연구단장 소개

연구단장 Hakwan Lau

현재 신경과학계에서는 대부분 쥐를 대상으로 한 연구에 초점을 맞추고 있다. 그러나 쥐는 영장류에서 두드러지게 나타나는 뇌의 일부분(예: 과립 외측 전전두피질)을 파악하기에 부족하다. 인간은 이러한 뇌 영역을 통해 사고하고 계획하며, 언어를 사용하여 말을 한다고 여겨진다. 그렇다면 우리가 세상을 경험하는 방식도 다른 동물들과는 다르다고 볼 수 있을까? 사물을 보거나 통증을 경험하는 인간만의 고유한 지각 능력이 있는지 이해하는 것은 인공지능 모델 개발에 중요한 영감을 제공할 수 있다.

뇌과학이미징연구센터(CNIR)**는 2013년 김성기 단장에 의해 설립되었다. 2024년에는 Hakwan Lau 교수가 공동 단장으로 합류하여, 기초 신경과학 연구를 이끌고 연구센터에서 선구적으로 개발한 신경 이미징 기법의 기술적 발전을 선보일 예정이다. Hakwan Lau 공동 단장은 홍콩에서 태어나 교육받았으며, 2005년 옥스퍼드 대학교에서 박사 학위를 받았다. IBS에 합류하기 전, 그는 컬럼비아 대학교, UCLA, 홍콩 대학교, 그리고 일본의 RIKEN 연구소에서 교수로 재직하였다.

연구단 소개

현재 기법 개발 외에도 뇌과학이미징연구센터(CNIR)는 이러한 기법을 활용하여 기본적인 뇌 기능을 이해하는 데 중점을 둔 여러 하위 그룹을 운영하고 있다. 이 연구들은 인간, 비인간 영장류, 그리고 설치류를 대상으로 진행되며, 연구 주제는 주의, 정동 처리, 통증, 신경 질환 모델, 보상과 강화, 고차원 인지 등 다양한 분야를 포함하고 있다.

앞으로 몇 년 동안, 연구단은 하위 그룹 간의 시너지를 더욱 강화하는 데 중점을 둘 것이다. 각 종마다 연구적으로 상호 보완되는 고유한 강점과 약점을 가지고 있다. 인간 연구의 경우, 임상적 영향을 위해 질병과 가장 쉽게 연관 지을 수 있고, 복잡한 인지 과제를 비교적 짧은 시간 안에 학습할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 뇌 신호를 정확하게 측정하고 원인을 조작하는 침습적 방법에는 한계가 있다. 반면, 쥐를 이용한 연구에서는 이러한 방법들이 널리 사용되지만, 필수적인 인지 및 지각 기능을 이해하는 데 중요한 뇌 영역과 회로가 부족하다. 비인간 영장류에 대한 연구는 실행상 어려움이 있지만, 이러한 방법론적 격차를 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

지각은 광범위하게 정의되어(통증, 시각, 장면 및 사회적 상황의 이해 등 포함) 각 연구 팀의 다양한 전문성을 포괄한다. 우리는 잠재적으로 인간에게만 고유한 뇌 메커니즘에 중점을 둘 것이다. 이러한 메커니즘을 이해하기 위해 인간과 동물 연구에서 제공하는 다양한 방법론적 이점을 활용할 것이다.

주요 연구 활동

"Progress in science depends on new techniques, new discoveries and new ideas, probably in that order." - Sydney Brenner, Nobel laureate

앞으로 몇 년 동안 우리는 인간 및 동물 연구 모두에서 전문성을 더욱 발전시키는 데 중점을 둘 것이다. 우리의 목표는 센터에서 개발한 최첨단 뉴로이미징 기술을 선보이고, 인간을 포함한 다양한 종의 연구가 오늘날 기본 신경과학의 가장 어려운 질문들에 대한 해결책을 모색하는 데 필요하다는 것을 입증하는 것이다.

인간 연구에서는 신경 회로와 조정 특성을 세밀한 수준에서 식별하는 방법을 개발할 것이다. 우리는 비침습적 방법(예: fMRI)을 통해 이를 시도할 예정이다. 이러한 방법은 간접적이기 때문에 동물 모델에서도 검증이 필요하다.

뉴로이미징은 종종 뇌의 신호를 읽어내는 방법으로 생각된다. 그러나 특정 조건에서는 이를 '쓰기'의 도구 즉, 인과적 개입을 촉진하는 도구로 사용할 수 있다. 예를 들어, 기계 학습 기술의 발전 덕분에 우리는 실험 중에 수집된 뇌 데이터를 '실시간'으로 분석할 수 있게 되었다. 우리는 관찰된 보상 신호를 뇌 활동 패턴과 즉시 연관시켜 이러한 패턴의 발생을 강화하거나 다른 물리적 자극과 추가로 연결할 수 있다. 현재, 이는 이미 fMRI로 실현 가능하며, 우리는 혈류역학적 신호 패턴에 초점을 맞추고 있다. 우리는 7T MRI를 사용하여 인간에서 이러한 혈역학적 패턴을 강화하는 방법을 개선할 것이다. 또한 새로운 분석 방법을 탐색하고 이를 동물 연구에서 검증할 것이다. 이러한 결과는 방법의 기초 생리학적 메커니즘에 대한 이해를 높여 향후 개발을 촉진할 것이다.

이러한 도구를 사용하여, 우리는 비인간 영장류와 설치류 간의 지각 과정이 신경해부학및 생리학적 차이로 인해 어떻게 달라질 수 있는지 면밀히 비교할 것이다. 이러한 비교를 용이하게 하기 위해, 우리는 다양한 종에서 동시에 수행할 행동 과제를 개발할 것이다.