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심리적 공포기억 조절 뇌 회로 최초 규명-트라우마 치료 새 전기
자연재해, 사고, 폭력 등 위협적인 상황은 뇌에 공포 기억을 남긴다. 하지만, 과도하거나 왜곡된 공포 기억 형성은 PTSD, 불안장애, 우울증 등 심각한 정신질환으로 이어질 수 있다. 그렇다면 신체적 고통을 직접 경험했을때의 공포와, 심리적 불안으로 겪은 고통의 기억은 뇌에서 어떻게 구분되며 조절될까? KAIST 연구진은 신체적 고통 없이 심리적 불안과 공포에 의한 공포 기억 형성에 특화된 뇌 회로를 세계 최초로 규명했으며, 이 회로를 타켓으로 한 맞춤형 트라우마 치료법 개발 가능성을 열었다.
우리 대학 생명과학과 한진희 교수 연구팀은 생쥐 모델을 이용한 실험을 통해, 감각적 고통 없이 심리적 위협만으로 유도되는 공포 기억의 형성을 조절하는 핵심 뇌 회로인 pIC-PBN회로*를 규명했다.
*pIC–PBN 회로: 후측 대뇌섬엽(pIC, posterior insular cortex)에서 외측 팔곁핵(PBN, parabrachial nucleus)으로 이어지는 하향 신경 경로로, 심리적 고통 정보를 전달하는 전용 회로임을 새롭게 밝혀냄
기존에는 뇌의 외측 팔곁핵(PBN)이 척수에서 통각 정보를 전달받는 통각 상행 경로의 일부로만 알려져 있었으나, 연구팀은 비통각적 위협 자극에 의해서도 PBN이 공포학습에 필수적으로 기능한다는 새로운 사실을 밝혔다.
이번 연구는 ‘정서적 고통’과 ‘신체적 고통’이 서로 다른 뇌 신경회로에 의해 처리된다는 사실을 세계 최초로 실험적으로 입증한 사례로 평가된다. 특히, 정서적 고통을 전달하는 데 특화된 신경 회로(pIC-PBN)를 명확히 제시함으로써, 신경과학 분야에서 큰 학술적 의의를 지닌다.
이번 연구의 제 1저자인 한준호 박사는 연구의 출발점을 이렇게 설명한다.
“저희 강아지 ‘레고’는 오토바이를 무서워한다. 실제로 부딪치진 않았지만 오토바이가 빠르게 다가온 경험 이후로 오토바이 소리만 들어도 겁을 먹는다. 사람도 마찬가지로. 사고를 실제로 겪지 않더라도, 사고가 날 뻔한 경험이나 자극적인 미디어 노출만으로도 공포 기억이 생기고, 결국 PTSD로 이어질 수 있다.”
이어 “지금까지 공포 기억에 관한 연구는 신체적 고통에 기반한 실험에 의존해 왔으나, 실제 인간의 공포 기억은 신체적 고통보다는 심리적 위협에 의해 형성되는 경우가 훨씬 많다. 그럼에도 불구하고 이러한 심리적 위협을 처리하는 뇌 회로에 대해서는 거의 알려진 바가 없었다.”
연구팀은 심리적 위협을 처리하는 뇌 회로를 알아보기 위하여 전기 자극이 아닌 시각적 위협 자극을 사용하는 새로운 공포 조건화 실험 모델을 개발했다.
생쥐는 포식자가 위에서 빠르게 접근하는 상황에서 본능적으로 공포 반응을 보이는데, 연구팀은 이를 활용해 천장 화면에 빠르게 커지는 그림자를 제시함으로써 생쥐가 포식자에게 공격당하는 듯한 위협을 경험하게 하였다. 이 실험을 통해, 통각 없이도 심리적 위협만으로 공포 기억이 형성될 수 있음을 입증했다.
이 새로운 행동 실험 모델과 함께, 연구팀은 신경세포의 활성을 정밀하게 조절하는 화학유전학 및 광유전학 기법을 활용하여, 외측 팔곁핵(PBN)이 시각적 위협만으로도 공포 기억이 형성된다는 사실을 규명하였고 나아가 연구팀은 PBN으로 정보를 전달하는 상위 뇌 영역을 분석했다. 이에 따라, 부정적 정서와 고통 처리에 중요한 역할을 하는 후측 대뇌섬엽(pIC)이 PBN과 직접 연결되어 있음이 밝혀졌다.
특히 시각적 위협 자극 이후, pIC에서 PBN으로 신호를 보내는 뉴런들이 활성화되며, 이 신호가 PBN 뉴런의 활성에 필수적인 역할을 한다는 사실도 확인되었다.
연구 결과, pIC–PBN 회로를 인위적으로 억제하면 시각적 위협에 따른 공포 기억 형성이 현저히 감소하지만, 선천적인 공포 반응이나 통각 기반의 공포 학습에는 영향을 주지 않는다는 점도 규명했다. 반대로 이 회로를 인위적으로 활성화하는 것만으로도 공포 기억이 유도되어, pIC–PBN 회로가 심리적 위협 정보를 처리하고 학습을 유도하는 핵심 경로임이 드러났다.
한진희 교수는“이번 연구는 PTSD, 공황장애, 불안장애 등 정서적 고통을 주 증상으로 하는 정신질환의 발병 메커니즘을 이해하고, 맞춤형 치료법을 개발하는 데 중요한 토대를 마련할 것”이라고 밝혔다.
생명과학과 한준호 박사 (제 1저자), 서보인 박사과정(제 2저자)이 수행한 논문은 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 2025년 5월 9일 자 온라인 게재되었다.
