[바이오및뇌공학과세미나] Construction and Utilization of Advanced Brain Research Platforms at the Brain Tech Center - 한국뇌연구원 김기범 연구원
금일 강의는 한국뇌연구원 김기범 박사님의 Construction and Utilization of Advanced Brain Research Platforms at the Brain Tech Center(Multi-modal, Multi-scale research) 강연이었습니다. 박사님은 특이한 이력을 가지고 계신데요, 처음에 soft matter(sands) 을 연구하시다가 점차 single DNA(Nucleic acids) -> SNARE complex(Amino acids)) → Artificial Cells(Lipids) —> Brain (All) 로 점점 복잡한 level 의 생체조직을 연구하게 되셨다고합니다.
한국뇌연구원의 뇌과학실용화센터장을 역임하고 계신 박사님께선 뇌 연구원 소개 또한 해주셨습니다. 새롭게 알게된 사실은 한국 뇌 연구원에는 한국뇌은행이 있고, 기증된 뇌나 앞으로 뇌를 기증하겠다는 의사를 밝힌 환자들의 리스트가 있다는 것입니다. 이러한 한국 뇌 은행의 뇌를 기반으로 뇌 연구원에선 영상분석/행동분석/데이터 분석을 하신다고 합니다. 뇌과학 실용화 센터는 크게 2개의 플랫폼을 가지고 있는데,1) fMRI+PET+신경활성을 모두 한번에 측정 가능한 뇌영상/행동/분자정보 연계 플랫폼과 2) 뇌연구자원/데이터관리/활용 플랫폼 입니다.
박사님께서 지금까지 하신 연구는 Multi-scale - Multi-modal 연구라고 정의할 수 있겠는데요, 상세하게는 다음과 같은 연구를 하셨다고 합니다.
1) Lipid/ DNA/Protein – Magnetic tweezers/Optical tweezers/ Single molecule imaging
: Single molecule measurement, Magnetic particle (purification할때 쓰는..) 을 이용해
DNA 를 Extension 되게하고, 어느 힘에 어느정도의 extension이 되는지 확인. DNA에서는
힘에 따라 연속되게, 일정하게 부셔지며, SNARE Complex 에서는 두 단계로 부셔지는것을
확인하셨다고 합니다. 이렇게 해서 아는 정보는 Synaptic vesicle fusion 기능을 확인할 수
있는데, 예를들어 membrain 에 붙을때 10피코 힘 정도가 유지가 되면 반만 붙어있다.. 와
같은 정보입니다.
2) Mitocondria/cell - Super resolution microscopy/ 거대시료 microscopy
:2-1) Optical manipulation of cell Signle cell 단위에서처럼, Cell 단위에서 고무줄처럼 늘렸
다 줄였다하며 관찰하는 실험입니다. 이 연구에서는 내가 원하는 위치로 cell을 가져가서 붙
이거나, 세포를 떼거나 와 같은 세부 조작이 가능하다고 합니다.
2-2) Cell modulation : 하나의 세포에서 두개의 다른위치에서는 어떤 특성이 다른지, 즉 덴드
라이트 위치 1과 덴드라이트 위치 2가 어떤 다른 signal 이 나타나는지를 보는 연구입니다.
3) Brain-behaivior - 전기생리측정조절(무선), 소동물VR, 소동물MRI, 신경활성측정/조절(광학)
In vivo animal study 에서는 직접 Tracing 이 가능한, 7-channel 로 신경활성을 측정할 수 있
는 하드웨이 기기를 만드셨다고 합니다. 해당 기기를 통해 Decision-making/ Social
interaction/ MRI+Multi-channel-Fiber-photometry 에 대한 연구를 진행하셨다고 합니다.
4) Brain-behavior(eeg/nirs/VR treadmill/양자컴퓨터)
이 분야에선 가상현실 행동실험의 환경을 구현하시기도 하고, 뇌파를 이용해 드론을 움직이
는 등의 연구를 하셨다고 합니다.
박사님께서는 이렇듯 다방면으로 다양한 연구를 하셨습니다. 제가 느끼기에는 Innovative 한 정보 측정 기술을 만들어서, 해당 기술을 통해 multi-scale/ multi-model 레벨에서 뇌의 비밀을 풀어가려고 하시는 것으로 느껴졌습니다. 박사님께서는 본인을 "Creative Bridge Scientist" 이라고 지칭하시며, Biology/AI 등 여러 분야를 잇고 통역할 수 있는 연구원이 되고 싶다고 말씀하셨습니다. 강연을 들으며 궁금했던 부분은, 다음과 같은 내용이었습니다.
