물리적 포만감은 식사 후 위에서 느낄 수 있는 팽만감과 같이 소화기관에 가해진 물리적 자극이 일으키는 포만감을 의미한다. 이는 우리가 일상적으로 경험하는 기본적인 생리적 현상으로, 19세기 중반부터 중요한 연구 주제로 다뤄져 왔으나, 그 구체적인 신경과학적 기전은 밝혀지지 않았다. 물리적 포만감을 매개하는 신경회로뿐 아니라, 소화관의 물리적 감각이 뇌로 전달되는 거시적 경로조차 잘 알려져 있지 않은데, 이는 대부분의 포만감 연구가 맛과 영양분, 삼투농도 등을 감지하여 발생하는 화학적 포만감에 집중되어 있었기 때문이다.

최근 본 연구진은 2020년 4월 16일자 Nature지에 출판된 선행 연구에서, 뇌에서 소화관의 물리적 신호를 전달받아 섭식 행동을 조절하는 뉴런을 세계 최초로 발견하여, 물리적 포만감의 신경학적 기전을 총체적으로 연구할 수 있는 독자적인 기반 지식을 확보하였다. 또한 연구를 진행하는 과정에서 조직 투명화 기술, 2광자 현미경 칼슘 이미징, 신경활성 기반RNA 염기서열분석, 광유전학 등 신경회로 연구에 필요한 첨단의 다학제적 연구 방법론을 구축하였다.

본 과제에서는 이 지식과 기술을 토대로 소화관 말단에서 발생한 물리적 신호가 뇌로 전달되고 통합되어 최종적으로 식욕을 억제하는 전 과정의 기작을 세포 수준에서 밝혀, 물리적 포만감의 과학적 원리를 상세히 규명하고자 한다. 구체적으로, 각 소화기관의 물리적 신호를 최초로 입력 받는 뇌 부위와 신경 집단들을 규명하고, 이 신경집단들이 전달하는 물리적 감각 신호가 뇌에서 어떻게 통합∙분산되어 다양한 행동적, 생리적 변화를 일으키는지 알아보고자 한다. 또한 소화관에서 전달된 물리적 포만감 신호와 배고픔 등 식욕을 일으키는 신호가 뇌 안에서 어떻게 함께 처리되어 최종적으로 섭식 행동이 결정되는지, 그 신경과학적 기작을 구체적으로 밝히고자 한다.

본 연구진은 이 과제를 통해 물리적 포만감의 원리라는 생리학과 신경과학의 근본적 질문을 해결하고, 인간의 기본 욕구인 식욕이 조절되는 과정을 심도 있게 이해할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 물리적 포만감 현상을 이용하여 섭식을 억제하는 위우회술과 위풍선술의 원리를 과학적으로 설명하고, 이들의 개선을 위한 신경학적 토대를 마련할 수 있을 것이다. 나아가, 식욕을 감퇴시키는 다수의 회로 및 분자 표적을 발굴하여, 비만과 당뇨를 비롯한 각종 대사∙섭식 질환을 치료할 수 있는 새로운 기반 지식을 제공할 것으로 기대한다.