행동신경과학
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1. 개요
행동신경과학은 18세기와 19세기에 다양한 과학적, 철학적 전통에서 시작된 학문 분야로, 뇌와 신경계가 행동에 미치는 영향을 연구한다. 르네 데카르트의 물리적 모델 제시와 윌리엄 제임스의 심리학 연구의 생물학적 기반 주장에서 기원하며, 신경해부학의 발전과 함께 과학으로서의 기반을 다졌다. 주요 연구 분야는 감각과 지각, 동기 행동, 운동 제어, 학습, 기억, 수면, 정서 등을 포함하며, 최근에는 언어, 추론, 의식과 같은 인지 기능 연구로 확장되었다. 연구 방법으로는 뇌 기능 조작, 신경 활동 측정, 유전학적 방법, 행동 측정 등이 사용되며, 임상 심리학 및 정신의학 분야의 질환 연구에도 기여한다.
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| 행동신경과학 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 분야 | 생물심리학, 신경과학 |
| 연구 대상 | 행동의 생물학적 및 신경 메커니즘 |
| 세부 정보 | |
| 관련 주제 | 정동 신경과학 행동 신경학 인지 신경과학 신경 정신의학 신경 심리학 사회 신경과학 |
2. 역사
행동신경과학은 18세기와 19세기에 다양한 과학적, 철학적 전통에서 등장했다. 르네 데카르트는 동물과 인간의 행동을 설명하기 위해 물리적 모델을 제시했고, 송과선이 마음과 몸의 접점이라고 제안했다. 또한 체액의 공압이 반사 및 기타 운동 행동을 설명할 수 있다는 이론을 제시했다.[5]
윌리엄 제임스는 ''심리학 원리''에서 심리학의 과학적 연구가 생물학에 대한 이해에 기반해야 한다고 주장했다.[6]
심리학과 행동신경과학은 신경해부학에서 해부학으로부터 생리학이 등장하면서 발전했다. 클로드 베르나르, 찰스 벨, 윌리엄 하비 등의 연구는 과학계가 살아있는 피험자로부터 신뢰할 수 있는 데이터를 얻을 수 있다는 것을 보여주었다.[7]
18세기 이전에도 행동신경과학은 기원전 1700년경으로 거슬러 올라간다.[8] 마음-몸 문제를 해결하려는 일원론과 이원론의 두 가지 주요 사상 학파가 있었으며, 플라톤과 아리스토텔레스는 이 논쟁에 참여한 대표적인 철학자들이다. 플라톤은 뇌가 모든 정신적 사고와 과정이 일어나는 곳이라고 믿었지만,[8] 아리스토텔레스는 뇌가 심장에서 파생된 감정을 식히는 역할을 한다고 믿었다.[5]
기능 전문화 대 동등성에 대한 논쟁은 행동신경과학 발달에 중요한 역할을 했다. 와일더 펜필드는 간질 환자를 연구하여 대뇌 피질의 지도를 개발했다.[5] 기능의 국소화 연구는 피니어스 게이지의 사례처럼 뇌의 특정 부분이 행동을 제어한다는 것을 이해하는 데 기여했다.
