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빅데이터를 통해 고전음악 창작의 원리 밝혀
박 주 용 교수
우리 대학 문화기술대학원(CT) 박주용 교수 연구팀이 빅데이터를 이용해 서양 고전음악의 창작, 협력, 확산의 원리를 밝히는 데 성공했다.
문화기술대학원 박도흠 학생(박사과정)이 1 저자로 참여하고 미국 텍사스대 연구팀과 공동으로 진행한 이번 연구는 해외 저널인 EPJ 데이터 사이언스 4월 29일자 하이라이트 논문에 선정됐다.
연구팀은 ArkivMusic과 올 뮤직 가이드(All Music Guide)라는 세계 최대 음반 정보 사이트를 첨단 데이터와 모델링 방법을 사용해 분석했다.
연구팀은 고전음악 작곡가들의 시대와 스타일이 어떤 패턴을 이루는지 탐구해, 수 백 년의 차이가 있는 음악가들 사이에서도 긴밀한 네트워크가 존재함을 발견했다. 특히 소비자들의 음악적 취향이 고전음악 성장에 어떤 영향을 끼쳤는지 규명했다.
연구진은 미래의 고전음악 시장은 유명 작곡가들에게 집중되는 동시에 끊임없이 유입되는 새로운 음악가들로 인해 다양성이 유지되는 양면성을 갖게 될 것이라고 예측했다. 또한 이런 방식의 연구가 음악 뿐 아니라 미술과 문학 연구까지 확장될 것으로 예상했다.
박 교수는 “새로운 방식으로 문화의 원리를 밝히는 최신 연구의 일환이다”며 “문화에 과학적 방법론을 입힌 융합연구능력의 좋은 예시가 될 것”이라고 말했다.
붙임 : 연구 개요, 그림 설명
□ 연구 개요
* 빅데이터 출처: 아카이브뮤직(ArkivMusic)과 올 뮤직 가이드(All Music Guide)라는 빅데이터 소스를 사용했다. 아카이브뮤직은 서양 클래식 음반(CD)에 관한 세계 최대 정보를 제공하고 올 뮤직 가이드는 음악가들의 인적 정보를 제공하는 사이트이다. 여기서 약 64,000장의 클래식 음반과 그 음반에 음악이 수록된 14,000명의 작곡가 데이터를 사용했고, 이는 현재 ‘문화’의 빅데이터 연구로서는 세계 최대급 규모이다.
* 연구방법론: 서양 클래식 음악과 같은 문화의 중요한 특징 중의 하나는 그 창작자(작곡가 등)가 개인으로 동떨어져 존재하는 것이 아니라 다른 창작자들과 영향을 주고받으며 새로운 스타일이 등장하고 발전 한다는 것이다. 그러므로 창작자들이 맺고 있는 소통 및 연관성의 관계를 이해하는 것은 문화 창조의 원리, 역사와 미래를 이해하는 데 있어 매우 중요하다고 할 수 있다. 이를 위해 “CD--작곡가들의 빅데이터”로부터 작곡자들이 이루고 네트워크를 연구하였다. (그림 1) 즉, CD에 함께 등재된 작곡가들이 연결돼있는 것이다. 그림 1은 이 네트워크의 핵심적인 일부를 표현한 것으로 하단의 요한 세바스찬 바흐는 모차르트와, 차이코프스키는 드뷔시와 함께 CD에 등장한 적이 있음을 알게 해준다. 이러한 네트워크로부터 유의미한 패턴을 찾아 네트워크의 발전 원리와 미래를 연구하는 것을 네트워크 과학이라고 하는데, 현재 SNS와 사회과학, 인터넷 등의 연구에 사용되고 있다. ‘복잡계 네트워크 과학’ 이라고도 한다.
* 연구결과:
이 네트워크는 중세/르네상스(1500년대 이전) 작곡자로부터 2000년대 현존하는 작곡자까지 500년이 넘는 서양 클래식 음악의 역사를 담고 있으면서도, 작곡자와 작곡자간의 평균 거리는 3.5명에 불과한 좁은 세상을 이루고 있다. 직접 연결되지 않는 작곡가들끼리도 평균적으로 3-4명만 건너뛰면 연결이 돼 서로 가깝게 연관되어 있다는 것을 알 수 있다.
