본 과제는 우리에게 너무나 친숙하지만 여전히 미지의 영역인 '기억'에 대한 연구입니다. 사람의 뇌는 매일 접하는 다양한 감각정보를 효율적으로 처리하고 저장하여 인지행동에 반영하도록 하는데 이러한 과정을 이해하는 것은 신경과학 분야의 최종 목표 중 하나이며 자폐증, 정신분열증 등 비정상적인 인지행동을 야기하는 다양한 뇌질환의 치료기술 개발에도 폭넓게 활용될 수 있는 연구분야입니다. 본 과제에서 제안하는 연구는 기억정보의 시공간적 배치에 따라 다른 패턴으로 발현되는 조기발현유전자들의 유전체 활동전위 분석을 통해 뇌영역별 또는 감각자극 종류에 따라 선택적으로 활성화되는 뉴런앙상블의 탐지 및 기능적 재구성 (functional manipulation)이 가능한 차세대 분자적 도구를 개발 및 검증하는 것입니다.

행동을 결정짓는 신경세포 네트워크의 구조적, 기능적 동정은 뇌기능의 근본적인 원리를 밝히는데 필수적인데 현재 활용되는 '칼슘 이미징 (calcium imaging', '조기 발현 유전자 기반 리포터 (Immediate early gene-based reporter)' 등의 신경활동 탐지기술은 비선별적이어서 다양한 자극에 대한 정보가 어떻게 그 특징에 따라 처리되고 어떤 종류의 신경세포에 기록이 되는 것인지에 대한 선별적 정보를 제공하는데 한계가 있습니다. 본 연구는 감각 자극에 빠르게 반응하는 조기발현 유전자들의 발현조절을 담당하는 인핸서 (Enhancer) 라는 유전체 상의 조절부위의 기능이 자극 또는 뇌영역별로 특이적으로 작동된다는 최근 연구결과에 착안해 다양한 인핸서 조합을 통한 새로운 리포터를 개발하는 것입니다. 이 기술을 활용하면 뇌 영역별 또는 감각 자극 종류에 따라 선택적으로 활성화되는 신경 세포들을 구별하여 기억흔적을 보다 정밀하게 추적하고 더 나아가 광유전학 기술과의 접목을 통해 인위적으로 기억을 제어 또는 재구성하는 것이 가능할 수도 있을 것으로 기대합니다.

자극 또는 뇌영역에 특이적인 기억 흔적의 추척 모식도