"심리생물학"이라는 용어는 행동, 신경, 세포 수준의 변화, 신경과학의 가소성, 생물학적 질병 등을 연구하는 학문인 생물학의 중요성을 강조하며, 1914년 나이트 던랩의 저서 ''심리생물학 개요''에서 현대적인 의미로 처음 사용되었다.[9]
신경과학은 비교적 새로운 학문으로, 1971년에 신경과학 학회의 첫 번째 회의가 열렸다. 1983년, 미국 심리학 협회에서 발행한 ''비교 및 생리 심리학 저널''은 ''행동신경과학''과 ''비교 심리학 저널''로 분리되었는데, 이는 행동신경과학이 생리 심리학의 보다 광범위한 현대적 발전이라는 것을 보여준다.[10]
2. 1. 한국에서의 발전
행동신경과학 실험의 특징은 실험의 독립 변수가 생물학적이거나, 일부 종속 변수가 생물학적이라는 점이다. 즉, 연구 대상인 유기체의 신경계가 영구적 또는 일시적으로 변경되거나, 신경계의 일부 측면이 측정된다(일반적으로 행동 변수와 관련됨).3. 주요 연구 분야
행동신경과학은 인간과 동물의 행동에 대한 생리적, 유전적, 환경적, 사회적 발달 메커니즘 연구에 생물학의 원리를 적용한다.[49] 신경심리학, 신경정신약물학, 건강심리학 뿐만 아니라 인지심리학, 행동주의 심리학, 임상심리학 등 다양한 심리학 분야에 중요한 자료를 제공한다.[49]
생물심리학은 생물학적 관점에서 심리 현상을 설명하는 학문으로, 좁은 의미에서는 생리심리학으로 정의되기도 한다. 넓은 의미에서는 신경행동학, 진화심리학과 관련이 있지만, 다른 종의 행동과 구조에서 발견된 원리를 인간 행동 설명에 확대 적용한다는 점에서 구별된다. 동물행동학 분야에서는 동물의 사회적 행동 연구가 사회생물학으로 발전했다. 사회생물학은 찰스 다윈의 진화론을 사회적 행동 연구에 적용하며, 이기적 유전자 개념을 통해 자연 선택의 개별적 성질을 보여주려 했다.[11]
행동신경과학 실험은 쥐, 생쥐, 원숭이와 같은 비인간 종을 대상으로 하는 경우가 많지만,[11] 인간을 대상으로 한 연구도 진행된다. 비교 심리학, 동물행동학, 진화 생물학, 신경생물학과 밀접하게 관련되어 있으며, 신경심리학과도 유사하다.[11]
행동신경과학자들은 일반적으로 다음과 같은 정신 과정을 다룬다.[42]
3. 1. 생리심리학 (Physiological Psychology)
생리 심리학은 생물 심리학[48](생물학적 심리학[11])으로도 알려져 있으며, 행동신경과학의 하위 분야이다.[11] 생리 심리학은 생리적 과정과 신경 과정에 토대를 두고 심리 현상을 기술하고 설명하려는 심리학 분야이다.3. 2. 인지신경과학 (Cognitive Neuroscience)
행동 신경과학은 기술이 정교해지고 인간에게 적용할 수 있는 비침습적 방법이 개발되면서 심리학, 철학, 언어학 등 다른 고전적인 주제 영역에도 기여하기 시작했다.[42] 여기에는 다음이 포함된다.
행동신경과학은 임상 심리학 및 생물학적 정신병리학(비정상 심리학) 영역에 속하는 의학적 질환에 대한 이해에도 크게 기여했다. 모든 정신 질환에 대한 동물 모델이 존재하는 것은 아니지만, 이 분야는 다음과 같은 다양한 질환에 대한 중요한 치료 데이터를 제공했다.[42]
| 질환 | 설명 |
|---|---|
| 파킨슨병 | 운동 능력과 언어 능력을 저하시키는 중추 신경계의 퇴행성 질환. |
| 헌팅턴병 | 비정상적인 신체 움직임과 조정 능력 부족이 나타나는 드문 유전 신경 질환. 정신 능력과 성격의 일부 측면에도 영향을 미친다. |
| 알츠하이머병 | 65세 이상에서 가장 흔하게 나타나는 신경 퇴행성 질환으로, 인지 기능의 점진적인 저하와 함께 일상생활 활동의 감소, 신경정신과적 증상 또는 행동 변화가 특징이다. |
| 우울증 | 지속적인 기분 저하, 평소 활동에 대한 흥미 상실, 즐거움을 느끼는 능력 감소가 특징인 흔한 정신 질환. |
