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- 2023 AI융합연구지원사업 1단계 결과발표 교류회 개최
- 2023 AI융합연구지원사업 1단계 결과발표 교류회 개최 성균융합원과 인공지능융합원은 8월 16일(수)부터 18일(금)까지 AI융합연구지원사업 결과발표 교류회를 개최한다. 성균융합원은 다양한 교내 학문 분야와 인공지능과의 융합연구 기회를 제공하여 후속연구까지 발전시키기 위한 목적으로 AI융합연구지원사업을 매년 개최해오고 있으며 16일(수) 인문과학분야를 시작으로 △사회 △스포츠 △소프트웨어 △자연과학 △의학 △공학의 순서로 3일간 진행한다. AI융합연구지원사업은 외부 사업비가 아닌 순수 교비가 연구에 투입되는 것으로 연구에 대한 대학의 의지를 보여주는 대표적인 사례다. 사업의 중심에는 ‘인공지능’이 있지만 우리 대학 인문사회과학과 자연과학간의 다차원적 융합을 촉진하는 중요한 매개체로 역할을 하고 있다. 교류회는 3일간 온·오프 하이브리드로 진행되며, 교류회에서 이루어지는 30개 과제에 대한 교원발표 및 논의는 우리 대학에 큰 영감을 줄 것으로 기대된다.
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- 작성일 2023-08-21
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- 양자생명물리과학원, 난치성 질환 극복을 위한 뇌 아바타 시공간 통합 분석법 개발 추진
- 양자생명물리과학원, 난치성 질환 극복을 위한 뇌 아바타 시공간 통합 분석법 개발 추진 - 성균관대·서울대·㈜메테오바이오텍, 과기부 뇌과학 선도융합기술개발사업 선정 - 새로운 뇌질환 치료방법 실험할 수 있는 플랫폼 구축 ▲ (왼쪽부터) 박종찬 교수(성균관대), 김인기 교수(성균관대), 박별리 교수(성균관대), 강경선 교수(서울대), 이충원 대표(메테오바이오텍) 양자생명물리과학원(원장 루크리)은 생명물리학과 박종찬 교수를 중심으로 뇌 아바타(뇌 오가노이드) 기반 난치성 질환 극복을 위한 세계 최초 시ㆍ공간 통합적 다중 오믹스 분석 파이프라인(Integrated and Temporospatial Realtime Analysis Pipeline for Brain Organoid, iTRAP) 개발에 도전한다고 밝혔다. 생명물리학과(주관책임자 박종찬 교수, 공동연구자 김인기 교수, 공동연구자 박별리 교수), 서울대 수의과대학(공동책임자 강경선 교수), 주식회사 메테오바이오텍(공동책임자 이충원 대표)은 ‘오가노이드 기반 뇌질환 모델 다중분석 파이프라인 개발’이라는 연구주제로 최근 과학기술정보통신부 뇌과학 선도융합기술개발사업에 최종 선정되었다. 해당 사업은 뇌과학 분야의 국내 우수 연구진들의 기초연구역량을 토대로 산업계, 의료계 등에 즉시 활용이 가능한 선도융합기술 확보를 위한 사업으로 국내의 뇌과학 연구 성과가 기술 사업화까지 이어질 수 있도록 추진되었다. 인공 뇌 혹은 뇌 아바타로 불리는 뇌 오가노이드는 역분화줄기세포로부터 분화되어 생기는 삼차원 뇌 조직이다. 현재 많은 연구자들이 뇌 오가노이드 연구에 몰두하고 있지만, 균질하고 고도화된 뇌 오가노이드를 대량 생산하는 기술은 아직 부족하다. 또한 뇌 오가노이드를 배양함과 동시에 실시간으로 오가노이드의 내ㆍ외부 변화를 센싱 가능한 디바이스의 개발이 절실하며, 조직 내 공간정보가 포함된 다중오믹스 분석 파이프라인의 개발 또한 필요한 상황이다. 이는 균질화되고 고도화된 뇌 오가노이드를 생산함과 동시에, 다방면의 뇌질환 극복에 적용될 수 있는 정밀의학 신약 개발에 적극 활용될 수 있고, 또한 혁신적인 양자 바이오센서로 새로운 기초의학을 세우며 양자 바이오 모듈레이터로 새로운 뇌질환 치료방법을 실험할 수 있는 플랫폼을 구축하는데 중추적인 역할을 할 수 있다. 성균관대 박종찬 교수 및 서울대 강경선 교수는 고도화되고 균질화된 뇌 오가노이드의 생산을, 성균관대 박별리 교수는 광초음파 이미징을 통한 실시간 오가노이드 변화 관찰을, 성균관대 김인기 교수는 메타표면 기술을 활용한 실시간 오가노이드 분비물질 센싱을, ㈜메테오바이오텍 이충원 대표는 공간 다중오믹스 기술을 활용한 분석 파이프라인 구축을 각각 맡는다. 연구팀은 ‘시장선도형’ 과제 중 하나로 선정되어 2년 6개월간 총 25억원의 연구비를 지원받게 된다. 이를 통해 본 연구팀은 줄기세포 유래 삼차원 뇌 아바타(뇌 오가노이드)를 활용하여 실시간 시ㆍ공간적 측정 기술 및 다중오믹스 분석 파이프라인을 구축할 전망이다. 박종찬 교수는 “본 연구는 균질화ㆍ고도화된 뇌 오가노이드를 기반으로한 국내 원천 기술들의 통합적 device인 iTRAP은 뇌 오가노이드를 활용한 신약 발굴 및 치료 전략 개발을 더욱 신속하고 정확하게 만들 것”이라고 말했다.
