12월 과학기술인상, 포항공대 김정훈 교수 - 공포 기억을 조절하는 신경 메커니즘 세계 최초 규명

12월 과학기술인상, 포항공대 김정훈 교수 - 공포 기억을 조절하는 신경 메커니즘 세계 최초 규명

 

등록일 2016-12-01

 

 

 

12월 과학기술인상, 포항공대 김정훈 교수
 - 공포 기억을 조절하는 신경 메커니즘 세계 최초 규명 -

□ 미래창조과학부(장관 최양희, 이하 미래부)와 한국연구재단(이사장 조무제, 이하 연구재단)은 이달의 과학기술인상 12월 수상자로 포항공과대학교 생명과학과 김정훈 교수를 선정했다고 밝혔다.

□ 미래부와 연구재단은 김정훈 교수가 위험에 대응하여 뇌의 반응으로 나타나는 공포행동이 편도체*에서 시냅스 가소성**으로 인한 공포 기억으로 나타난다는 사실을 입증하고, 이에 대한 반응 및 행동 메커니즘을 세계 최초로 밝힌 것이 높이 평가되었다고 선정 배경을 설명했다. 

     * 편도체 : 감정 기억 및 공포 반응을 제어하는 신경핵의 집합체로서 감정, 동기, 학습과 관련된 정보를 처리하는 데 중요한 역할을 함

   ** 시냅스 가소성 : 하나의 신경세포가 다른 신경세포로 신호를 전달할 때 신호의 세기나 전달 효율이 지속적으로 변하는 현상

 o 편도체는 공포에 따른 반응행동과 공포 관련 자극을 학습하는데 필수 역할을 하는 것으로 알려져 있지만, 편도체 신경회로를 조절하는 억제성 신경 세포군이 너무 작아 연구가 어렵기 때문에 공포기억을 조절하는 신경 세포군의 역할 및 조절 메커니즘은 미지의 영역으로 남아 있었다.
 o 김정훈 교수는 분자생물학적․약리학적․광유전학적 실험을 통해 시냅스 가소성이 공포기억 조절에 중요한 역할을 한다는 사실을 입증하였으며, 도파민 수용체*와 공포기억의 관련 가능성을 처음으로 제시하였다.

      * 도파민 수용체 : 주요 신경 전달 물질인 도파민에 반응하는 수용체로 대부분의 동물에서 정신 활동을 조절하는 것으로 알려져 있음

  - 시냅스 가소성을 광유전학적 자극으로 제거한 쥐는 과도한 공포반응을 나타냈고, 외상 후 스트레스 장애와 비슷한 증상을 보이는 쥐와 도파민 수용체 발현을 억제하는 약물을 주입한 쥐는 약한 공포 자극에도 강한 공포반응을 일으켰다.

 o 김정훈 교수는 가령 지진의 공포를 경험했다면 지진과 관련이 없어도 지진을 경험했던 당시의 주변 상황이나 시간 등을 떠올릴 수 있으며, 지진이 일어날 수 있다고 생각하고 괴로움이나 불안을 겪는 경우 이것이 편도체의 시냅스 가소성으로 인한 것이라고 밝힌 것이다.

□ 김정훈 교수는 “이 연구는 공포 기억을 조절하는 억제성 신경망의 메커니즘을 처음으로 규명한 것이다. 공포 기억에 중요한 역할을 하는 것이 시냅스 가소성임을 밝힘으로써 외상 후 스트레스 장애와 같은 신경정신 질환 치료법 개발의 중요한 단서를 제공할 수 있을 것이다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

□ 이달의 과학기술인상은 과학기술인의 사기 진작과 과학기술 마인드  확산을 위해 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 미래부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하고 있다.

<붙임> 1. 2016년 12월 이달의 과학기술인상 수상자 미니인터뷰
       2. 2016년 12월 이달의 과학기술인상 연구성과 관련 그림   
       3. 2016년 12월 이달의 과학기술인상 연구자 이력사항
 
 

참고1
 수상자 미니인터뷰 

지난 9월 경주에서 규모 5.8 지진이 발생하여 많은 국민들이 공포를 경험했고  계속된 여진으로 경주 일대 주민들이 외상 후 스트레스를 호소하기도 했다.

외상 후 스트레스는 사람이 자연재해, 사고와 같은 심각한 사건을 경험한 후 그 사건에 공포감을 느끼고 거기서 벗어나기 위해 에너지를 소비하게 되는 질환으로
정상적인 사회생활에 부정적인 영향을 끼친다.

이 같은 공포 행동은 주로‘감정의 뇌’라고 불리는 편도체 신경 회로의 작용 때문에 제어된다고 알려져 있다.

포스텍 생명공학과 김정훈 교수는 뇌의 편도체에서 일어나는 시냅스 가소성으로 인한 공포 기억의 발현과 이에 대한 반응 및 행동 메커니즘을 규명한 신경과학자 이다.