| 조현병 | 현실 인식 또는 표현에 장애가 있는 정신 질환으로, 환청, 피해망상 또는 기괴한 망상, 심각한 사회적 또는 직업적 기능 장애의 맥락에서 나타나는 혼란스러운 언어와 사고로 나타난다. |
| 자폐증 | 사회적 상호 작용과 의사 소통을 손상시키고 제한적이고 반복적인 행동을 유발하는 뇌 발달 장애로, 모두 어린이가 세 살이 되기 전에 시작된다. |
| 불안 | 인지적, 신체적, 정서적, 행동적 구성 요소가 특징인 생리적 상태. 이러한 구성 요소가 결합되어 두려움, 불안 또는 걱정으로 인식되는 감정을 생성한다. |
| 약물 남용 | 알코올 중독을 포함한다. |
행동 신경 과학자들은 다양한 신경 영상 기술을 사용하여 다양한 인지 과정을 연구한다. 예를 들어 긍정적 감정(사색)과 부정적 감정(반추)을 지속적으로 처리하는 동안 주관적 감정과 신경 반응 간의 관계를 분석하여 감정적 정보 처리 중의 신경 상관 관계를 조사할 수 있다. 한 연구에서는 반복적인 긍정적 사고(유익한 것으로 간주됨)와 반복적인 부정적 사고(정신 건강 악화와 관련됨)가 유사한 근본적인 신경 메커니즘을 갖는지 분석했다. 연구자들은 사색 중에 더 강렬한 긍정적 감정을 느낀 개인이 반추 중에는 더 강렬한 부정적 감정을 느낀다는 것을 발견했다. fMRI 데이터는 반추와 사색 모두에서 뇌 영역의 유사한 활성화를 보여 두 유형의 반복적 사고 사이에 공유된 신경 메커니즘을 시사했다. 이는 긍정적 및 부정적 감정에 대한 반복적인 사고가 주관적 및 기계적으로 유사성을 가지며, 전반적으로 긍정적 및 부정적 정보를 모두 지속적으로 처리하는 공유된 신경 메커니즘을 시사한다.[43]
3. 3. 행동신경내분비학 (Behavioral Neuroendocrinology)
생물 심리학[48][46]으로도 알려진 '행동 신경과학'은 인간 및 다른 동물의 행동의 생리적, 유전적, 환경적, 사회적 발달 메커니즘 연구에 생물학의 원리를 적용하는 것을 말한다.[49]일반적으로 행동신경과학자들은 행동의 근본이 되는 다양한 신경 및 생물학적 과정을 연구하지만, 비인간 동물을 사용해야 한다는 제약이 있다.[42] 그 결과, 행동신경과학 분야의 대부분의 문헌은 다양한 동물 모델에서 공유되는 경험과 정신 과정을 다룬다.
그러나 기술이 점점 더 정교해지고 인간에게 적용할 수 있는 더 정확한 비침습적 방법이 개발되면서 행동신경과학자들은 심리학, 철학, 언어학의 다른 고전적인 주제 영역에도 기여하기 시작했다.
행동신경과학은 또한 임상 심리학 및 생물학적 정신병리학(비정상 심리학이라고도 함)의 영역에 속하는 의학적 질환에 대한 이해에 크게 기여해 왔다. 모든 정신 질환에 대한 동물 모델이 존재하는 것은 아니지만, 이 분야는 다양한 질환에 대한 중요한 치료 데이터를 제공했다.
- 파킨슨병, 운동 능력과 언어 능력을 저하시키는 중추 신경계의 퇴행성 질환.
- 헌팅턴병, 가장 명백한 증상으로 비정상적인 신체 움직임과 조정 능력 부족이 나타나는 드문 유전 신경 질환. 또한 여러 가지 정신 능력과 성격의 일부 측면에 영향을 미친다.
- 알츠하이머병, 65세 이상에서 가장 흔하게 나타나는 신경 퇴행성 질환으로, 인지 기능의 점진적인 저하와 함께 일상생활 활동의 감소, 신경정신과적 증상 또는 행동 변화가 특징이다.
- 우울증, 지속적인 기분 저하, 평소 활동에 대한 흥미 상실, 즐거움을 느끼는 능력 감소가 특징인 흔한 정신 질환.
- 조현병, 현실의 인식 또는 표현에 장애가 있는 정신 질환을 설명하는 정신 의학적 진단으로, 가장 흔하게는 환청, 피해망상 또는 기괴한 망상, 또는 심각한 사회적 또는 직업적 기능 장애의 맥락에서 나타나는 혼란스러운 언어와 사고로 나타난다.
- 자폐증, 사회적 상호 작용과 의사 소통을 손상시키고 제한적이고 반복적인 행동을 유발하는 뇌 발달 장애로, 모두 어린이가 세 살이 되기 전에 시작된다.