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- 작성일 2023-08-16
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- 생명물리학과 조한상 교수 연구팀, 신경교 흉터 조절을 통한 효과적인 뇌종양 치료법 발견
- 생명물리학과 조한상 교수 연구팀, 신경교 흉터 조절을 통한 효과적인 뇌종양 치료법 발견 생명물리학과 조한상 교수 연구팀은(제1저자 Yen N. Diep) 기초과학연구원 이창준 단장, 연세대 윤미진 교수와의 공동 연구를 통해 공격적 뇌종양인 ‘교모 세포종’에 대한 효과적인 치료법을 개발하였다고 14일 밝혔다. ‘신경교 흉터’는 손상 부위를 보호하고 가두는 ‘교세포’라고 불리는 뇌 세포의 부상에 대한 반응으로 우리의 뇌가 상처에 반응하는 붕대와 같다. 뇌종양인 교모 세포종이 나타날 때 우리 몸은 종양 부위 주변을 보호할 수 있는 ‘신경교 흉터’를 만들게 된다. 하지만 이는 유해한 종양 세포를 격리하는 ‘벽’의 역할을 하는 동시에 교모 세포종 치료에 도움이 될 수 있는 항암제를 차단하는 장애 역할도 한다. 학계에서는 유해한 종양 세포는 격리하는 한편, 치료에 필요한 약물은 통과할 수 있도록 하기 위해 연구를 거듭해왔다. 공동 연구팀은 교모 세포종을 둘러싼 신경교 흉터를 모방한 조립체 모델을 구축하여 종양이 신경교 세포와 상호작용하는 방식과 흉터 형성에 기여하는 생물학적 기전을 밝혀냈다. 이 조립체 모델에서 신경교 세포가 교모 세포종 세포에서 방출하는 글루타메이트에 반응하여 흉터를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 글루타메이트 유발 반응은 ‘벽’을 강화하여 종양 성장을 제한할 수 있지만 종양을 치료할 수 있는 약물의 침투 역시 차단하게 된다. 연구팀은 교모 세포종 치료를 위한 약이 통과할 수 있는 ‘약한 벽’을 만들기 위해 글루타메이트-MAO-B 신호를 억제함으로써 신경교 흉터 장벽을 약화시켜 더 많은 치료 약물이 교모 세포종에 침투할 수 있도록 하는 단서를 밝혀냈다. 조한상 교수는 “이번 연구결과는 교모 세포종 치료 전략을 재정의할 수 있는 혁신적인 발견”이라고 말했다. 본 연구는 중견연구자지원사업, 치매극복연구개발사업 등을 통하여 수행되었으며, 연구팀의 이번 연구 결과는 바이오메디컬 공학 분야 세계 상위 5% 학술지인 바이오머티리얼즈 리서치(Biomaterials Research)에 7월 19자 게재되었다.