지난 20년 간 인간을 비롯한 모든 동물이 생존하기 위해 위험에 대응하는 반응메커니즘인 공포에 대해 깊이 있는 연구가 진행되어 왔다.

과학자로서 행복하고 건강한 인류의 삶을 위해 신경 정신과 질환에 대한 치료법 개발을 궁극적으로 꿈꾸는 김정훈 교수의 연구 이야기를 들어보았다. 
 
o 이달의 과학기술인상 수상을 진심으로 축하드립니다. 수상 소감 부탁드립니다.

 - 이달의 과학기술인상을 받게 되어 매우 영광스럽습니다. 많은 훌륭한 선배 과학자들이 수상한 바 있는 이 상을 제가 받게 되어 당황스럽기도 합니다. 우선 우리가 수행하는 연구가 가능하도록 큰 도움을 주신 동료 연구자들과  묵묵히 어려운 일들을 수행하여 온 실험실 구성원들께 고마운 마음을 전합니다.

o 뇌의 편도체에서 일어나는 시냅스 가소성으로 인한 공포 기억의 발현과 이에 대한 행동의 제어 메커니즘을 규명하셨는데요, 관련 연구를 시작하신 동기는 무엇인지요?
 - 제가 2005년 포항공대에 부임하면서 시작한 연구 주제의 일환이었습니다. 인간을 비롯한 모든 동물이 생존하기 위해서는 위험을 피해야 하는데 공포는 위험에 대응하는 반응 메커니즘입니다.

 - 공포 행동은 주로‘감정의 뇌’라고 불리는 편도체 신경회로의 작용에 의해 제어된다고 알려져 왔습니다. 그래서 제가 training 중에 배운 시냅스 가소성의 지식과 기술을 효과적으로 이용한다면 편도체가 어떻게 공포 기억을 조절하는지 규명할 수 있을 것이라는 생각으로 연구를 시작하게 되었습니다.

o 멀지않은 미래에 세포와 뇌를 지배하는 시대가 올 것이란 예측도 있습니다. 뇌에서 일어나는 복잡한 메커니즘은 어떤 연구 과정을 통해서 밝혀지는지요? 더불어 연구를 수행하며 어려움이 있었다면 무엇이며, 어떻게 극복하셨나요?

 - 우리가 뇌의 작용에 대하여 관심을 갖게 된 것은 최근의 일이 아닙니다. 그러나 우리는 오랫동안 뇌를 구성하고 있는 세포들이 어떠한 생물학적 작용을 통해 행동이나 정신을 제어할 수 있는지에 관하여 연구할 방법이 없었습니다.

 - 분자 생물학 그리고 시스템 신경과학의 발전으로 우리는 신경 세포의 작용을 거시적, 미시적으로 분석할 수 있게 되었습니다. 우리가 수행한 연구에서도 많은 종류의 새로운 연구 기법들이 사용되었습니다.

 - 예를 들면, 특정 신경 세포의 활성을 실시간으로 조절하는 기술인 광유전학(optogenetics)을 새롭게 적립하기가 쉽지는 않았지만, 여러 해외 공동 연구자들의 도움으로 이를 성공적으로 활용할 수 있었습니다.

o 교수님의 연구 성과는 외상 후 스트레스 장애를 비롯해 공포 기억과 관련되어 있을 것으로 생각되는 신경정신질환 치료 연구에 새로운 방향을 제시했는데요. 이 같은 연구가 현대 사회와 국민의 삶에 어떤 영향을 미치길 기대하시나요?

 - 치명적인 경험은 사건 당시뿐만 아니라, 이후에도 여러 가지 감정 그리고 정신적 문제를 일으킵니다. 아마도 이러한 경험이 편도체 신경회로의 비정상적인 변화를 유발할 것으로 생각되고 있습니다.

 - 우리가 수행한 연구에서 편도체에 존재하는 억제성 신경 세포의 시냅스 가소성이 저하되면 외상 후 스트레스 장애와 비슷한 공포 기억이 발현되는 것을 볼 수 있었습니다.

 - 그러므로 추후 연구를 통하여 편도체 시냅스 가소성을 조절하는 방법을 외상 후 스트레스 장애를 비롯한 감정 제어 조절 장애 질환에 대한 치료법으로 제시할 수 있기를 바랍니다. 

o 학회 참여는 물론 후학 양성을 위해 한결같은 열정과 노력을 보여주셨습니다. 학생들 또는 연구실 구성원들에게 어떤 스승이 되고자 하시나요?

 - 국내 학회 운영 및 학술회의에 참여 등으로 과학 발전에 조금이나마 이바지하는 것은 당연한 의무라고 생각합니다. 제가 연구자이기는 하지만, 학부 그리고 대학원 학생을 지도하는 스승이라는 소중한 책무가 있음을 잘 알고 있습니다.

 - 제가 생각하는 스승은 특정한 일들을 수행하도록 학생들에게 지시하는 것이 아니라 개별 학생들이 창의력과 호기심에서 비롯된 일들을 잘 할 수 있도록 도와줄 수 있어야 한다고 생각합니다. 이러한 방향으로 학생들의 연구 그리고 학습을 돕는 스승이 되고자 합니다.

o 연구자로서 귀감으로 삼으시는 인물이나 스승이 계시면 소개해 주세요.

