신경 가소성은 뇌가 외부 환경 변화나 학습, 경험에 따라 신경회로와 시냅스의 구조 및 기능을 변화시키는 능력을 의미합니다. 본 연구실은 신경 가소성의 세포 및 분자적 기전을 심도 있게 탐구하며, 이를 통해 학습과 기억, 만성 통증, 발달질환(조현병, 자폐증 등)과 같은 다양한 뇌 질환의 원인과 치료법을 모색하고 있습니다. 특히, 시냅스 가소성의 이상이 뇌 질환의 중요한 원인임을 밝히고, 대뇌피질, 해마, 소뇌 등 다양한 뇌 영역에서의 가소성 변화를 연구함으로써 각 영역이 관여하는 질환의 병태생리를 규명하고 있습니다. 이러한 연구는 다양한 동물 모델(특히 mutant 생쥐), 뇌 절편(brain slice), 배양 신경세포 등 다양한 실험 시스템을 활용하여 이루어집니다. 또한 patch clamp, Ca2+ imaging, confocal microscopy, in vivo field recording, PET/two-photon imaging 등 첨단 생리학적 기법과 viral vector, single cell type transcriptome analysis, optogenetics 등 분자생물학적 기법을 통합적으로 적용하여 신경 가소성의 변화와 그 기전을 다각도로 분석합니다. 이를 통해 신경 가소성의 정상적 조절과 그 이상이 뇌 기능 및 질환에 미치는 영향을 체계적으로 규명하고 있습니다. 연구 결과는 학습장애, 만성 통증, 조현병, 자폐증 등 다양한 신경정신질환의 병태생리 이해와 더불어, 신경 가소성 조절을 통한 새로운 치료 전략 개발에 중요한 기초 자료를 제공합니다. 궁극적으로 본 연구실은 신경 가소성의 세포·분자 기전 연구를 통해 뇌 질환의 조기 진단, 예후 예측, 맞춤형 치료법 개발에 기여하고자 합니다.

소뇌의 퍼킨지 세포는 운동학습과 비서술 기억의 핵심적인 역할을 하며, 해마의 Schaffer-collateral 경로는 공간기억 등 서술기억에 관여합니다. 본 연구실은 퍼킨지 세포의 내재적(intrinsic) 및 시냅스(synaptic) 가소성이 운동학습과 기억의 형성·유지에 미치는 영향을 집중적으로 연구하고 있습니다. 특히, 퍼킨지 세포의 내재적 흥분성 변화와 시냅스 가소성의 상호작용이 공포 기억, 운동 기억 등 다양한 기억 기능의 조절에 어떻게 기여하는지 밝히고 있습니다. 이 연구는 patch clamp 등 전기생리학적 기법과 optogenetics, 유전자 조작 생쥐 모델을 활용하여 퍼킨지 세포 및 해마 신경회로의 기능적 변화를 정밀하게 측정합니다. 예를 들어, 공포 조건화나 운동학습 후 퍼킨지 세포의 내재적 흥분성이 어떻게 변화하는지, 이러한 변화가 시냅스 가소성과 어떤 상호작용을 보이는지, 그리고 궁극적으로 기억의 형성과 유지에 어떤 역할을 하는지 체계적으로 분석합니다. 또한, 해마 Schaffer-collateral 경로의 시냅스 가소성 변화가 공간기억 등 고차원 인지기능에 미치는 영향도 함께 연구합니다. 이러한 연구는 신경회로 수준에서 기억의 저장과 조절 메커니즘을 심층적으로 이해하는 데 기여하며, 신경정신질환(예: 자폐증, 조현병, 치매 등)에서 나타나는 기억 장애의 원인 규명 및 치료 타깃 발굴에 중요한 단서를 제공합니다. 나아가, 퍼킨지 세포 및 해마 경로의 가소성 조절을 통한 기억 증진 또는 비정상 기억 소거 등 맞춤형 뇌질환 치료법 개발에도 실질적인 기초를 마련하고 있습니다.

RASopathy는 Ras-Erk 신호전달 경로의 유전자 돌연변이에 의해 발생하는 일련의 발달장애로, Noonan syndrome, NF1, CFC syndrome, Leopard syndrome 등이 포함됩니다. 본 연구실은 RASopathy와 연관된 인지장애의 분자적 기전을 규명하고, 이를 치료하기 위한 전략을 개발하는 데 주력하고 있습니다. 특히, RASopathy 생쥐 모델을 이용하여 Ras-Erk 신호전달 이상이 뇌의 신경회로 및 시냅스 기능에 미치는 영향을 다각도로 분석합니다. 이 연구는 유전자 변형 생쥐를 활용한 행동실험, 전기생리학, 분자생물학적 분석 등을 통해 RASopathy에서 나타나는 학습 및 기억 장애의 원인을 세포 및 분자 수준에서 규명합니다. 예를 들어, Ras-Erk 신호전달의 과활성화 또는 저활성화가 시냅스 가소성, 신경세포 흥분성, 신경망 네트워크에 미치는 영향을 정밀하게 측정하고, 이를 통해 인지기능 저하의 병태생리를 밝힙니다. 또한, 약물처치나 유전자 교정 등을 통해 인지장애의 개선 가능성도 함께 탐구합니다. 이러한 연구는 RASopathy뿐만 아니라 다양한 신경발달장애(자폐증, 지적장애 등)에서 공통적으로 나타나는 학습 및 기억 장애의 근본 원인 규명에 기여하며, 맞춤형 치료법 개발을 위한 분자 타깃 발굴에 중요한 기초 자료를 제공합니다. 궁극적으로, 본 연구실은 신경발달장애 환자들의 삶의 질 향상과 사회적 적응력 증진에 기여할 수 있는 혁신적 치료 전략을 제시하고자 합니다.