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- 작성일 2023-08-16
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- 양자생명물리과학원 김인기, 루크 리 교수 연구팀, 메타표면 칩 기반 세포 모니터링 기술 개발
- 양자생명물리과학원 김인기, 루크 리 교수 연구팀, 메타표면 칩 기반 세포 모니터링 기술 개발 - 메타표면 칩 기반 초분광 이미징 및 센서 기술 개발 - 한 번에 여러 종류의 분자를 측정하는 멀티플렉싱 센서 기술 개발 - 어드밴스드 머티리얼즈 표지논문 선정 ▲(왼쪽부터) 양자생명물리과학원 김인기 교수, 루크 리 교수, 포항공대 노준석 교수, 서울시립대 최인희 교수 양자생명물리과학원 김인기, 루크 리(하버드 의대) 교수 연구팀은 포항공대 노준석 교수 및 서울시립대 최인희 교수팀과 공동 연구를 통해 메타표면 칩을 통해 실시간으로 세포를 모니터링 할 수 있는 초분광 이미징 기술을 개발했다. 초분광 이미징(Hyperspectral imaging) 기술이란 현미경을 통해 사물의 모양과 사물의 분광 신호를 동시에 관찰하는 기술이다. 이를 통해 사물을 관찰하게 되면 사물의 위치 정보와 화학물질에 대한 시공간적 정보를 동시에 얻을 수 있다. 세포 안에서 일어나는 다양한 생명현상과 직간접적으로 관련된 화학물질을 세포 안 또는 밖에서 실시간으로 탐지하고 모니터링하는 기술은 각종 질병의 조기 진단 및 치료제 개발을 가능하게 하는 핵심 기술로 여겨지고 있다. 본 연구에서는 플라즈몬 공명 에너지 전달 현상(Plasmonic resonance energy transfer, PRET)을 통해 타겟 화학물질의 분자 지문을 비표지 방식으로 검출할 수 있는 기술을 개발했다. PRET 기반의 센서 기술은 빛 에너지를 산란시키는 물체와 그 에너지를 흡수하는 물체 사이의 에너지 전달 현상을 통해, 빛을 흡수하는 물체의 화학 정보를 알아낼 수 있다. 하지만 기존의 나노입자 탐침 기반의 PRET 센서는 나노입자의 제한된 산란 특성으로 인해 한 번에 하나의 분자만 측정할 수 있고, 세포와 세포 사이에서 일어나는 물질 전달을 실시간으로 모니터링하기 어려운 단점이 존재했다. 또한 세포의 시공간적 변화를 정확하게 실시간으로 모니터링을 하기 위해서는 좀 더 정밀한 칩 형태의 디바이스 구현이 요구되고 있었다. 연구진은 머리카락 굵기 1000분의 1에 불과한 초박형 평면 광학 소자인 메타표면을 활용해 초분광 이미징 및 멀티플렉싱 센서 기술을 개발했다(그림1). 메타표면은 빛 파장보다 작은 패턴을 이용해 만든 2차원 박막 구조를 뜻한다. 메타표면 칩은 빛의 산란 특성을 자유자재로 조절할 수 있고, 이를 이용해 가시광선 영역에서 원하는 파장의 빛만을 산란시키는 광소자를 구현하였다(그림2). 연구팀은 세포의 신진대사에 중요한 역할을 하는 시토크롬(Cytochrome) 및 클로로필(Chlorophyll)과 같은 서로 다른 종류의 분자들을 메타표면 칩을 통해 한 번에 검출할 수 있음을 확인했다. 시토크롬은 전자전달계에 관여하는 단백질로 세포의 건강 상태를 판별할 인자로 사용되고, 클로로필의 경우에는 식물세포에서 광합성에 관여하는 빛 에너지를 흡수하는 안테나 역할을 한다. ▲[그림1] 메타표면 칩 기반 초분광 이미징 및 센서 기술 모식도 ▲[그림2] 메타표면 칩을 통한 살아있는 세포에서 방출되는 활성산소 모니터링 기술 더 나아가 연구팀은 이 메타표면 칩을 통해 살아있는 세포에서 분비되는 활성산소를 실시간으로 검출할 수 있는 기술 또한 선보였다. 메타표면 칩 위에 정상세포, 암세포 및 약물처리가 된 암세포를 키우고, 각 세포에서 나오는 활성산소를 비표지 방식으로 모니터링 할 수 있는 기술을 개발하였다 (그림3). 1시간 동안 세포의 동일한 위치에서 나오는 활성산소의 양을 모니터링하며, 약물처리된 암세포-일반 암세포-정상세포 순으로 활성산소가 많이 분비되는 것을 관찰할 수 있었다. 이 기술은 향후 치료제 스크리닝 플랫폼으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구를 통해 구현된 메타표면 칩 기반 초분광 이미징 및 센서 기술은 세포 내의 다양한 화학물질을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 세포 간 커뮤니케이션에 사용되는 세포 분비물을 실시간으로 모니터링 할 수 있을 것으로 기대된다. ▲[그림3] 메타표면을 통한 특정 가시광선 파장 산란 기술을 이용한 컬러 프린팅 기술 본 연구 결과는 국제학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF: 32.086)에 8월 10일 정식 출판되었고, 연구의 우수성을 입증받아 해당 호 표지논문으로 선정되었다. 본 연구는 미래유망융합기술 파이오니어 사업, 선도연구센터, 중견연구자지원 사업 및 세종과학펠로우십 사업 등을 통하여 수행되었다.