이 네트워크 안에서 각 작곡가들이 차지하는 비중은 작곡가에 따라 매우 상이하다는 것도 중요한 특징이다. 예를 들어, 요한 세바스찬 바흐는 (J. S. Bach) 이 1,551명의 각기 다른 작곡가와 연결돼있고, 모차르트는 (W. A. Mozart) 1086명의 다른 작곡가와 연결돼있는데 이는 작곡가 전체 평균 숫자인 15명의 수십, 수 백 배에 달한다. 바흐와 베토벤 같은 유명 작곡가들이 전체 작곡가 네트워크에서 얼마나 큰 비중을 차지하는지 수치적으로 명확히 보여줌으로써 영향력을 구체적으로 이해할 수 있는 것이다. (그림 1에서 작곡자들의 크기로 표현)
이 네트워크에서 연결되어있다는 것은 음반 레이블에서 CD를 발매할 때 함께 묶어서 냈다는 뜻이므로 스타일, 주제, 기법 등에 기반한 음악적 유사성을 뜻하는 것으로 볼 수 있다. 컴퓨터 알고리즘을 이용해 순전히 네트워크 구조로부터 서로 긴밀하게 연결된 작곡가들의 집단을 유추한 뒤 기존 클래식 음악사 연구에서 사용되는 사조 구분과 교차 검증을 햇다. (그림 2). 여기에서는 CD 빅데이터에 기반한 네트워크가 서양 클래식 음악의 발전사를 잘 보여주고 있다는 것을 알 수 있는데, 낭만파(1800년대)와 현대파(1900년대)를 잇는 프랑스의 작곡가 드뷔시(Debussy)의 중간적인 위치, 현대파의 유럽 및 남미파(드뷔시, 라벨, 피아졸라)-미국파(레너드 번스틴, 애론 코플랜드) 분리 등을 관찰할 수가 있다.
CD의 발매일자에 따른 네트워크의 과거 발전 모습을 분석함으로써 미래의 추세 또한 예측 가능하다. 미래의 네트워크는 유명 작곡가들에게 상대적으로 더욱 더 집중되는 모습을 가질 것으로 예상된다. 그러나 기술의 발전에 따른 CD 발매의 용이성에 힘입어 작곡가의 숫자 또한 꾸준히 늘어나는 것으로 관찰돼, 소수에 집중되는 측면과 다양성의 양면을 지닐 것으로 예상된다.
* 의의: 창작자가 서로 깊게 연관되어있는 문화의 발전 원리는 그 분야의 구성원 전체를 동시에 보는 것이 필요하므로, 이와 같은 빅데이터의 연구로 풀어내기에 매우 적합하다. 또한 다른 문화 분야 (회화, 문학 등) 로의 확장도 가능해 문화 분야 간 연관성 혹은 문화 전체의 발전의 원리를 연구할 수도 있을 것이다.
□ 그림 설명
그림 1. CD-작곡가들의 빅데이터
그림 2. 빅데이터와 사조구분 방법으로 교차 검증한 모식도
2015.05.06 조회수 13848 -
KAIST-네이버, 컴퓨터 사이언스 및 공학 인재양성 협약
우리 대학과 네이버(주)는 17일(금) 오후 2시 본교 전산학부 교수 회의실에서 ‘컴퓨터 사이언스 및 관련 공학 분야의 인재 양성’을 위한 산학협력 협약을 체결했다.
협약식에는 배두환 KAIST 전산학부장, 박종목 네이버 대외기술협력 총괄 이사 등 양 기관 관계자 10여 명이 참석했다.
이번 협약은 컴퓨터 사이언스 및 관련 공학 분야의 인재양성을 위한 연구 ․ 교육 ․ 창업 등의 분야에서 양 기관의 상호 협력을 위해 마련됐다.
세부적으로 △ 중장기 연구 협력 △ 신진 교수 지원 △ 대학원생 및 학부생 장학금 지원 △ 산학연계 강의 △ 연구실 연계 창업 지원 △ 연구 교류회의 운영 등의 분야에서 협력하기로 했다.이를 위해 양 기관은 의사결정 권한이 있는 자가 참여하는‘운영위원회’를 설치해 세부 사항을 논의하기로 했다.
