신경진동 기반 신경정신질환 치료연구

<신경동기화 연구>

독일 막스플랑크 연구소의 Wolf Singer 교수팀이 1989년 마취된 고양이의 1차시각피질에서 감마주파수 대역의 리듬신경동기화(rhythmic neuronal synchronization) 연구를 발표하였다. 이 기록은 단일시각자극에서 동일 영역내의 별도의 세포그룹의 진동동기화를 보여주었다. Wolf Singer 교수팀은 1997년 시각 피질에서 진동반응의 동기화가 지각과 상관 관계가 있다는 연구를 발표하였다. Wolf Singer 교수는 이 관찰에서 동시성이 서로 다른 뉴런 그룹을 일관된 어셈블리(Binding By Synchrony, BBS)로 결합하는 메커니즘이 있다는 가설을 제시하였다. 뉴런 동기화가 동일한 지각대상을 나타내는 뉴런을 결합하는 태그를 제공하고, 이 결합태그는 뉴런을 어셈블리에 연결하는 유연한 코드가 되어 주어진 뉴런 풀의 표현 능력을 크게 확대한다는 가설이다 신경동기화의 기능적 역할에 대한 또 다른 가설로 네덜란드 Radboud대 Pascal Fries 교수는 CTC(Communication Through Coherence) 가설을 제시하였다. CTC 가설은 두 뉴런그룹사이의 커뮤니케이션이 기계적으로 그들 사이의 일관성에 의존하고 일관성의 부재가 커뮤니케이션을 방해한다고 가정한다. CTC와 BBS 가설은 서로 완전히 호환되지만 명확하게 구별된다. BBS 가설은 주로 표현코드를 제시하는 반면, CTC 가설은 신경통신에 대한 신경진동의 기계적 결과를 고려한다.

2014년 MIT Susumu Tonegawa 교수팀은 마우스 모델에서 높은 감마 동기화가 공간작업기업의 성공적인 실행에 기여함을 보였다. 2017년 NYU György Buzsáki 교수팀은 학습후 수면중에 신피질과 해마사이의 신경동기화를 발견하고 이 신경동기화가 장기기억을 위한 메모리 전송에 필요하다는 가능성을 제시하였다. 2019년 NIH Kareem Zaghloul 박사팀은 기억 검색시 내측 측두엽(medial temporal lobe, MTL)과 측두엽 피질과의 신경동기화가 향상되는 것을 발견하고 이 동기화가 기억검색에 필요하다는 가능성을 제시하였다.

<신경정신질환과 두뇌 네트워크>

UCSF Lennart Mucke 교수팀은 2007년 알츠하이머병 마우스모델에서 비정상적인 흥분성 신경활동과 보상억제 메커니즘을 발견하고, 알츠하미머병에서 신경망 기능장애를 보고하였다. Lennart Mucke 교수팀은 알츠하이머병에서 전압게이트나트륨채널(voltage-gated sodium channel, VGSC) 서브유닛 Nav1.1.의 수준이 감소하여 신경동기화 및 기억에 장애가 발생한다는 것을 발표하였다. 마우스모델에서 Nav1.1 수준을 복원하면 감마진동이 증가하고 기억부족 및 조기 사망률이 감소하였다. 2010년 연세대 임창환 교수팀은 알츠하이머병 환자의 글로벌 동기화 지수(global synchronization index, GSI) 유의하게 낮았다는 것을 보고하였다. 2012년 스위스 로잔대 Maria G. Knyazeva 교수팀은 알츠하이머병 환자의 두뇌 네트워크의 동기화가 감소하는 것을 보고하였다.

<신경정신질환의 신경진동치료연구>

2016년 MIT Li-Huei Tsai 교수팀과 Ed Boyden 교수팀은 작동기억(working memory)의 형성, 주의력, 지각 등과 같은 뇌 기능에 관여하는 것으로 알려진 감마 리듬(40㎐)에 주목하고, 기억을 담당하는 해마 부위의 억제성 신경세포에 빛에 반응하는 단백질 ‘채널로돕신’을 발현시킨 뒤 40㎐의 빛으로 자극을 주자 뇌파에서 40㎐의 리듬이 증가하고, 아밀로이드 베타 단백질은 유의미하게 감소하는 것을 발견하였다. 2019년에는 외부 조명으로 40㎐의 뇌파 리듬을 주어도 같은 결과를 도출하였다. 이를 기반으로 신경진동의 AD 치료 가능성을 제시하였고, 코그니토 테라퓨틱스(Cognito Therapeutics)를 설립하여 신경진동 기반 AD 치료를 연구하고 있다.

캐나다 맥길대의 Sylvain Williams 교수팀도 광유전학적 감마자극으로 알츠하이머병 마우스 모델에서 기억장애를 치료한 연구결과를 2019년에 발표하였다. 아일랜드 국립 Galway대 Marggie Jones 연구팀에서는 사람을 대상으로 한 연구에서 40Hz빛 자극이 적어도 일부 건강한 사람에게 40Hz 동반 반응을 일으킬 수 있다는 초기 증거를 2019년에 발표하였다.

중국 CMU(Capital Medical University) Yi Tang 교수팀은 40Hz tACS 임상시험을 진행중이다.