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- 작성일 2023-08-14
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- 문화예술미디어융합원, 제4회 Creative Bridge Festival 공모전 개최
- 문화예술미디어융합원, 제4회 Creative Bridge Festival 공모전 개최 - 과거와 미래를 잇는 창의적 공존을 주제로 지역 활성화와 창업 아이디어 공모 - 8월 19일(토) 본선, 마로니에공원 내 야외공연장, 대학로 차없는 거리행사와 연계 문화예술미디어융합원(부원장 영상학과 변혁 교수)이 올해로 4년차를 맞이하는 Creative Bridge Festival 공모전을 개최한다. 오는 8월 19일(토), 대학로 차없는 거리 행사와 연계된 이번 공모전은 행사 이름에 걸맞게 축제의 분위기 속에서 본선 참가자들의 창의적 아이디어를 마음껏 펼칠 무대를 제공한다. 이번 공모전은 콘텐츠 융합을 바탕으로 한 ‘창업 부문’과 ‘지역 활성화 아이디어’ 부문으로 나누어 공모가 진행되며, 8월 7일(월)까지 아이디어 기획안 접수 후 서류 심사를 통해 본선 진출자(팀)를 선정한다. 본선 진출자들에게는 대회 총 상금 650만원이 지원될 예정이며, 창업 부문의 경우 캠퍼스타운을 통한 후속 지원도 이루어질 예정이다. 한편, 대학로 차없는 거리 행사에는 성균관대 총학생회와 예술대학 학생회 주관으로 다양한 볼거리와 공연들이 제공될 예정이다.
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- 작성일 2023-08-03
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- 양자생명물리과학원, 신경퇴행성질환 극복을 위한 양자 생명과학 WISDOM 학회 성료
- 양자생명물리과학원, 신경퇴행성질환 극복을 위한 양자 생명과학 WISDOM 학회 성료 양자생명물리과학원이 주최·주관한 제1회 WISDOM: Quantum Life Science for Medicine 학회가 7월 6일(목)부터 8일(토)까지 자연과학캠퍼스 대강당에서 개최되어 성황리에 마무리되었다. 이번 학회는 ‘신경퇴행성질환 극복을 위한 세계 혁신 정상회담: 의학의 기회와 도전(World Innovation Summit for Neurodegenerative Diseases: Opportunities and Challenges in Medicine: WISDOM)’ 을 주제로 세계 각국의 연사들과 연구자들을 초빙하여 신경퇴행성 질환 극복을 위한 지혜를 서로 논의를 하며 진행되었다. 이날 학회에는 사전 등록자와 현장 등록자를 포함하여 300여 명 이상이 참석하였다. 이번 학회에서는 생명물리학의 최고 석학인 Cees Dekker 교수(Delft University of Technology), 하택집 교수(Johns Hopkins University), Ortwin Hess 교수(Trinity College Dublin), Luke Lee 교수(Harvard Medical School), Frank Vollmer 교수(University of Exeter), Nikhil Malvankar 교수(Yale University), Clarice Aiello 교수(UCLA), 신경퇴행설 질환 분야의 세계적인 석학인 묵인희 교수(서울대학교), 김두연 교수(Harvard Medical School), 고한석 교수(Johns Hopkins Medical School)를 포함한 총 20분의 프레너리(4) 및 키노트(12) 강연과, 양자생명물리과학원 소속 교원이 함께 열띤 강연과 토론이 진행되었다. 학회 참석자들은 "많은 연구자들이 혁신적인 의학을 위한 생명과학, 물리과학, 그리고 공학이 조화를 이룬 새로운 융합에 익숙해질 수 있는 좋은 기회가 되었다. 이번 행사를 통해 새로운 생물 물리학적 지혜와 의미 있는 교류가 신경퇴행성 질환의 혁신적인 치료를 위해 글로벌 학제 간 대화가 촉진되어가는 모습들을 보며 앞날에 귀한 열매가 풍성하게 맺히게 되리라는 확신을 가질 수 있었다.", "신경퇴행성 질환의 문제를 해결하기 위해서 양자의학과 나노의학을 통한 생명-물리-공학 국제융합팀 구성원들과 함께 지혜를 나누며, 이 질환의 전례 없는 도전에 대한 혁신적인 생물물리학적 솔루션을 함께 만드는 끝없는 여정이 이제 시작되었지만 시작이 반이다." 등의 소감을 밝혔다. 또한 머크, 라이카, 니콘, 카카오헬스케어 등 10개 기업의 후원과 현장 기업부스 설치, 교내외 50여 명의 학생들의 포스터 전시 등도 이루어졌다. 양자생명물리과학원 루크 리 원장은 “이번 국제 심포지엄 개최를 통해 성균관대학교를 중심으로 미개척 분야인 양자생명물리학을 응용한 퇴행성뇌질환 극복 방법을 발견하기 위해 국내외 다양한 분야의 네트워크를 마련하고, 글로벌 양자생명학 연구 생태계를 더욱 확장해 나가는 초석이 될 것”이라며 학회의 성공적인 마무리를 전했다.