2015.04.17 조회수 8023 -
신경세포 전달 후 분해 원리 30년 만에 규명
윤태영 교수
2013년도의 노벨 생리의학상은 제임스 로스먼, 랜디 셰크먼, 토마스 쥐트호프에게 돌아갔다. 그들은 신경전달물질, 호르몬 등의 주요 물질이 자루 모양의 지질막인 소포(vesicles)에 담겨 택배처럼 전달되는 과정을 발생시키는 단백질을 발견한 공로를 인정받았다.
수상자들은 소포의 막을 열어 세포막과 융합해 물질을 분출하는 방식으로 에너지를 전달하는 역할인 스네어(SNARE)라는 단백질과, 물질을 분출한 후의 스네어 단백질 재활용을 위해 기능하는 NSF라는 단백질을 발견했다.
우리에게 잘 알려진 보톡스도 스네어 단백질의 작용 과정을 역으로 이용한 것이다. 보톡스가 스네어를 절단해 소포가 세포막과 융합하지 못하게 만들어 신경전달물질의 방출을 막고, 그로인해 근육의 수축을 방해하는 것이다.
이런 운송 업무가 있기 때문에 우리 세포는 신체 곳곳에 단백질과 같은 물질이 공급돼 정상적인 기능을 할 수 있다.
우리 대학 물리학과 윤태영 교수 연구팀은 그간 명확하지 않았던 NSF가 스네어 결합체를 분해해 세포수송을 지속시키는 원리를 규명했다고 밝혔다.
이번 연구 결과는 저명 학술지 사이언스지 3월 27일자에 게재됐다.
NSF와 스네어 단백질은 30여 년 전에 발견됐지만 각각의 물질이 작용하는 방식은 명확히 규명되지 않았다. 특히 세포막과 결합한 스네어 결합체를 NSF가 어떤 방법으로 분해해 재활용하는지에 대해선 의견이 분분했다.
지금까지 과학자들은 NSF가 스네어 결합체를 분해할 때 끈을 조금씩 푸는 것처럼 점진적인 과정을 통해 분해가 이뤄지고, 하나의 스네어 결합체를 분해하는 데 ATP라는 연료 역할을 하는 유기화합물 수십 개가 필요하다는 가설을 주장했다.
하지만 윤 교수팀의 연구는 단분자 형광 기법과 자기집게 기술(magnetic tweezers)을 사용해 가설을 반박했다. 마치 매듭의 양 끝을 잡고 당기면 한 번에 풀리듯, ATP를 주입하면 NSF가 스프링처럼 에너지를 저장했다가 스네어 결합체 전체를 단번에 폭발적으로 풀어냄을 증명한 것이다.
이번에 규명된 NSF는 근육의 이동, 단백질 분해, DNA의 복제 및 이동 등 신체에서 중요한 역할을 하는 AAA+ 단백질 그룹에 속해있다. 따라서 NSF와 비슷한 구조의 AAA+ 단백질 그룹은 함께 동작할 것으로 예상되며, 앞으로 많은 생물 현상 이해의 주춧돌이 될 것으로 보인다.
스네어 단백질은 신경세포 통신과 인슐린 분비 등에 중추적 역할을 하고 있어 윤 교수팀의 성과는 알츠하이머와 같은 퇴행성 뇌질환, 당뇨병과 같은 대사질환 관련 연구 뿐 아니라 피부미용 연구에도 이바지 할 것으로 기대된다.
윤 교수는 “생물 물리 분야에서 우리나라가 최고수준의 기초과학 연구력을 보유하고 있음을 증명했다”며 “이번 연구결과는 여러 대사질환을 분자수준에서 이해할 수 있는 토대가 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 고등과학원의 현창봉 교수팀, 독일 막스 플랑크 연구소 라인하르트 얀(Reinhard Jahn) 교수팀, 우리 대학 의과학대학원 김호민 교수팀과의 공동 연구로 진행됐으며, 윤 교수 연구팀의 류제경, 민두영 박사, 나상현 학생의 주도로 이뤄졌다.