"뇌과학 실용화 센터장이시라고 설명을 해주셨는데, 여기서 말하는 뇌과학의 실용화 라는게 정확히 어떤 의미인지, 앞으로 어떻게 이뤄질 수 있을지 궁금합니다. 예를들어 뇌파로 드론을 조종하게 하여, 일상속에서 뇌파 같은 정보를 적극적으로 활용할 수 있게 하는 그런 방향인 것인가요?
다만 해당 예시에서는, 뇌파로 하는 조종하는것보단 손으로 직접 조종하는게 훨씬 낫다는 생각이 듭니다. 뇌파로 조종할 경우 집중이 흐트러지거나 분석이 잠시라도 잘못되면 어디로 갈지 모르고 부숴 질지도 모르는 등 컨트롤러를 이용하는 방식보다도 훨씬 불확실성이 크기 때문입니다. 이런 부분에선 뇌과학을 실제 세상에 적용하려 하는게 정말 많은 의의를 가질 수 있는지 궁금하기도 합니다. 아무래도 뇌과학의 실용화라고 하면 뇌파 측정 및 분석을 통한 신경장애 신체 기능 보조 및 대체분야가 가장 의의가 클 것 같은데, 병원과 협업하여 그런 것들도 하실 예정인지? 궁금하고,.
또 교수님께서는 single molecule 에서 연구하는게 가장 깊은 관심이라고 말씀하셨는데, single molecule 연구를 어떤 식으로 세상에 실용화할 수 있을지? 도 궁금합니다. "
이 질문에 대한 대답은 제가 느끼기에는 처음엔 일단 실용화 하려고 받은건 아니었다… 근데 하게됐다?! 그래서 많은 고민이 필요하겠다… 다만 뉴렁링크를 보면 진짜 실용화 할 수 있을지도 모른다... 정도 라고 생각했습니다.
오늘도 세미나를 통해 여러 분야에 걸친 연구를 들을 수 있어서 좋았습니다.
감사합니다.
필기 >
Construction and Utilization of Advanced Brain Research Platforms at the Brain Tech Center
(Multi-modal, Multi-scale)
# The first platform is an advanced brain function analysis system that uses in vivo multimodal brain imaging to explore the complexities of neural processes. The second platform is a brain research data center designed for integrating, analyzing, and managing a wide range of brain research data.
# He will detail the integration of cutting-edge technologies and collaborative efforts. Moreover, he will elucidate how researchers will strategically utilize these platforms, showcasing their potential to drive groundbreaking discoveries and advance the frontiers of brain science research.
- 이력
특이한 이력.. 모래 연구하다가 바이오로? (soft matter(sands) -> single DNA(Nucleic acids) -> SNARE complex(Amino acids)) → Artificial Cells(Lipids) —> Brain (All)
Q. 어쩌다 모래연구하다가 바이오로 오신거지??
그중에서도 DNA 하다가 또 amino acids 쪽으로 오신거지/?
—-> 계속 바뀐건 더 복잡한걸 연구해보자… 이쪽?
- 뇌 연구원 소개
뇌연구원이 고작 11년도 12월에 설립됐네
Q. 세계 최초가 되는 연구주제 발굴 및 구현..? —> 실제로 지난 10여년간 이러한 연구주제를 발굴한 바 있는지 ..?
ㄸㄸ……. 뇌를 기증하겠다는.. 실제 뇌 인체조직 가지고있음… 뇌 은행…
한국뇌은행 -> 영상분석/행동분석/데이터분석…
뇌과학 실용화 센터의 큰 2축
- 뇌영상/행동/분자정보 연계 플랫폼 ||
한번에 측정가능. { 자기공명(fMRI)+PET+신경활성 }
멀티모달 뇌영상 기반 뇌기능 분석 플랫폼
- 뇌연구자원/ 데이터관리/ 활용 플랫폼
- Multi-scale, Multi-modal
Lipid/ DNA/Protein – Magnetic tweezers/Optical tweezers/ Single molecule imaging
Mitocondria/cell - Super resolution microscopy/ 거대시료 microscopy
Brain-behaivior - 전기생리측정조절(무선), 소동물VR, 소동물MRI, 신경활성측정/조절(광학)
Brain-behavior(eeg/nirs/VR treadmill/양자컴퓨터..?)