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- 작성일 2023-07-27
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- 성균관대, 2024학년도 ‘특성화고졸재직자전형’ 신설
- 성균관대, 2024학년도 ‘특성화고졸재직자전형’ 신설 - 2024학년도부터 특성화고졸재직자전형 응용AI융합학부 180명 선발 - 2학년 진급 시, AI융합운영전공 또는 산업인공지능전공 선택 가능 우리 대학은 2024학년도 수시모집에서 ‘특성화고졸재직자전형’을 신설하여 180명을 선발한다. 특성화고졸재직자전형은 특성화고(전문계고)·마이스터고를 졸업한 자 중 산업체 3년 이상 근무 경력을 가진 재직자를 대상으로 한다. 전형방법은 서류평가 100%로 학교생활기록부 및 재직증명서 등 제출서류를 종합적으로 정성 평가한다. 지원자들이 재직 중인 점을 고려하여 면접은 보지 않는다. 선발 모집단위는 응용AI융합학부 180명이며, 2학년 진급 시 AI융합운영전공 또는 산업인공지능전공을 선택할 수 있다. 재학생들이 일과 학업을 병행할 수 있도록 수업은 온라인 및 야간, 주말 수업으로 운영하며, AI·디지털 혁신 인재로 성장하기 위한 특화된 커리큘럼, 실무 역량 강화 및 인적 네트워크 촉진을 위한 다양한 프로그램을 제공할 예정이다. 홍문표 입학처장은 “위 전형은 특성화고 학생에게 일하면서 공부할 수 있는 기회(선취업 후진학)를 제공하여 지속적인 능력 개발을 통해 본인 분야의 전문가로 성장할 수 있도록 지원하는 것을 목표로 한다”고 밝혔다. 한편 올해 성균관대 수시모집 원서접수는 9월 12일(화)부터 9.15.(금)까지이며 전형에 관한 자세한 사항은 홈페이지의 수시 모집요강에서 확인할 수 있다.
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- 작성일 2023-07-27
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- 생명물리학과 안선주 교수, ISO 우수 전문가상(ISO Excellence Award) 수상
- 생명물리학과 안선주 교수, ISO 우수 전문가상(ISO Excellence Award) 수상 생명물리학과 안선주 교수가 지난 6월 ISO 국제표준화기구 우수 전문가상(ISO Excellence Award)을 수상했다. 안선주 교수는 ISO, ISO/IEC JTC 1에서 국제표준화 활동을 해오며 2020년 ISO에서 세계 최초로 팬데믹 준비와 대응을 위한 신규 작업반을 설립하고 대규모 선별검사에 필요한 표준을 개발해 회원국이 활용할 수 있게 한 공적으로 이 상을 받았다. ISO가 밝힌 안선주 교수의 공적을 요약하면 다음과 같다. “감염병 대응과 관련된 국제표준 ISO 5258:2022와 ISO 5472:2022는 프로젝트 리더 안선주 교수의 주도로 발간되었다. 이 표준의 내용은 코로나19와 같은 신종 감염병이 대유행할 때, 수많은 사람이 더 안전하게, 대규모로, 빠르게 검사받도록 하는 시스템 요구사항이다. 감염 확산을 방지하려 안 교수는 전세계의 선별검사시스템을 조사했다. 안 교수가 제정한 표준은 ISO 기술 위원회 내부와 외부에 반향을 일으켰다. 안 교수는 2020년 ISO/TC 304(병원조직관리) WG 4(팬데믹 준비 및 대응)의 설립에 첫 아이디어를 제안하고, 설립과 운영에 기여했다. 감염병 억제를 목표로 한 안 교수의 ISO 표준은 국제적인 합의를 얻었고, 이해관계자들이 해당 표준을 지지했다.” 한편 ISO에 따르면, ISO 우수 전문가상은 기술 전문가의 성과를 인정하고 보상하기 위한 취지로 수여되는 상으로, 표준화와 그 관련 활동 이익의 증진에의 주요한 개인의 기여로 간주할 수 있는 기술 작업과 관련한 최근 성과를 인정하기 위해서 수여한다. 안선주 교수는 지난 15년 동안 보건의료·생명공학 분야 국제표준을 제안하고, 서로 대립하는 회원국의 합의와 찬성을 이끌어내는 등 국제적 기준 마련에 힘썼다. 한편 2021년 우리 정부는 감염병 대응기법의 체계화 및 세계화에 헌신한 공로를 인정해 안 교수에게 근정포장을 수여한 바 있다. 안 교수는 “현재 교내와 해외의 연구진들이 힘을 합쳐 일명 차세대 반도체라고 불리는 장기유사체(오가노이드)와 오간온칩의 국제표준화를 추진 중”이라며 “앞으로도 우리 학교가 글로벌 표준을 선도하고 인류 바이오헬스 발전에 기여할 수 있도록 최선을 다하겠다”라고 밝혔다.
