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DGIST 뇌과학과 신경 다이나믹스 연구실

(Neural Dynamics Lab)

□ 연구책임자 및 구성원

교수: 이광 (klee@dgist.ac.kr; https://klee.dgist.ac.kr)

연구원: (대학원생) 김민지, 박영권, 이창학, 이하영 / (인턴연구원) 이민용

□ 연구실 개요

신경 다이나믹스 연구실은 현재까지 밝혀지지 않은 뇌의 신경회로와 신호처리 기능들을 탐구하고, 이를 바탕으로 뇌가 어떻게 작동하는지 연구합니다. 우리는 감각-운동-학습-의사결정-기억과 관련된 신경신호들을 고해상도로 관측하고 다이나믹한 뇌기능과 신경회로를 탐구합니다. 최종적으로 뇌의 신경 다이나믹스들이 건강과 질병의 행동들에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 밝히는 것을 목표로 하고 있습니다.

이를 위하여 우리는 살아있는 실험동물의 뇌를 컴퓨터와 직접 연결하는 차세대 뇌인터페이스의 최신 기술들을 이용합니다. 목적하는 뇌영역에서 대규모, 대면적 뇌신호를 동물의 행동과 함께 모니터링하고 선택적인 뇌신호만 인위적으로 조절하는 연구실만의 독창적인 뇌과학 원천기술들을 보유하고 있습니다.

□ 주요 연구 내용

우리는 조건된 행동에서 신경회로와 신경 다이내믹스의 원리를 이해하고자 합니다. 기계의 작동 메커니즘을 이해하려면 각 구성 부품 간의 연결성을 파악해야 합니다. 마찬가지로 뇌의 신호 처리를 이해하려면 뉴런의 통신 메커니즘을 알아야합니다. 신경 다이나믹스는 단일 뉴런 해상도에서 뉴런 집단으로의 대규모 신경 입력이 살아있는 동물의 뇌에서 행동 및 인지적 출력을 생성하는 방법을 설명합니다.

□ 연구주제

- 행동, 정서적 기억, 감정, 의사결정의 뇌 작동원리 탐구

- 집단적 뉴런과 신경 네트워크의 다이나믹 재구성 기작 규명

- 보상과 행동에서의 도파민 다이나믹스 탐색

- 건강과 뇌질환에서의 신경회로와 뇌기능 연구

- 뇌 신호처리 및 신경제어기술을 이용한 학습결핍과 신경장애 복구

- 차세대 뇌 인터페이스 및 광학 이미징 개발

□ 주요 논문성과

1. Long C*, Lee K*, Yang L, Dafalias T, Wu AK, Masmanidis SC. Physiological constraints on the rapid dopaminergic modulation of striatal reward activity. Nature Neuroscience (accepted). *co-firtst author

2. Lee CH, Park YK, Lee K. Recent strategies for neural dynamics observation at a larger scale and wider scope. Biosensors and Bioelectronics (2023).

3. Lee K, Claar LD, Hachisuka A, Bakhurin KI, Nguyen J, Trott JM, Gill JL, Masmanidis SC. Temporally restricted dopaminergic control of reward-conditioned movements. Nature Neuroscience (2020).

4. Lee K, Bakhurin KI, Claar LD, Holley SM, Chong NC, Cepeda C, Levine MS, Masmanidis SC. Gain multiplication by corticostriatal and thalamostriatal input signals during reward-conditioned behavior. Cell Reports (2019).

5. Li B*, Lee K*, Masmanidis SC, Li M. A nanofabricated optoelectronic probe for manipulating and recording neural dynamics. Journal of Neural Engineering (2018). *co-firtst author

6. Lee K, Holley SM, Shobe JL, Chong NC, Cepeda C, Levine MS, Masmanidis SC. Parvalbumin interneurons amplify striatal output and enhance performance during associative learning. Neuron (2017).