초록 ▼

□ 연구개요
1. 행동실험과 내포경색 모델의 제작
- 행동실험이 수행된 8주 이상이 된 쥐의 내포(internal capsule)에 경색을 유발시키고, single pellet reaching task(SPRT)를 사용하여 운동 기능 변화를 관찰 및 분석
2. 광유전적 뇌 피질 자극에 의한 전기생리신호의 획득 및 자극 파라미터 연구
- 채널로돕신이 발현된 쥐의 운동피질 또는 감각두정부 피질을 optrode를 통해 자극하면서 전기생리신호를 얻고, 적합한 자극 파라미터를 설정함.
3. 광유전적

□ 연구개요
1. 행동실험과 내포경색 모델의 제작
- 행동실험이 수행된 8주 이상이 된 쥐의 내포(internal capsule)에 경색을 유발시키고, single pellet reaching task(SPRT)를 사용하여 운동 기능 변화를 관찰 및 분석
2. 광유전적 뇌 피질 자극에 의한 전기생리신호의 획득 및 자극 파라미터 연구
- 채널로돕신이 발현된 쥐의 운동피질 또는 감각두정부 피질을 optrode를 통해 자극하면서 전기생리신호를 얻고, 적합한 자극 파라미터를 설정함.
3. 광유전적 뇌 피질 자극에 의한 기능 PET영상의 획득 및 시간의존적 대뇌 활동 변화의 시각화
- 결정된 자극 파라미터로 자극하면서 동적 [18F]FDG-PET을 획득하고, 일정 시간간격을 갖는 영상프레임을 얻도록 영상을 재구성함.
- 모든 영상 프레임들을 시점별로 모은 후, 광유전적 자극 전후의 통계적 분석을 시점 독립적으로 시행하고, 그 결과를 해부학적 MRI 영상 위에 투사함.
4. 광유전적 뇌 피질 자극의 타당성 관찰
- 자극 부위에서 전기생리신호의 spike를 관찰하여 뇌 피질 자극의 타당성을 검증함.
- 뇌 피질 자극과 연관된 관심영역에서 Ca2+ 형광영상을 획득하고, 신경세포군의 동태를 관찰함.
- 최종적으로 뇌를 적출하여 절편한 후 조직 염색을 이용해 채널로돕신의 발현 및 확산 정도를 관찰하고, 뇌피질 자극의 타당성을 관찰
5. 광유전적 신경 자극에 반응하는 뇌 회로 분석
- 관심영역 간 시간에 따른 상관관계를 나타내는 피어슨 상관 계수 행렬을 이용해 관심영역 간 유의한 연결성과 회로모듈을 추출하고, 이것을 3차원적으로 시각화함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 행동실험과 내포경색 모델의 제작
- 운동기능의 정도를 점수로 표현하여 정량화함.
2. 광유전적 뇌 피질 자극에 의한 전기생리신호의 획득 및 자극 파라미터 연구
- 전기생리신호 획득을 통해 적합한 자극 파라미터를 채택함.
3. 광유전적 뇌 피질 자극에 의한 기능 PET영상의 획득 및 시간의존적 대뇌 활동 변화의 시각화
- 시점 독립적으로 시행한 PET 분석은 전체 반응 시간 동안 그 변화 정도가 작았던 소수의 뇌 영역에 대해 통계적 유의성이 낮아지거나 무시될 수 있는 일반적인 PET 영상 분석의 문제점을 극복할 수 있었음.
4. 광유전적 뇌 피질 자극의 타당성 관찰
- 연구 기간 내에 칼슘이미징 영상을 얻지는 못했지만 영상 획득 시스템을 구축하고, 전기생리검사와 조직검사를 통해 뇌 피질 자극의 타당성을 관찰함.
5. 광유전적 신경 자극에 반응하는 뇌 회로 분석
- 동적 분자영상으로부터 얻은 의미있는 관심영역의 시간의존적 영상 신호로부터 뇌회로를 추출할 수 있는 방법을 구현하고 뇌회로를 추출함.

□ 연구개발결과의 중요성
- 시점 독립적으로 시행한 PET 분석은 전체 반응 시간 동안 그 변화 정도가 작았던 소수의 뇌 영역에 대해 통계적 유의성이 낮아지거나 무시될 수 있는 일반적인 PET 영상 분석의 문제점을 극복할 수 있음.
- 기존의 일반적인 PET 영상 분석을 지양하고 더 많은 분석 시점의 수와 영상 프레임을 확보함에 따라 일정 시간 간격 동안의 변화 양상을 연속적인 전기생리신호와 비교할 수 있어 [18F]FDG-PET 영상의 신경생리적 증거를 제시할 수 있음.
- 이는 뇌 전체적인 기능을 관찰할 수 있는 [18F]FDG-PET 영상을 통해 뇌 피질 자극이 시간에 따라 뇌가소성과 관련된 신경회로를 어떻게 변화시키는지에 대한 근거를 제시함에 따라 광유전학적 뇌 피질 자극의 신경생리적 원리를 규명할 수 있는 기저가 됨.
- 이러한 동적 분자영상을 이용한 기능적 PET 영상, 전기생리검사, Ca²⁺형광이미징의 융합기술은 뇌 영역의 자극 또는 억제 효과를 세포 단위로 분해 해석할 수 있게 할 뿐만 아니라 국소 대사의 항진 및 저하효과를 뇌 전체 수준에서 규명함에 따라 상호작용하는 뇌 회로의 구조와 작용 원리를 바탕으로 뇌가소성을 이해할 수 있게 함.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 최종 목표 ... 4
• 나. 연구의 필요성 및 연구가설 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 내포경색 모델의 제작 ... 6
• 나. 광유전학적 뇌 피질 자극 ... 7
• 다. 광유전학적 뇌 피질 자극에 의한 기능적 PET 영상의 획득 및 정량분석 ... 8
• 라. 광유전적 뇌 피질 자극의 타당성 증명 ... 11
• 마. 광유전적 뇌 피질 자극에 반응하는 뇌 회로 분석 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 13
• 5. 연구성과 ... 14
• 대표적 연구실적 ... 14
• 끝페이지 ... 18