국내 연구진이 미국과의 공동연구를 통해 뇌신경회로의 동작을 광학적으로 측정할 수 있는 방법을 개발하여 ‘행동유발 신경전달 메커니즘’을 규명함에 따라 파킨슨병 등 뇌신경질환의 근본적인 원인을 이해하고 치료법을 개발하는데 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다.

이화여자대학교 전상범 교수와 미국 국립보건원 알코올연구소(NIH/NIAAA) Lovinger 박사, 포르투갈의 Costa 박사의 공동연구로 진행된 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)가 추진하는 글로벌프론티어사업(다차원 스마트 IT 융합 시스템 연구단), 중견연구자지원사업 등의 지원으로 수행되었고 세계 최고 권위의 과학 학술지인 네이처 본지에(1월 24일자) 온라인 게재되었다.

※ 공동제1저자 / 논문명 : Guohong Cui, Sang Beom Jun / Concurrent Activation of Striatal Direct and Indirect Pathways During Action Initiation.

연구팀은 광학과 유전공학을 융합하여 신경회로의 특정 신경전달 경로만을 신호의 중첩 없이 기록할 수 있는 방법을 개발하였다.

기존에는 생명체의 뇌신경세포가 발생시키는 신호를 측정하기 위해서 전극을 뇌 안에 삽입하여 각각의 신경세포에서 발생하는 전기적인 흐름을 측정하는 방법이 주로 이용되어왔으나, 수천억 개의 신경세포로 이루어진 복잡한 뇌신경회로의 신호를 구분해 내는 것은 불가능했다.

연구팀은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 유전자를 조작하여 신경세포가 신경신호를 발생할 때 형광신호가 증가하도록 함으로써 광학신호를 발생시키고 이를 실험동물의 뇌에 삽입된 광섬유를 통해 측정하는 시스템을 개발하였다.

또한 연구팀은 이러한 방법을 활용하여 뇌신경세포의 동물 행동유발 시 직접경로(direct pathway)와 간접경로(indirect pathway)가 동시에 활성화 된다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다.

그 동안 신경전달 경로가 행동유발과 행동억제의 목적으로 구분되어 직접경로와 간접경로가 따로 활성화된다는 학설이 지배적이었다.

전상범 교수는 “이번 연구결과는 행동유발에 관련된 신경전달 경로를 새롭게 밝힌 것뿐만 아니라, 기존의 방법으로는 관찰이 불가능했던 뇌 안의 수많은 신경전달 경로를 명확히 밝히는데 광범위하게 응용될 수 있는 연구방법을 개발한데 의의가 있다”고 평가하였다.