to webmaster@koit.co.kr
인터넷신문위원회 abc협회 인증 ND소프트