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- 작성일 2023-07-17
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- 글로벌바이오메디컬공학과 이준열 교수 연구팀, 사전 예측이 감각운동 향상시키는 신경 기전 밝히다
- 글로벌바이오메디컬공학과 이준열 교수 연구팀, 사전 예측이 감각운동 향상시키는 신경 기전 밝히다 - 뇌에서 사전 지식과 예측에 의해 시각정보를 해석하고 안구운동 조절하는 원리 규명 - 감각운동 및 인지기능 장애 치료 연구에 활용 기대 ▲ (왼쪽 사진) 박정준 Washington University, St. Louis 박사과정생(제1저자) (오른쪽 사진) 오른쪽부터 김설민 글로벌바이오메디컬공학과 박사과정생(제1저자), 이준열 글로벌바이오메디컬공학과 교수(교신저자), 김형구 글로벌바이오메디컬공학과 교수 동물은 주어진 환경에 적응하고 살아가기 위해 다양한 감각 정보를 활용하며, 특히 인간을 포함한 영장류는 주로 눈을 통해 얻은 시각정보에 의존한다. 우리 뇌는 시각정보가 정확하지 않거나 제한적인 경우에도, 시각정보와 과거의 경험 지식에 기반한 예측정보를 통합해 적절한 행동을 할 수 있게 한다. 그러나 이러한 정보의 통합과 처리가 뇌의 어느 영역에서, 어떻게 처리되는지는 아직 명확하지 않다. 글로벌바이오메디컬공학과 이준열 교수 연구팀은 영장류 행동 실험과 신경세포 활동 측정을 통해 얻은 데이터를 바탕으로, 사전 경험지식에 의한 예측이 시각정보를 처리하는 대뇌피질 감각영역을 조절해 감각운동(Sensorimotor) 능력을 높인다는 사실을 밝혔다. 감각운동이란 외부감각 자극에 반응하여 신속하고 정확하게 운동하는 능력을 말한다. 예컨대, 우리가 움직이는 물체를 눈으로 쫓을 때, 눈으로 받아들인 움직이는 물체에 대한 방향과 속도 등의 시각정보를 뇌에서 처리하여 안구의 운동을 조절하게 된다. 연구진은 붉은털원숭이가 움직이는 시각 자극물을 눈으로 쫓는 추적안구운동 과제를 하는 동안 시선추적장치와 전극을 이용해 눈의 움직임과 대뇌 외측시각피질(Middle temporal visual area) 신경세포들의 활동을 측정했다. 원숭이에게는 원형의 구역 안에 임의로 점이 찍히는 무작위 점 키네마토그램이 시각 자극물로 제시되고, 원숭이는 시각 자극물의 중심에 시선을 유지해야 한다. 그리고 눈에 잘 보이는 고휘도의 시각 자극물과 그렇지 않은 저휘도의 자극물이 제시되는 경우, 시각 자극물의 이동 방향이 유사해 예측이 가능한 경우와 그렇지 않은 경우로 나누어 실험을 수행했다. 연구진은 이렇게 얻은 데이터를 컴퓨터 시뮬레이션 및 머신러닝, 뉴럴 디코딩 등의 기술로 분석해, 시각 피질 영역에서 예측정보와 감각정보가 어떻게 처리되는지를 수리적․정량적으로 분석했다. * 뉴럴 디코딩(Neural Decoding): 신경세포(뉴런)들이 발화한 전기적 스파이크를 측정해 이들이 어떻게 신호를 주고받으며, 정보를 처리하는지 이해할 수 있다. 이번 연구에 사용한 군집 디코딩(Neural population decoding)은 단일 신경세포가 아닌 군집 신경세포로부터 자극을 복원하는 방법으로, 신호해석의 불확실성을 감소시키고 다양한 자극의 복합적 특성을 표현할 수 있는 장점을 갖는다. ▲ 행동실험 및 세포측정 영역 행동실험 결과, 원숭이가 시각 자극물이 잘 보이지 않더라도 이전 실험 경험을 통해 이동 방향을 예측할 수 있는 경우에는 추적안구운동의 편차가 적었으나, 이전 경험을 통해서도 예측할 수 없는 움직임을 보이는 경우에는 그 편차가 컸다. 