□ 그림 설명
그림 1. 신경전달물질의 분비가 끝난 후 NSF가 SNARE 단백질 복합체를 한 번에 분해하는 모습
그림 2. NSF 가 SNARE 복합체를 풀어내는 모습
2015.03.27 조회수 12862 -
활성산소에 대한 세포반응 원리 규명 - 암과 노화 극복의 실마리 제공
우리 학교 연구진이 활성산소* 농도에 따라 세포의 운명이 어떻게 달라지는지 그 원리를 규명해냈다. 활성산소는 세포의 성장을 돕는 한편 세포손상을 일으켜 노화 등을 촉진하는 것으로 알려져 있었다. 이처럼 세포를 죽게도 하고 살리기도 하는 활성산소의 상반된 역할을 설명할 수 있는 실마리가 찾아진 것이다. * 활성산소(ROS) : 인체 대사활동에 의해 발생되는 산소 부산물로 세포의 성장과 분화를 돕고 염증을 억제하는 유익한 기능을 하는 한편 세포손상을 유발하여 암, 당뇨 등 여러 질병을 일으키고, 노화를 촉진시키는 것으로 알려져 있다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 석좌교수(교신저자)가 주도하고 이호성 박사과정 연구원(제1저자), 황채영 박사(공동 제1저자), 신성영 박사가 참여하였으며, 한국생명공학연구원 권기선 박사(교신저자)가 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약)과 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 수행되었고 연구결과는 사이언스(Science) 자매지인 사이언스 시그널링(Science Signaling)지 6월 3일자에 게재되었다. * 논문명 : MLK3 is part of a feedback mechanism that regulates different cellular responses to reactive oxygen species
연구팀은 활성산소의 농도에 따라 세포의 증식 또는 세포의 사멸이라는 운명을 가르는 분자스위치가 MLK3* 중심의 피드백회로임을 알아냈다. * MLK3 : 루신-지퍼 구조의 인산화효소로 세포 사멸에 관여하는 단백질이다.
적절한 스트레스가 주어지는 환경에서는 세포가 분열하도록 신호를 보내는 반면 과도한 스트레스 상황에서는 오히려 세포분열을 멈추고 세포가 죽도록 유도하는 결정적 단백질회로가 밝혀짐에 따라 향후 활성산소와 관련된 인체질환 연구의 실마리가 될 것으로 기대된다.
연구팀은 활성산소 농도가 낮을 때는 세포증식에 관여하는 ERK* 단백질이 활성화되는 반면 활성산소 농도가 높아지면 세포사멸에 관여하는 JNK** 단백질이 활성화 되는 것을 알아냈다.
* ERK(Extracellular signal-regulated kinases) : 세포의 생존 및 증식에 관여하는 대표적인 신호전달 분자 ** JNK(c-Jun N-terminal kinases) : 세포의 스트레스 반응 및 사멸에 관여하는 대표적인 신호전달 분자
나아가 수학모델링과 컴퓨터시뮬레이션 분석, 그리고 분자세포생물학 실험을 융합한 시스템생물학 연구를 통해 MLK3 중심의 피드백회로가 활성산소에 대한 ERK와 JNK 경로 간의 신호흐름 균형을 조절하여 세포 반응을 결정하는 핵심적인 분자스위치임을 밝혀내었다.
조 교수는 “IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학 연구를 통해 수수께끼로 남아있던 활성산소에 대한 상반된 세포반응의 원리를 규명한 것으로 향후 활성산소로 인한 노화나 암을 극복하기 위한 연구에 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
연구 개요도. (A, B) 낮은 농도의 활성산소에 대해서는 세포 증식에 관여하는 단백질인 ERK가 높은 활성도를 보이는 반면, 높은 농도의 활성산소에 대해서는 세포 사멸에 관여하는 단백질인 JNK가 높은 활성도를 보인다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 이 실험 결과는 ERK와 JNK가 활성산소의 농도에 따른 상반된 세포 반응을 유발할 수 있음을 시사한다. (C) 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석을 통해 MLK3을 매개하는 양성피드백 회로와 MKPs를 통한 ERK와 JNK 간 상호소통이 활성산소의 농도에 따른 ERK와 JNK의 상반된 활성화를 일으키는 핵심회로임을 밝혀내었다. (D) MLK3을 매개하는 양성피드백회로는 활성산소에 대한 ERK와 JNK 경로 간의 신호흐름 균형을 조절하여 세포 반응을 결정하는 분자스위치 역할을 한다.