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- Single Molecule Measurement . (힘을 가해졌을때 부셔지는부분에서 정보/ 힘을 뺐을때 회복되는부분에서 정보수집??)
DNA 고무줄처럼
Biomolecure - 붙임 magnetic particle(purification 할때 쓰는거. ) - magnetic tweezers
- Extension 에 대한 정보… Q. 어떤 정보가 나오는데??????? : 일정하게 부셔지는중…
SNARE complex - 두단계로 부셔진다
Q. 근데 이건 x축의 스케일에 따라서 다르게 보일 수 있잖아… SNARE complex 는 400? Nm고..
Synaptic vesicle fusion 기능의 확인가능 → membrain 에 붙을때 10피코 힘정도 유지가되면.. 반만 붙어있는상태..
Q. 왜 mechanical model for synaptic vesicle fusion 이 중요한거지? magnetic tweezers 를 이용해서? 여러 brain에서
- Single cell manipulation
Cell 고무줄처럼 (Optical tweezers)
2-1) Optical manipulation of cell … 세포를 떼거나, 내가 원하는 위치로 가져가서 붙이거나… …
2-2) cell modulation ( 하나의 세포에서 두개의 다른위치에서 어떤 특성? (덴드라이트1/ 덴드라이트2) /// 신경세포가 부위별로 어떤
- In vivo animal study
Tracing 가능/ 7 channel 측정가능/ …
→ Decision-,aking/ Social interaction
→ MRI + Multi-channel-Fiber photometry
Q. 하드웨어를 이용해 분석하는 연구들?
4. Human Brain machine interface (BMI)
- 가상현실 행동실험 환경구현 |
가상현실기반 행동중인 in-vivo 신경활성이미징의
?Q. 실제와 가상현실간의 간극이 있는지 같은걸 보는건가?
Q. 뇌파로 하는 조종하는게 손으로 직접 조종하는거보다 나을게 뭐지?
집중이 흐트러지면 어디로갈지도 모르는데…
“Creative Bridge Scientist” – Biology/AI/…
Innovative 한 정보 측정 기술을 만들어서, 해당 기술을 통해 multi-scale/ multi-model 레벨에서 뇌의 비밀을 풀어가려고 하시는 듯…
Cell to Cell ()<---- infection(diseasee cell/ normal cell 단백질 여러 부분이 넘어가는지..
Q. 뇌과학 실용화 센터장이시라고 설명을 해주셨는데요, 여기서 말하는 뇌과학의 실용화 라는게 정확히 어떤 의미인지, 앞으로 어떻게 이뤄질 수 있을지 궁금합니다. 예를들어 뇌파로 드론을 조종하게 하여, 일상속에서 뇌파 같은 정보를 적극적으로 활용할 수 있게 하는 그런 방향인 것인가요?
다만 해당 예시에서는, 뇌파로 하는 조종하는것보단 손으로 직접 조종하는게 훨씬 낫다는 생각이 듭니다. 뇌파로 조종할 경우 집중이 흐트러지거나 분석이 잠시라도 잘못되면 어디로 갈지 모르고 부숴 질지도 모르는 등 컨트롤러를 이용하는 방식보다도 훨씬 불확실성이 크기 때문입니다. 이런 부분에선 뇌과학을 실제 세상에 적용하려 하는게 정말 많은 의의를 가질 수 있는지 궁금하기도 합니다. 아무래도 뇌과학의 실용화라고 하면 뇌파 측정 및 분석을 통한 신경장애 신체 기능 보조 및 대체분야가 가장 의의가 클 것 같은데, 병원과 협업하여 그런 것들도 하실 예정인지? 궁금하고,.
또 교수님께서는 single molecule 에서 연구하는게 가장 깊은 관심이라고 말씀하셨는데, single molecule 연구를 어떤 식으로 세상에 실용화할 수 있을지? 도 궁금합니다.
—> 처음엔 일단 실용화 하려고 받은건 아니었다… 근데 하게됐다?! 많은 고민이 필요하겠다… 가 대답인듯…
출연연… : 논문으로 끝나는 일은 하지마라… (IBS 외에는 뭔갈 만들어야함.)
상용화 만을 위해 연구하는건 아니지만… 이 기술이 실용화 될수 있겠다.. 하는 desision
BCI/DMI/ (뉴럴링크.. 상업화하겠다는. 영리목적의 연구… )
실용화목표 – 뇌산업을 만들려면, 어떻게해야할까…. 뉴럴링크보면 할 수 있을지도 ? 많은 고민이 필요하다..