- 불안, 인지적, 신체적, 정서적, 행동적 구성 요소가 특징인 생리적 상태. 이러한 구성 요소가 결합되어 일반적으로 두려움, 불안 또는 걱정으로 인식되는 감정을 생성한다.
- 약물 남용, 알코올 중독을 포함한다.
행동신경과학 분야의 연구는 스트레스와 같은 다양한 감정적 과정의 복잡한 신경해부학을 살펴보는 것을 포함한다.
3. 4. 신경심리학 (Neuropsychology)
생물심리학[48][46]으로도 알려진 행동신경과학은 신경심리학 등 심리학의 과학적 기반에 중요한 자료를 제공한다.[49]3. 5. 정신약물학 (Psychopharmacology)
정신약물학은 생물학적 리듬에 안정감을 제공하기 위한 역할, 한계, 지원 여부 등을 전략적이고 윤리적으로 검토할 수 있는 정보를 제공한다.[49]3. 6. 진화심리학 (Evolutionary Psychology)
넓은 의미에서 행동신경과학은 인간 행동의 진화 과정을 탐구한다는 점에서 신경행동학, 진화심리학 등과 관련이 있다. 그러나 이 분야에서는 다른 종들의 행동과 구조에 반영된 적응적 기능을 연구하고, 그 원리를 인간 행동 설명에 확대 적용하려는 노력을 한다는 점에서 구별된다. 또한 동물행동학 분야 내에서 동물의 사회적 행동에 대한 연구는 사회생물학으로 발전하였다. 사회생물학은 찰스 다윈의 원리들을 사회적 행동, 그 중에서도 특히 종특이성행동(Species specific behavior) 및 상호이타주의(Reciprocal altruism) 행동 등의 연구에 적용하고 있다. 한편, 이 분야에서는 '이기적 유전자'라는 개념이 언급된 바 있다. 이를 통해 자연 도태의 개별적인 성질을 가장 명백하게 보여주려고 시도한 바 있다.[11]3. 7. 사회생물학 (Sociobiology)
넓은 의미에서 행동신경과학은 인간 행동의 진화 과정을 탐구한다는 점에서 신경행동학, 진화심리학 등과 관련이 있다. 그러나 이 분야에서는 다른 종들의 행동과 구조에 반영된 적응적 기능을 연구하고, 그 원리를 인간 행동 설명에 확대 적용하려는 노력을 한다는 점에서 구별된다. 또한 동물 생물학, 동물행동학(ethology) 분야 내에서 동물의 사회적 행동에 대한 연구는 사회생물학으로 발전하였다. 사회생물학은 찰스 다윈의 원리들을 사회적 행동, 그 중에서도 특히 종특이성행동(Species specific behavior) 및 상호이타주의(Reciprocal altruism) 행동 등의 연구에 적용하고 있다. 한편 이 분야에서는 '이기적 유전자'라는 개념이 언급된 바 있다. 이를 통해 자연도태의 개별적인 성질을 가장 명백하게 보여주려고 시도하였다. 이들의 관점에 따르면 모든 동물의 궁극적인 전략은 다음 세대에 자신 또는 자신이 속한 종의 유전자의 행동방식은 환경이 허락하는 한 되도록 많이 퍼뜨리기 위해 끊임없이 진화해왔다는 것이다. 그러나 아직 생물심리학의 주된 원리들은 이러한 시각에서 추가적으로 고려해야 할 여지가 적지 않다.4. 연구 방법
행동신경과학 실험에서는 독립 변수가 생물학적이거나, 종속 변수가 생물학적인 경우가 많다. 즉, 연구 대상인 유기체의 신경계를 영구적 또는 일시적으로 변경하거나, 신경계의 일부를 측정하며, 이는 대개 행동 변수와 관련된다.
크게 신경 기능 조작과 신경 활동 측정으로 연구 방법을 나눌 수 있다.
- '''신경 기능 조작'''
- '''병변''': 뇌의 특정 영역을 파괴하여 그 영향을 관찰한다. 세부 방법으로는 수술적 병변, 전해질 병변, 화학적 병변, 일시적 병변 등이 있다.
- '''경두개 자기 자극''': 두피에 자기 코일을 적용, 피질 뉴런의 전기적 활동을 유발하거나 억제한다.
