메뉴 건너띄기
본문 바로가기 상단메뉴 바로가기

KIST 한국과학기술연구원 Korea Institute of Science and Technology

KIST 최신 R&D 연구소식을 소개합니다

미투데이 보내기
twitter 보내기
Facebook 보내기
내 몸의 GPS, 공간과 상황을 인지하는 장소 세포의 매커니즘 규명 보기
제목 내 몸의 GPS, 공간과 상황을 인지하는 장소 세포의 매커니즘 규명
연구팀 뇌과학연구소 세바스쳔 로열 박사팀 조회수 11170
파일첨부 20170220 [KIST 보도자료] 내몸의 GPS  
내 몸의 GPS, 공간과 상황을 인지하는 장소

세포의 매커니즘 규명

 - KIST 뇌과학연구소 외국인 유치과학자, 장소 세포의 공간적, 감각적 기능 규명

 - 트레드밀 활용 쥐 실험을 통해 물체에 대한 장소세포의 활동 기록·관찰


뇌의 해마(hippocampus)는 우리가 경험하는 사건을 기억하는데 필수적인 뇌 영역이다. 해마에 있는 각 세포가 우리가 있는 특정위치를 암호화하기 때문에, ‘장소 세포’(place cell)라고 일컫는다. 최근 국내 연구진이 내 몸 안의 GPS, 장소 세포에 대한 매커니즘을 규명했다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 세바스쳔 로열 박사(Sebastien Royer)는 KU-KIST 학연프로그램을 통해 고려대학교(총장 염재호) 심리학과 최준식 교수팀과 공동으로 공간과 사건/상황을 인지하고 기억하는 장소 세포의 기작(매커니즘)을 규명했다고 밝혔다.  

해마라는 뇌의 부위에서 발견된 장소 세포는 장소를 인지하고 자기좌표를 파악하여 길 찾기에 도움을 주는 신경세포로 동물과 인간이 어떤 특정한 위치에 있는 경우만 발화하기 때문에 공간 좌표를 부호화한다고 알려진 신경세포이다. 해마의 장소 세포에 관한 연구는 2014년 노벨 생리학상을 수상한 바 있으며, 행동인지신경과학 분야의 첨단 주제로 알려져 있다.  

본 연구진은 지금까지의 연구들이 모든 장소 세포가 같은 방식으로 공간정보를 기록하고 저장한다는 학설에 반해, 장소 세포는 공간적 정보와 비공간적(감각적) 정보를 집적하는 두 종류로 분명히 구분되며, 이들이 해마상의 해부학적 구조를 따라 상?하층으로 질서정연하게 배열되어 있음을 발견하였다. 

본 연구에서는 실험용 쥐가 거칠거나 부드러운 바닥 혹은 튀어나온 돌기 등 다양한 촉각 단서가 부착된 트레드밀을 걷게 하면서 뇌의 신경활동을 기록하였다. 연구진은 실험용 쥐의 해마에 정교한 반도체 기판으로 이루어진 미세전극(실리콘 프로브)을 삽입하여 수십에서 수백 개에 이르는 장소 세포의 활동을 동시에 기록했다. 

기록된 장소 세포들은 트레드밀 상에서의 위치를 부호화하는 방식에 따라 두 가지 유형으로 나뉘는데, 첫 번째 그룹은 기존의 장소 세포 이론에서 알려진 바와 같이 트레드밀 상의 특정 위치에서 발화하는 양상을 보였다. 두 번째 그룹은 트레드밀 상의 위치와는 상관없이 어느 특정 촉각 단서에 의존적으로 발화하는 양상을 보였다. 예를 들어 튀어나온 돌기 형상의 촉각 단서를 중심으로 발화하는 두 번째 그룹의 장소 세포의 경우, 그 촉각 단서를 제거하자마자 발화가 사라졌고 반대로, 트레드밀의 다른 위치에 똑같은 촉각 단서를 부착하기만 하면 즉시 유사한 발화 양상이 나타났다. 이러한 두 가지 유형으로 구분되는 장소 세포들의 발화 방식은 다양한 실험 조건에서 안정적으로 관찰되었다. 
-장소 세포 1그룹 : 공간적 위치 좌표를 인식하는 CM(context-modulated) 세포 
-장소 세포 2그룹 : 주요 지형지물을 감각적으로 인식하는 LV(Landmark vector)세포 
 
본 연구진은 세계 최초로 두 종류의 장소 세포들이 해마의 같은 영역에서 서로 다른 층(layers)을 따라 배열되어 있다는 것을 발견했다. 지금까지의 장소 세포 관련 연구들은 해마의 영역에 따른 수평적 분포에 집중하였으나, 본 연구진은 같은 영역에서 깊이에 따른 수직적 분포를 기능적으로 구분했다. 
 
KIST 세바스쳔 로열 박사는 “동물과 인간에서 기억의 핵심을 담당하는 해마가 장소와 관련된 추상적 정보를 어떻게 부호화하는지를 이해하는 데 한발 다가섰으며, 이러한 결과는 기억상실증이나 치매와 같은 기억 관련 질환들에서 망가진 신경회로를 대체할 수 있는 획기적인 방식을 발견하는 단서를 제공하고 새로운 인공지능 알고리즘을 제공하는 등 다양한 영역에 응용이 가능할 것”이라고 밝혔다. 

본 연구는 휴먼프런티어 사이언스 프로그램, 미래창조과학부(장관 최양희)의 뇌 원천 연구사업 및 KIST 기관고유사업의 지원으로 이루어졌으며, 연구결과는 저명한 국제학술지인 네이쳐 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, (IF : 11.329))에 2월 20일(월)자 온라인 판에 게재되었다. 

 * (논문명) Place cells are more strongly tied to landmarks in deep than in superficial CA1
     (Embargo:30 January 2017 at 1600 London time / 1100 US Eastern time ㅇddd30 January 2017 at 1600 London time / 1100 US Easte 1000 London time (GMT) / 0500 US Eastern Tim = 2월 20일(월요일) (한국시간 오후 7시)
      - (제1저자) Tristan Geiller
      - (교신저자) Sebastien Royer


<그림 설명>

noname01.jpg
<그림 1>
(위) 인간 뇌와 (아래) 마우스 뇌


noname02.jpg

<그림 2> 
(좌) 해마의 신경회로, (우) 2가지 종류의 해마 장소세포들이 발화하는 양상


noname03.jpg

<그림 3> 
(좌) 촉각단서에 의존적인 장소세포가 단서가 제거되자 즉시 발화양상을 
변화시키는 모양
(우) 반대로 촉각단서가 더해지자마자 새로운 발화양상이 출현하는 모양 

목록
자료관리 담당
홍보팀 김남균
연락처
02-958-6170
e-mail
neoryan@kist.re.kr 이메일
페이지 만족도 조사

* 열람하신 정보에 대해 만족하십니까?