이는 감각정보가 확실하지 않을 때, 사전 경험지식을 활용하여 행동의 정밀성이 올라간다는 것을 의미한다. ▲ 외측시각피질 세포들의 방향 선택성에 따른 사전 예측의 차별적 신경활성 조절 연구진이 데이터 분석을 통해 외측시각피질 세포들의 신경활성이 나타내는 자극의 운동방향을 추정하여 실제 추적안구운동 방향과 비교한 결과, 추정 방향과 실제 추적안구운동 방향의 편차가 유사한 것을 확인했다. 또한 행동실험 결과와 마찬가지로, 시각 자극물이 잘 보이지 않는 경우에만 사전 예측에 의해 외측 시각 피질 세포들의 방향 선택성이 안구운동의 추적 방향을 더 잘 처리하도록 조절되는 것이 관찰됐다. 이를 통해 연구진은 외측시각피질 세포들의 활성 패턴이 시각 자극물의 방향에 대한 예측도 표상할 수 있으며, 이것이 안구 운동의 정밀성과 연관되어 있음을 밝혔다. 기존에는, 예측은 전두엽에서 수행되고 감각정보는 시각피질에서 처리되는 것으로 알려져 있었다. ▲ 사전 예측의 신경활성 조절이 추적안구운동에 미치는 영향 이준열 교수는 “이번 연구로 대뇌 외측시각피질이 환경으로부터 얻은 감각 정보를 단순히 신경 신호로 전달하는 영역이 아니라, 사전 지식 및 예측에 의해서 동일 감각정보를 다르게 해석하여 행동을 조절할 수 있는 뇌영역이라는 것을 밝혔다”고 전했다. 또한, “대뇌피질의 감각 영역이 사전 정보를 이용해 어떻게 감각운동 행동 변화에 기여할 수 있는지를 밝힘으로써, 감각운동 정보처리의 신경 기전에 대한 이해를 높였다”라며, “감각운동 및 인지기능 장애 치료 연구에도 도움이 될 수 있을 것”이라고 전했다. 이번 연구 결과는 사이언스 자매 학술지인 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 7월 7일 온라인 게재됐다.
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- 작성일 2023-07-14
- 조회수 2019
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- 에너지과학과 최경민 교수, 세계 최초로 전자 궤적을 야구 변화구처럼 제어하는 데 성공
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에너지과학과 최경민 교수, 세계 최초로 전자 궤적을 야구 변화구처럼 제어하는 데 성공 - 전자 궤적 제어를 통해 저전력 메모리 발전가능성 열어 - 국제학술지 네이처(Nature)에 6일 게재 ▲ (왼쪽부터) 최경민 교수(교신저자, 성균관대), 이현우 교수(공동 교신저자, 포항공대), 최영관(공동 제1저자, 성균관대), 조대근(공동 제1저자, 포항공대), 고경훈(공동 제1저자, 성균관대) 에너지과학과 최경민 교수 연구팀과 포항공과대학교 이현우 교수 연구팀이 경금속 내부에서 전자 궤적을 야구 변화구처럼 휘도록 제어하는 것을 세계 최초로 성공했다. 과기정통부 기초연구사업(중견연구) 지원으로 수행한 이번 연구 성과는 국제학술지「네이처(Nature)」에 7월 6일(현지시간 7.5.(수) 16:00, 영국) 게재되었다. * 논문명 : Observation of the orbital Hall effect in a light metal Ti 야구 투수가 빠른 공과 느린 공, 직구와 변화구를 자유자재로 구사하면 승률이 향상되는 것과 같이 고체 내부에서도 전자의 궤적을 자유자재로 조절할 수 있으면 전자소자의 성능이 향상될 수 있다. 고체에서 흐르는 전자의 속도와 전자의 수를 제어하는 방법은 현재도 개발되어 있으나, 전자의 궤적이 휘도록 제어하는 방법은 아직까지도 매우 제한적으로 존재한다. 