2014.06.09 조회수 17648 -
최명철 교수팀 연구 성과, 사이언스지 퍼스펙티브에 소개
우리 학교 바이오및뇌공학과 최명철 교수팀이 최근 발표한 ‘마이크로튜불의 새로운 구조’에 관한 논문이 과학 분야 가장 권위 있는 학술지인 사이언스(Science) 퍼스펙티브(Perspective)에 지난달 28일 소개됐다.
퍼스펙티브는 전 세계의 학술지 중 가장 영향력 있는 논문을 선정해 재조명하는 섹션이다.
KAIST 송채연 박사와 최명철 교수, 미국 UC Santa Barbara의 Safinya교수와 Wilson교수, 이스라엘 Hebrew University의 Raviv교수로 구성된 국제 공동연구팀은 가속기 엑스선 산란장치(synchrotron x-ray scattering)와 전자현미경을 이용해 마이크로튜불의 초미세구조를 이해하고, 이를 제어하는 스위치를 발견해 새로운 단백질 나노튜브 구조를 최초로 밝힌 연구결과를 네이처 머티리얼즈(Nature Materials)에 발표한 바 있다.
튜불린(마이크로튜불의 기본 단위체)의 형태 변화가 마이크로튜불의 구조 형성에 결정적인 영향을 미친다.연구진은 이 형태 변화를 제어하는 스위치를 찾음으로써 마이크로튜불의 새로운 크기와 형태의 구조를 발견했다.
사이언스 홈페이지
2014.03.11 조회수 16281 -
지식서비스공학과, 데이터 사이언스 워크숍 개최
최근 몇 년간 ‘빅 데이터’에 관한 관심이 폭발적으로 증가하고 있는 가운데 KAIST가 데이터 사이언스의 활용법과 미래 가능성에 대해 논의하는 자리를 마련했다.
우리 대학 지식서비스공학과는 오는 27일 서울 코엑스 308호 세미나실에서 ‘기업을 위한 데이터 사이언스’를 주제로 제2회 지식서비스 워크숍을 개최한다.
‘데이터 사이언스’란 데이터로부터 일반화된 지식을 추출해 의미 있는 정보를 발견하기 위한 과학적인 접근법을 말한다.
빅 데이터 시대를 맞아 기업이 생산하는 데이터의 양은 빠르게 증가하고 있으며, 기업들은 이를 어떻게 활용할 것인지에 대한 고민을 해 왔지만 체계적인 활용법에 대한 이해가 부족했던 것이 현실이다.
이번 워크숍은 기업이 가진 데이터를 활용해 새로운 가치를 어떻게 만들어 낼 것인지를 고민하는 기업의 중간관리자들과 관련 분야 전문가들을 위해 마련됐다.
강연은 데이터 사이언스 분야 최고 전문가인 KAIST 지식서비스공학과 4명의 교수가 참여해 하루 동안 진행된다.
먼저 윤완철 교수가‘기업의 현안과 데이터 사이언스 해법’을 주제로 기업의 데이터 활용현안과 데이터 마이닝 기법들을 소개한다.
이어 △이재길 교수가‘예측 모델링과 분류 기법’을 △ 이의진 교수가‘클러스터링 기법’을 △ 이문용 교수가‘의사결정 분석적 사고’를 주제로 각각 강연한다.
이번 행사를 주관한 이문용 학과장은“이번 워크숍은 데이터 사이언스 도입을 고려하는 기업과 관련 분야에 관심 있는 학생들에게 데이터 사이언스의 가능성과 미래를 고민해 보는 소중한 자리가 될 것”이라고 말했다.
워크숍 참가를 위해 23일(일)까지 사전에 참가신청을 해야 하며 자세한 사항은 홈페이지(http://kseworkshop.kaist.ac.kr)를 참고하면 된다.
KAIST 지식서비스공학과는 21세기 지식기반사회에서 가장 중요한 인간의 의사결정체계의 제반 문제를 연구하는 학과로 2009년 2월에 설립됐다. 데이터 사이언스를 바탕으로 지식공학 ․ 인지공학 분야의 교육과 연구를 진행 중이며 빅 데이터 분야에서 국내 선두주자라는 평가를 받고 있다.
