1. Optogenetic neuromodulation

We aim to modulate the central nervous system with optogenetic approaches that combines optics and genetics to control and monitor specific neurons in living brain. To apply this high resolution spatiotemporal technique to the problem of stroke recovery, we hypothesize that judicious modulation of specific population of CNS neurons can enhance recovery from sub-acute or chronic stroke by enhancing synaptic plasticity of the affected area.

광학과 유전학의 컨버젼스 기술인 광유전학적 방법으로 살아있는 뇌의 신경세포를 선택적으로 조종하거나 모니터하고자 한다. 중추신경계 신경세포를 정밀하고 적절하게 자극한다면 대상 영역의 뇌가소성을 증진시켜 중추신경계 급성 및 만성 뇌졸중으로부터의 재활을 증진한다는 가설을 통해 시공간 분해능이 좋은 이 기술을 뇌졸중 재활에 적용하기 위해 노력하고 있다.

2. Functional optical brain imaging of brain

(1) Optical intrinsic signal imaging (OISI)

Optical intrinsic signal – the relative optical reflection changes - of brain is closely related to the physiological parameters relevant to neural activities such as hemoglobin concentration, oxygenation changes, cytochrome oxidation change, light scattering. OISI provides high-resolution spatiotemporal, wide-area functional mapping of the cortex by employing appropriate sensory stimuli.

상대적인 빛의 반사율 변화를 나타내는 뇌의 고유 광학 신호는 세포의 팽창, 혈류의 변화 등으로 일어나는 혈색소 농도와 산소 포화도 변화, 사이토크롬 산화도 변화와 같이 신경세포의 활동과 밀접하게 연관되어 있다. 뇌고유광학신호법을 통해 높은 시공간 분해능으로 감각자극에 의해 일어나는 대뇌의 기능적 매핑이 가능하며 비침습적으로 뇌의 신경활동을 계속해서 관찰할 수 있다.

(2) Laser speckle contrast imaging (LSCI)

Laser speckle is a powerful tool to map the blood flow on the brain cortical surfaces based on the smearing of speckle patterns due to the motions of scatterers such as red blood cells. LSCI provides wide-field semiquantitative cerebral blood flow mapping in animal models with or without craniotomy preparation. We are currently working on improving the quantitation of LSCI information for in vivo functional imaging.

레이저 스펙클은 움직이는 산란 입자에 의한 간섭 무늬이다. 이러한 간섭광의 변화 패턴을 분석하여 2D cerebral blood flow 의 형태를 파악할 수 있다. 시스템 구축과 측정이 용이하며, 뛰어난 시공간 분해능으로 뇌 표면의 모세혈관 관찰에 적합하다. 본 연구팀은 LSCI를 발전시킴으로써 혈류를 더 정량적으로 관찰하고자 한다.