전류가 흐르고 있는 고체에 자기장을 가하면 전자의 궤적이 휘어지는 ‘홀 효과(Hall effect)’는 널리 알려져 있으나, 자기장을 생성하려면 높은 전류가 필요할 뿐만 아니라 부분적으로 제어하기도 어렵다. 수많은 소자가 집적된 전자기기에 이 방법을 적용하려면 각 소자의 동작에 맞게 서로 다른 방향의 자기장을 가해야 하는데 집적도가 높은 전자기기에서 구현하는 것은 한계가 있다. 이러한 문제점 때문에 자기장을 사용하지 않으면서 나노미터[㎚]단위의 미세한 소자 내부에 존재하는 전자의 궤적을 낮은 전력을 사용해 개별적으로 제어하는 새로운 기술이 필요한 상황이다. 기존에도 스핀 각운동량*(전자 스핀)을 이용하면 전자 궤적을 휘게 만들 수 있다는 것이 ‘스핀 홀 효과’라는 이름으로 보고되었으나, 이 효과는 원자번호가 큰 중금속에서만 발현한다는 한계가 있다. * 스핀 각 운동량 : 전자의 자발적인 양자 각운동량 ▲ 전자(황금색 구)는 원자핵 (파란색 구) 주변을 어느 방향으로 공전하는지에 따라 서로 다른 궤도 각운동량을 가진다. 궤도 각운동량 방향에 따라서 전자의 궤적이 휘는 현상을 궤도 홀 효과라고 한다. 이에 연구팀은 타이타늄(원소기호: Ti) 금속에서 전자의 스핀이 아닌 전자가 원자핵 주위를 도는 궤도 각운동량*을 이용하여 전자 궤적을 휘게 만드는 ‘궤도 홀 효과’를 세계 최초로 시현하였다. * 궤도 각 운동량 : 전자가 원자핵 주변을 공전함으로 발생하는 각운동량 이 연구결과는 그동안 이론적으로만 알려져 있던 ‘궤도 홀 효과’를 중금속이 아닌 원자번호가 작은 경금속에서 실험적으로 최초로 시현했다는 점에서 그 의미가 매우 크다. 현재 사용하는 대부분의 소자들은 전기장으로 인한 전자의 수 변화만 활용하지만, 미래 전자소자로 개발 중인 자성메모리(MRAM)는 전자의 각운동량을 이용하기 때문에 연구팀이 규명한 성질을 활용하면 에너지 효율 및 속도 향상에 기여할 것으로 기대한다. 에너지과학과 최경민 교수는 “이번 연구성과는 전자소자에서 전류의 궤적을 제어할 수 있는 근본 원리를 제공한다.”라고 연구 의미를 밝혔다. ▲ 전자의 궤적이 휘는 현상, 궤도홀효과(orbital Hall effect, OHE) ○ 관련 언론보도 - 韓 연구진, 세계 최초 전자 궤적 제어 성공…메모리 효율 극대화 <뉴시스, 2023.07.06.> - 금속 내 전자 궤적, 변화구처럼 휘게…"전자소자 개발 기대" <연합뉴스, 2023.07.06.> - [포토]최경민 교수, 전자 궤적을 야구 변화구처럼 제어하는데 성공 <연합뉴스, 2023.07.06.> - DNA 나노기술·전자궤적 제어·RNA 서열… 국제학술지 빛낸 韓과학자 3人 <디지털타임스, 2023.07.06.> - 금속 내 전자 궤적 휘도록 제어하는 기술 개발
- '전자 궤적, 변화구처럼 제어'…"자성메모리 개발에 활용" <뉴스1, 2023.07.06.> - 류현진 슬라이더처럼 휘는 전자…차세대 ‘MRAM’ 핵심 기술 나왔다 <조선비즈, 2023.07.06.> - ‘야구 변화구’처럼 전자궤적 제어…저전력 메모리 발전 가능성 <전자신문, 2023.07.06.> - “컨트롤 마법사 류현진처럼” 韓 연구진 ‘전자 궤적’ 제어 세계 첫 성공 <헤럴드경제, 2023.07.06.> - 중금속 전자 궤적 야구변화구처럼 제어...한국 연구진 세계 최초 시현 성공 <동아사이언스, 2023.07.06.> - 성균관대·포항공대, 세계 최초 전자 궤적을 야구 변화구처럼 제어하는 데 성공<뉴스핌, 2023.07.06.> -
- 작성일 2023-07-07
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