- '''합성 리간드 주입''': 특정 합성 리간드에만 반응하는 수용체를 통해 G 단백질 신호 전달을 제어한다.
- '''광유전학''': 빛을 이용하여 특정 뉴런의 활성/억제를 조절한다.
- '''전기 자극''': 소량의 전류로 신경 활동을 조절한다.
- '''정신약리학적 조작''': 화학적 수용체 길항제를 이용하여 신경전달을 방해한다.
- '''신경 활동 측정'''
- '''광학 기술''': 전압 감지 염료(VSD), 칼슘 영상, 시냅토-pHluorin 등을 활용, 신경 활동을 측정한다.
- '''전기생리학적 방법''': 단일 단위 기록, 다중 전극 기록 등으로 뉴런의 전기적 활동을 측정한다.
- '''뇌 영상 기술''': 기능적 자기 공명 영상(fMRI), 양전자 방출 단층 촬영(PET), 뇌파검사(EEG), 뇌자도(MEG) 등을 통해 뇌 활동을 측정한다.
- '''기능적 신경 해부학''': 특정 해부학적 표지 발현을 통해 신경 활동을 파악한다.
이 외에도 유전학적 방법, 정신약리학적 조작, 행동 측정, 계산 모델 등 다양한 연구 방법이 활용된다.
4. 1. 신경 기능 조작
행동신경과학 실험에서는 신경계를 영구적 또는 일시적으로 변경하거나, 신경계의 일부를 측정한다.- '''병변''' – 뇌 영역을 파괴하여 변화를 관찰하는 방법이다.
- '''수술적''' 병변 – 신경 조직을 외과적으로 제거한다.
- '''전해질''' 병변 – 전기 충격으로 신경 조직을 파괴한다.
- '''화학적''' 병변 – 신경독소를 주입하여 신경 조직을 파괴한다.
- '''일시적''' 병변 – 냉각 또는 마취제를 사용하여 신경 조직을 일시적으로 비활성화한다.
- 경두개 자기 자극 – 두피에 자기 코일을 적용하여 피질 뉴런의 전기적 활동을 유발한다.
- 합성 리간드 주입 – 합성 리간드(RASSL)에 의해서만 활성화되는 수용체 또는 설계 약물에 의해 독점적으로 활성화되는 설계 수용체(DREADD)를 통해 G 단백질 신호 전달을 제어한다. 이는 클로자핀 N-옥사이드(CNO)와 같은 합성 리간드에만 반응하고 자연 리간드에는 반응하지 않도록 설계된 G 단백질 연결 수용체(GPCR)를 활용한다. RASSL은 화학유전학 도구이며, 활성화 시 G 단백질 활성화를 통해 신경 기능을 감소시킬 수 있다.[12]
- 광유전학적 억제 – 빛 활성 억제 단백질을 발현시켜 빛 자극으로 뉴런 억제를 유도한다.[13][14] 세균 할로로돕신 또는 양성자 펌프는 억제성 광유전학에 사용되는 단백질로, 세포 내 할로겐화물() 또는 양성자 농도를 조절하여 억제를 달성한다.[15][16]
- 전기 자극 – 소량의 전류를 가하여 신경 활동을 향상시킨다.
- '''정신약리학적''' 조작 – 화학적 수용체 길항제는 신경전달을 방해하여 신경 활동을 유도한다. 길항제는 전신 또는 국소적으로 투여할 수 있다. 예를 들어, NMDA 길항제 AP5는 장기 기억 증강을 억제한다.[17]
- 합성 리간드 주입 – Gq-DREADD는 뇌 영역의 신경 지배를 통해 세포 기능을 조절할 수 있다. 이는 γ-리듬 증폭을 통해 운동 활동을 증가시킨다.[18]
- 경두개 자기 자극 – 운동 피질 연구 등에서 자극 효과를 갖는 것으로 분석될 수 있다.
