초록 ▼

□ 연구개요
복잡계 물리학(비선형동력학, 비평형통계물리학, 네트워크 이론)의 연구 패러다임과 첨단의 생물 및 물리학적 기술과 방법으로, 기존에 파악 또는 설명되지 못했던 생명 현상들에 (역학의 관점으로) 새로운 차원의 이해를 가져다주는 것이다. 본 과제에서 다루어질 생명현상 및 이슈들은 크게 세 가지로 다음과 같다: 첫째, 진핵세포 군집의 집단적 거동 양상 이해, 둘째, 생체시계 SCN의 구조 및 역학이해, 셋째, (자발적으로 burst 역학을 보이는) 신경세포망의 역학 및 기억 이해.

□ 연구 목표대비 연구결과<

□ 연구개요
복잡계 물리학(비선형동력학, 비평형통계물리학, 네트워크 이론)의 연구 패러다임과 첨단의 생물 및 물리학적 기술과 방법으로, 기존에 파악 또는 설명되지 못했던 생명 현상들에 (역학의 관점으로) 새로운 차원의 이해를 가져다주는 것이다. 본 과제에서 다루어질 생명현상 및 이슈들은 크게 세 가지로 다음과 같다: 첫째, 진핵세포 군집의 집단적 거동 양상 이해, 둘째, 생체시계 SCN의 구조 및 역학이해, 셋째, (자발적으로 burst 역학을 보이는) 신경세포망의 역학 및 기억 이해.

□ 연구 목표대비 연구결과
“생명현상”이란 역학이다, 움직임의 역학이며 시공간에 펼쳐지는 생화학반응의 역학이다. 역학적 요소가 없는 생명이란 없으며, 생명현상에 대한 근본적인 이해는 이들의 역학에 대한 분석 없이 완성될 수 없다. “생명현상의 역학”이란 비단 세포들의 물리적 이동(움직임)에 국한된 이슈가 아니다. 고등생명체의 뇌는 다양한 기관들과 이들의 위계(hierachical) 조직들로 구성되어 있고, 이들은 결국 신경세포들로 구성된다. 뇌의 인지기능, 기억, 사고/판단/제어 능력은 신경세포들의 (전기적“neural spike” 의 상호교신을 통한) 협동적 역학에 따라 이루어진다. 뇌 기능 이해의 근본적 어려움은 이 역학의 복잡성에 있으며, 이에 대한 과학적 이해의 부재에 있다. 이렇듯, 모든 “생명현상”은 상호작용하는 세포들의 역학적 과정이라 볼 수 있다. 한편, 이들의 역학은 비평형 상황에서 일어나며, 비선형적이며, 대개 (다체계의 문제로) 수많은 자유도를 가진다. 본 연구과제에서는 복잡계의 물리학과 첨단의 실험 방법 및 기술을 동원하여 위 "연구 개요"에서 제시된 세 가지 내용을 연구 계획하였고, 제안된 연구 내용들을 매우 성공적으로 진행하였다 자평한다. 수행된 연구 결과는 New J. Phys., Sci. Reports, PLOS Comp. Biol.등 관련분야 국제적으로 유명한 학술지 다 수에 출판되었거나, 현재 출판 준비중에 있다. 핵심적인 연구 결과 내용을 정리하자면 다음과 같다.

● 유방암 세포 집단 내에서의 세포 거동을 세포와 세포 사이의 상호작용의 관점에서 분석 및 이해
● 노화세포와 정상세포 사이의 상호작용 interfacial 에너지 평가
● 생체 조직 변화에 있어 노화세포의 능동적 역할 분석
● 생체시계 세포들의 cell-to-cell 연결 네트워크 분석
● 신경세포 네트워크의 burst 발화 패턴과 네트워크의 그래프 특이적인 구조 연관성 분석

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 세포덩어리 내부에서 나타나는 세포들의 다양한 이동 양상 및 구조 변화에 대한 보편적 특성 이해
● 암세포 증식 및 전이에서 나타나는 집단 거동양상 원인 파악과 이를 바탕으로 암전이관련 의료/제약 기술 개발의 이론적 기초 제공
● 생체시계의 역학 및 네트워크에 대한 이해를 바탕으로 이와 관련된 다양한 질병 (예, 수면 장애를 비롯한 다양한 생체 일주기성 리듬 질환)에 대한 원천적인 이해 제공
● 동기화된 버스트의 다양성에 대한 근본적인 이해 그리고 이를 바탕으로 뇌 질환 (예, 간질, 파킨슨씨 병)의 예방 및 치유에 대한 새로운 아이디어를 제공

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1. 목적 ... 4
• 2. 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 세포들의 (물리적 접촉) 상호작용이 개개 세포의 움직임에 미치는 영향 및 이들의 집단적거동 양상 이해 ... 5
• 2) 생물학적 신경망 (biological neural network)의 학습/기억 원리: 자발적으로‘burst’역학을 보이는 신경망에서 다양한 시냅스 강/약화 원리 평가 분석 ... 5
• 3) 외부 자극에 대한 생체시계 SCN의 일주기적 파동 역학 변화 분석 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 29