2014.02.18 조회수 13185 -
이지윤 교수, 미국 FAA 공로상 수상
- 태양폭풍으로 인한 이온층 변화를 감시해 항공기 안전운항 보장 -
우리 학교 항공우주공학과 이지윤(39) 교수가 GPS(위성항법시스템) 보강시스템 개발 및 위성항법 기술진보에 크게 공헌한 점을 인정받아 지난 16일 미국 연방항공청(Federal Aviation Administration, FAA)으로부터 공로상을 수상했다.
GPS 보강시스템은 실시간 1m 이내의 위치 정확도와 무결성 정보를 제공해 항공기의 정밀하고 안전한 항행을 가능하게 한다. 하지만 태양 활동이 극대기에 이르면 이온층의 총전자량이 급격히 늘어나면서 GPS 보강시스템을 이용한 항법해의 위치오차가 증가한다.
이 교수는 태양폭풍으로 인한 이온층의 변화를 지속적으로 감시하고 이온층 위협 모델을 구축해 GPS 보강시스템 사용자의 안전을 보장할 수 있도록 하는 독창적인 모니터링 소프트웨어를 개발했다. 연구 결과는 지구물리학분야의 세계적 학술지 ‘라디오 사이언스(Radio Science)’에 지난해 7월 게재됐다.
이 교수가 개발한 소프트웨어는 FAA 기술센터의 검증을 거쳐 유로컨트롤(Eurocontrol)을 비롯한 세계 주요기관에 배포돼 사용 중으로 향후 국제기구의 협의를 거쳐 표준화될 전망이다.
이 교수는 “미래 항법기술의 핵심인 위성항법에 대한 활용도가 항공·해양·교통· 정보통신·금융 등 주요 국가 인프라로 확대된 만큼 시스템의 성능과 안전성 확보가 무엇보다 중요한 시기”라며 “앞으로 국가 간 협력을 통해 GPS 보강시스템의 전지구적 서비스가 가능한 방향으로 발전할 것”이라고 밝혔다.
2013.09.26 조회수 14881 -
피오릴로 교수, 사이언스誌 논문 게재
우리 대학 바이오및뇌공학과 크리스토퍼 피오릴로(Christopher Fiorillo, 43세) 교수의 논문 ‘가치의 이차원: 도파민 신경세포는 보상적인 가치에는 반응하나 처벌에는 반응 없어(Two Dimensions of Value: Dopamine Neurons Represent Reward but not Aversivenss)’이 세계최고 권위의 학술지인 사이언스(Science) 8월 2일자에 게재됐다.
뇌세포의 신경전달물질(neurotransmitter) 가운데 하나인 도파민(dopamine)은 인간 및 동물의 행동과 인식, 자발적인 움직임, 동기부여, 처벌과 보상, 기분, 학습, 기억 등에 지대한 영향을 미친다. 도파민을 포함해 가치에 민감하게 반응하는 신경세포(value-sensitive neurons)들은 외부에서 오는 자극(stimuli)을 ‘좋다’ 혹은 ‘나쁘다’ 등 가치(value)를 평가하고 그에 따른 행동을 유발한다.
기존의 생리학 또는 계산신경과학분야의 연구에서는 도파민계 뉴런(neuron, 신경세포)들이 반응하는 가치를 일직선상에 연속으로 배열한 ‘총체적인 가치(total value)’로 간주했다. 마치 빛의 강도를 어두운 것(dark)에서부터 점점 더 밝게(bright) 나타내듯이 나쁘다(bad)와 좋다(good), 잃은 것(loss)과 얻은 것(gain), 위험(danger)과 안전(safety) 등 서로 상반된 가치가 양 끝에 배치되고 그 중간은 단계별 가치가 지속적으로 연결되어 있는 일차원적인 직선으로 가치가 존재한다는 것이다. 따라서 도파민의 경우 부정적인 것과 긍정적인 것을 모두 다 표현한다고 여겼다.