※ 논문명 : Han, J., Suh, B., & Han, J. H. (2025). A top-down insular cortex circuit crucial for non-nociceptive fear learning. Science Advances (https://doi.org/10.1101/2024.10.14.618356)
※ 저자 정보 : Junho Han(KAIST, 제1저자), Boin Suh(KAIST, 제2저자), and Jin-Hee Han(KAIST, 교신저자)
본 연구는 과학기술정보통신부 뇌과학원천기술개발사업과 뇌기능규명조절기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.
2025.05.15
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스마트폰 이후는 ‘웨어러블 컴퓨터’
- KAIST, 7~8일 대전 본원 KI빌딩에서 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’ 개최- ‘얼굴근육 움직임으로 스마트폰을 제어하는 컴퓨터’ 등 총13종의 독특한 웨어러블 컴퓨터 선보여
스마트폰을 넘는 변화의 물결로 ‘입는 컴퓨터(Wearable Computer)’가 떠오르는 가운데 KAIST가 9년째 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’를 개최하고 있다.
우리 대학은 7~8일 이틀 동안 대전 본원 KI빌딩에서 입는 컴퓨터 경진대회인 ‘2013 웨어러블 컴퓨터 경진대회’를 개최한다.
‘웨어러블 컴퓨터’는 사용자가 이동 환경 중에도 자유자재로 컴퓨터를 사용하기 위해 소형화 ․ 경량화를 통해 신체와 의복의 일부분으로 착용할 수 있도록 제작된 컴퓨터인데, 스마트폰과 같은 소형화된 IT기기의 등장으로 차세대 IT 기술로 각광받고 있다.
유회준 전기및전자공학과 교수가 중심이 돼 2005년부터 개최하는‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’는 대학생들이 특유의 아이디어와 최신 기술을 이용해 영화나 만화에서나 볼법한 입는 컴퓨터를 직접 제작해 볼 수 있는 세계 유일의 대회다.
대회에 지원한 70여 팀을 대상으로 엄격한 서류 및 발표심사를 거쳐 본선에 진출한 15개 팀을 지난 7월에 선정했다. 본선 참가자에게는 웨어러블 컴퓨터를 제작할 수 있도록 팀별로 시작품 제작비 150만원과 스마트폰 등 IT 기기들이 지원됐다.
KAIST는 구글 글래스와 삼성전자 갤럭시 기어 등의 출시로 웨어러블 컴퓨터에 대한 전 세계적 관심이 고조되고 시장이 확대되는 추세에 맞춰 올해부터 본선 진출 팀을 기존 10팀에서 15팀으로 확대해 선발했다고 밝혔다.
이번 출품작 중에는‘얼굴 근육의 움직임만으로 간단하게 스마트폰을 제어할 수 있는 사지마비 장애인을 위한 제품’이 출품돼 눈길을 끈다.
헤드밴드 형태의 이 제품은 사지마비 장애인이나 손이 불편한 사람이 제품을 착용하고 어금니를 깨무는 동작을 취하면 사용자의 근육 움직임을 감지해 스마트폰 화면에 나타난 마우스를 움직여 원하는 기능을 수행할 수 있게 도와준다.
그동안 스마트 폰은 터치로 제어해야 하는 특성상 손이 불편한 사람은 사용하기 어려워 정보화 시대에 정보의 차별이 생긴다는 문제가 제기되어 왔으나 이 제품의 개발로 그 한계를 극복할 수 있게 됐다.
이 외에도 간단한‘손동작만으로 스마트폰을 제어할 수 있는 밴드형 웨어러블 디바이스’도 출품돼 관심을 끈다. 사용자의 손가락 움직임을 인식해 전화 받기 ․ 사진촬영 ․ 악수를 통한 사용자간 파일공유가 가능하며, 인체통신을 사용해 잠금장치나 비밀번호 없이 개인정보를 지킬 수 있는 기능을 수행 할 수 있다.
그 밖에 ▲ 악기 없이 사용자의 움직임을 인식해 다양한 악기 연주를 즐길 수 있는 장갑과 신발 ▲ 시각정보를 촉각정보로 변환해 주는 시각장애인용 지팡이 ▲ 성범죄로부터 아이를 지켜주는 벨트 ▲ 사용자가 직접 슈퍼마리오가 되어 즐기는 게임 등 창의적이면서도 실용적인 제품들이 소개될 예정이다.
대회 위원장인 KAIST 유회준 교수는 “올해 삼성전자가 갤럭시 기어를 출시한 것에서 알 수 있듯이 웨어러블 컴퓨터는 스마트폰을 이을 차세대 IT 기기로 주목받고 있다”면서 “이번 경진대회와 워크숍은 일반인에게는 웨어러블 컴퓨터에 대한 국민적 관심을 높일 수 있는 기회이고, 전문가들에게는 웨어러블 컴퓨터의 현재와 미래를 조망 할 수 있는 정보교류의 장이 될 것”이라고 말했다.
한편 올해에는 경진대회와 함께‘웨어러블 컴퓨터 워크숍’도 개최될 예정이다.
‘웨어러블 컴퓨터의 현재와 미래’를 주제로 개최되는 이번 워크숍에는 박규호 KAIST 교학부총장이 기조 강연자로 나서‘유비쿼터스, 패셔너블 컴퓨터’를 주제로 강연한다.
이어 삼성전자 금동준 수석과 ETRI 정현태 실장이 각각‘웨어러블 디바이스 동향 및 발전방향’과‘웨어러블 컴퓨터 기술동향 및 산업전망’에 관해 강연할 예정이다.
대회 관람과 워크숍 참석을 원하는 일반인은 홈페이지(http://www.ufcom.org)에서 관련 정보를 얻을 수 있다.
2013.11.07
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