- 광유전학적 흥분 – 빛 활성화 흥분성 단백질을 발현시킨다. 채널로돕신-2(ChR2)는 빛에 반응하여 뉴런을 흥분시키는 박테리아 옵신이다.[19]
4. 2. 신경 활동 측정
행동신경과학 실험에서는 실험의 독립 변수가 생물학적이거나, 일부 종속 변수가 생물학적이다. 즉, 연구 대상인 유기체의 신경계가 영구적 또는 일시적으로 변경되거나, 신경계의 일부 측면이 측정된다. 신경 활동을 측정하는 방법은 다음과 같다.- '''전기 자극''': 소량의 전류를 가하여 신경 활동을 향상시키는 고전적인 방법이다.
- '''정신약리학적 조작''': 화학적 수용체 길항제는 신경전달을 방해하여 신경 활동을 유도한다. 예를 들어, NMDA 길항제 AP5는 장기 기억 증강을 억제하여 학습과 기억에 영향을 미친다.[17]
- '''합성 리간드 주입''': Gq-DREADD는 뇌 영역의 신경 지배를 통해 세포 기능을 조절한다. 이는 γ-리듬을 증폭시켜 운동 활동을 증가시킨다.[18]
- '''경두개 자기 자극''': 운동 피질 연구에서 자극 효과를 갖는 것으로 분석될 수 있다.
- '''광유전학적 흥분''': 빛 활성화 흥분성 단백질을 이용하여 특정 세포를 활성화시킨다. 빛에 반응하는 양이온 채널인 채널로돕신-2(ChR2) 등이 사용된다.[19][20]
- '''광학 기술''':
- '''전압 감지 염료(VSD)''': 뉴런의 막 전압 변화에 따라 형광 특성이 변하는 염료를 이용하여 뉴런 활동을 광학적으로 감지한다.[21] 유전자적으로 암호화된 전압 감지 형광 단백질도 개발되었다.[22]
- '''칼슘 영상''': 활동 전위 동안 칼슘에 결합하면 형광을 내는 염료나 단백질을 이용한다.[23][24]
- '''시냅토-pHluorin''': 시냅스 소포 막 단백질과 pH 감지 형광 단백질을 결합한 융합 단백질을 이용한다. 시냅스 소포 방출 시 형광 변화를 측정한다.[25]
- '''단일 단위 기록''': 전극을 뇌에 삽입하여 전극 팁 주변 뉴런의 전기적 활동을 감지한다.[26]
- '''다중 전극 기록''': 미세한 전극 묶음을 사용하여 수백 개의 뉴런 활동을 동시에 기록한다.
- '''기능적 자기 공명 영상(fMRI)''': 뇌 혈류 변화를 감지하여 뇌 영역의 상대적인 활동을 나타낸다.
- '''뇌파검사(EEG)''': 두피 전극을 통해 피질 뉴런의 평균 활동을 모니터링한다. 정신 질환, 수면 장애 연구 등에 사용된다.[28]
- '''기능적 신경 해부학''': 골상학의 복잡한 형태로, 특정 해부학적 표지 발현을 통해 신경 활동을 반영한다. 예를 들어, 즉시 초기 유전자 발현이나 2-데옥시글루코스 주사 후 해부학적 국소화를 통해 전기적 활성 뉴런을 확인한다.
- '''뇌자도(MEG)''': 전자기 활동 측정을 통해 뇌 기능을 실시간으로, 밀리미터 공간 정확도로 식별한다.