 - 저는 신경과학이라는 분야를 시작하면서 훌륭한 멘토를 만나 배움을 받을 수 있었습니다. 신경과학자의 연구 자세 그리고 어떻게 과학적 문제들을 해결해야 하는지에 대한 커다란 가르침을 주신 Eric Kandel 교수님, 시냅스 가소성이라는 새로운 분야로 저를 이끌어 주었던 Michael Rowan 교수님, 그리고 여러 관점에서 조언을 아끼지 않았던 Craig Bailey 교수님 등 이 분들과 조금이라도 비슷하게 되려고 노력하고 있습니다.

o 지난 20년간 체계적인 뇌과학 연구를 통해 국내 신경과학의 위상을 높이셨습니다. 뇌과학자 또는 신경과학자의 매력은 무엇이라고 생각하십니까?

 - 지난 수십 년간 많은 연구자의 노력으로 국내 신경과학의 위상이 높아져서 개인 연구자의 한 사람으로서 자긍심을 가질 수 있었습니다. 지난 수년간 세계 신경과학은 새로운 기술의 진보로 인하여 지금까지 상상하지 못했던 차원의 획기적인 발전을 이룩하고 있습니다. 국내 신경과학계도 이에 동참하고 세계적 연구를 선도하여 행복하고 건강한 삶을 증진하는 인류 복지에 기여할 수 있다고 생각합니다. 

o 과학기술인으로서 궁극적으로 도전하고 싶은 연구목표는 무엇인가요?

 - 지난 10여 년간 독립적 연구자로서 연구를 진행하면서 이제야 과학적으로 의미 있는 일을 할 수 있는 기초를 마련했다고 생각합니다. 앞으로는 신경과학의 트렌드를 따라가는 것만이 아니고, 선도하여 새로운 가치를 창출하는 연구를 진행하고자 합니다. 이를 통하여 감정에 관련된 신경 정신과 질환에 대한 치료법 개발에 공헌할 수 있도록 하겠습니다.

o 끝으로 과학자를 꿈꾸는 어린 학생들에게 그 꿈을 이룰 수 있도록 도움 말씀 부탁드립니다.

 - 요즈음 희망이 없다고 말하는 학생들의 이야기를 들으면 마음이 아픕니다. 지금 생각해보면 저 자신이 학생으로 공부하고 있을 때에도 불확실한 미래에 대하여 걱정을 해야 했습니다. 제가 부탁드리고 싶은 말은 우리 학생들이 큰 꿈을 가질 수 있기를 바랍니다. 꿈을 성취하려고 노력하다 보면 우리가 원래 목표로 했던 것 이상의 것들을 이룰 수 있을 것입니다. 그러면 미래의 목표가 현실의 나를 변화시키고 또한 이를 통하여 자신이 새로운 길을 갈 수 있도록 만들어 줄 것입니다. 

참고2
 연구성과 관련 그림 

   ▶  편도체 억제성 신경 세포 특이적 시냅스 가소성 확인

        (A) 편도체 억제성 신경 세포를 형광 염색법으로 확인함

        (B) 편도체 부위(측핵, LA)를 자극하면서 배측 개재 신경 세포군*의 억제성 신경 세포의 반응성을 분석함
            * 배측 개재 신경 세포군 : 편도체 주요 신경망에 옆에 존재하면서 신경 회로를 조절하는 기능을 하는 억제성 세포군

        (C) 서로 다른 강도의 자극을 이용하여 학습을 시킨 동물 중 약한 자극을 부여한 개체에서 억제성 신경 세포에서 특이적 시냅스 가소성(장기 저하)이 유발되는 것을 발견함

    

    ▶  편도체 억제성 시냅스 가소성 조작에 의한 공포 행동 제어
 
         (A) 시냅스 가소성 제어 동물 실험 모식도

         (B) 광유전학적으로(ChR2 자극) 시냅스 가소성을 소거하게 되면 약한 학습에 의해서도 높은 공포 반응이 유도됨(왼쪽).

참고3
 연구자 이력사항 

1. 인적사항

  o 성명 : 김정훈 (Joung-Hun Kim) 
  o 소속 : 포항공과대학교 생명과학과 
 

2. 경력사항

  o 2014 ~ 현재  포스텍 뇌연구센터 (센터장) 
  o 2005 ~ 현재  포항공과대학교 생명과학과 (조교수, 부교수, 정교수)
  o 2001 ~ 2004  하워드휴즈의학연구소 (연구원)
  o 2000 ~ 2004  컬럼비아 대학교 (박사후연구원)

3. 전문분야 정보

  o 동물 행동 제어 신경회로 분석
  o 보상 및 감정 제어 신경망 규명
  o 시냅스 가소성의 세포 분자 생물학적 메커니즘 연구