행동 신경 과학자들은 다양한 신경 영상 기술을 사용하여 인지 과정을 연구한다. 예를 들어, 긍정적/부정적 감정 처리 동안의 신경 상관 관계를 fMRI로 분석하여, 반복적인 사고가 주관적 및 기계적으로 유사한 신경 메커니즘을 공유함을 밝혀냈다.[43]
4. 3. 유전학적 방법
정신약리학적 조작은 화학적 수용체 길항제를 사용하여 신경전달을 방해하고 신경 활동을 유도하는 방법이다. 길항제는 전신(예: 정맥 주사) 또는 특정 뇌 구조에 국소적(뇌내)으로 투여할 수 있다. 예를 들어, NMDA 길항제 AP5는 흥분성 시냅스 전달의 장기 기억 증강 개시를 억제하여 학습과 기억에 중요한 메커니즘을 차단한다.[17] 합성 리간드 주입, 특히 Gq-DREADD는 뇌 영역의 신경 지배를 통해 세포 기능을 조절하는 데 사용될 수 있으며, 운동 활동을 증가시키는 γ-리듬 증폭을 유발한다.[18]경두개 자기 자극은 경우에 따라(예: 운동 피질 연구) 자극 효과를 갖는 것으로 분석될 수 있다. 광유전학적 흥분은 빛 활성화 흥분성 단백질을 선택된 세포에서 발현시키는 방법이다. 빛 활성화 양이온 채널인 채널로돕신-2(ChR2)는 빛에 반응하여 뉴런을 흥분시키는 최초의 박테리아 옵신으로 밝혀졌으며,[19] 이후 ChR2를 개선하고 새로운 특성을 부여하는 다양한 도구가 개발되었다.[20]
QTL 매핑은 일부 행동에 미치는 유전자의 영향을 통계적으로 추론하는 방법으로, 주로 생쥐의 근교계통을 연구하여 이루어진다. 최근 여러 종, 특히 생쥐의 게놈 서열 분석은 이 기술을 발전시켰다. 선택적 교배는 생물체(주로 생쥐)를 근교 계통 간에 선택적으로 교배하여 재조합 동계 계통을 만드는 방법으로, 특정 DNA 부분의 역할을 더 명확하게 추론할 수 있게 한다. 유전 공학을 통해서는 게놈을 실험적으로 조작할 수 있다. 예를 들어, 녹아웃 마우스를 만들거나, 특정 유전자를 발현시키거나(‘형질전환’), 조절 화학 물질을 주입하여 유전자 발현을 조절할 수 있다.
4. 4. 행동 측정
행동신경과학 실험의 특징은 실험의 독립 변수가 생물학적이거나, 일부 종속 변수가 생물학적이라는 점이다. 즉, 연구 대상인 유기체의 신경계가 영구적 또는 일시적으로 변경되거나, 신경계의 일부 측면이 측정된다(일반적으로 행동 변수와 관련됨).
마커 없는 포즈 추정 – 최근 몇 년 동안 컴퓨터 비전 기술의 발전으로 대상에 물리적 마커를 부착할 필요 없이 동물의 움직임을 정밀하게 정량화할 수 있게 되었다. 행동 분석에서 캡처된 고속 비디오에서 프레임별로 피사체의 주요 지점을 추출할 수 있으며,[30] 이는 종종 신경 기록/조작과 함께 분석하는 데 유용하다. 특정 행동의 다른 단계(짧은 시간 척도) 내에서[31] 또는 동물의 행동 레퍼토리 전체(더 긴 시간 척도)에서 주요 지점(즉, 동물의 일부)이 어떻게 움직이는지에 대한 분석을 수행할 수 있다.[32] 이러한 주요 지점의 변화는 신경 활동의 해당 변화와 비교할 수 있다. 기계 학습 접근 방식을 사용하여 특정 행동(예: 앞으로 걷기, 회전, 그루밍, 구애 등)을 식별하고 행동 간의 전환 역학을 정량화할 수도 있다.[33][34][35][36]
4. 5. 기타 연구 방법
행동신경과학 실험의 특징은 실험의 독립 변수가 생물학적이거나, 일부 종속 변수가 생물학적이라는 점이다. 즉, 연구 대상인 유기체의 신경계가 영구적 또는 일시적으로 변경되거나, 신경계의 일부 측면이 측정된다(일반적으로 행동 변수와 관련됨).계산 모델은 컴퓨터를 사용하여 현실 세계의 문제를 공식화하여 해결책을 개발하는 방법이다.[37] 이 방법은 종종 컴퓨터 과학에 초점을 맞추지만, 다른 연구 분야로 확산되기 시작했다. 예를 들어, 심리학이 이러한 분야 중 하나이다. 계산 모델은 심리학 연구자들이 신경계의 기능과 발달에 대한 이해를 높이는 데 도움을 준다. 방법의 예로는 뉴런, 네트워크 및 뇌 시스템의 모델링과 이론적 분석이 있다.[38] 계산 방법은 실험 명확화, 가설 검증, 새로운 통찰력 생성 등 다양한 역할을 한다. 이러한 기술은 생물 심리학의 발전에 점점 더 중요한 역할을 하고 있다.[39]
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