하지만 이번에 피오릴로 교수가 수행한 원숭이를 이용한 동물실험 연구결과에 따르면 도파민 뉴런들은 보상적인(reward) 가치에는 민감하게 반응하지만 쓴맛이나 불쾌감과 같은 처벌적인(aversiveness) 가치에는 둔감하게 반응했다. 이는 보상과 처벌이 일직선상에 배열된 연속적인 가치가 아니라 별개의 범주에 속하는 가치라는 것이다.
도파민은 보상(reward)을 받는 것보다 보상을 기대하는(predict) 정도에 따라 더 반응한다고 알려져 있다(보상예측오류, reward prediction error). 예상하지 않았던 보상 혹은 기대했던 것보다 더 큰 보상을 받았을 경우 도파민은 활발하게 생성(activation)되지만 기대했던 보상이 없거나 또는 예상보다 더 적은 보상에는 도파민 생성이 평소보다 낮아지는 억제(inhibiting) 현상을 보인다.
만일 가치가 일차원적으로 존재한다면 예상했던 처벌보다 덜 심한 처벌(예를 들어 좀 더 덜 쓴 주스나 덜 짠 소금물)을 받았을 경우 보상에서처럼(예상했던 것보다 더 큰 보상을 받았을 때) 도파민이 생성되어야 하나 실험 결과에서는 도파민이 전혀 생성되지 않았다. 이처럼 도파민계 뉴런이 처벌에 반응하지 않았다면 처벌을 나타내는 또 다른 뉴런이 존재한다는 것을 시사한다. 이 뉴런들도 보상에 반응하는 도파민계 뉴런처럼 외부 자극에 ‘더 활발하게 반응하거나 또는 억제되는’ 모습을 보일 것이라고 예측했다.
피오릴로 교수는 “이번 연구에서 신경전달물질이 반응하는 네 가지 종류의 가치를 발견했다고 볼 수 있다”며 “보상 받는 것(reward-On), 보상 받지 못하는 것(reward-Off), 처벌 받는 것(aversive-On), 처벌 받지 않는 것(aversive-Off) 가운데 도파민은 보상받는 것(reward-On)만을 나타내는데, 나머지 세 종류의 가치에 반응하는 신경전달물질은 아마 별도로 존재할 것”이라고 말했다.
이와 함께 “흥미롭게도 뇌 속에는 도파민과 여러 면에서 유사한 종류의 신경전달물질(세로토닌, 노르에피네프린, 아세틸콜린)이 존재하는데 이들이 나머지 세 종류의 가치를 신호하는 신경전달물질일 가능성이 있다”고 덧붙였다.
지난 2009년 KAIST에 부임한 크리스토퍼 피오릴로 교수는 2000년 미국 오레곤 보건대학(Oregon Health & Science University)에서 신경과학(neuroscience) 분야로 박사학위를 받았다. 스위스 프리부르대학(Fribourg University)과 영국 캠브리지대학(University of Cambridge)에서 박사 후 연구원으로 근무했다.
KAIST로 옮기기 전 미국 스탠포드대학에서 연구한 논문 ‘도파민 신경세포의 보상예측에 대한 시간적인 정밀성(The Temporal Precision of Reward Prediction in Dopamine Neurons)’이 2008년 네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience에 발표되는 등 우수한 연구 성과를 낸 신경생리학자(neurophysiologist)다.
주 연구 분야는 원숭이를 실험에 이용해 신경세포기능을 연구하는 원숭이 신경생리학(Monkey neurophysiology), 계산신경과학(computational neuroscience), 시스템 신경생리학(systems neurophysiology) 등이다.
2013.08.02 조회수 15697 -
미담장학회, 사이언스데이‘빵빵 터지는 공기총 만들기’프로그램 운영
우리 학교 미담장학회가 지난 12일~14일 국립중앙과학관에서 열리는 ‘제30회 사이언스데이’에서 청소년들이 흥미를 느낄 수 있는 ‘공기총 만들기’ 프로그램을 운영해 참여 학생들로부터 커다란 호응을 얻었다.
이번 행사에서 미담장학회는 ‘빵빵 터지는 파스칼의 원리’라는 주제로 파스칼의 원리가 담겨 있는 간단한 공기총을 플라스틱 컵과 풍선을 이용해 만들고 기초과학을 친숙하게 느끼며 생활과 과학은 하나임을 이해하는 시간을 가졌다.
선착순으로 진행된 이 프로그램은 초등학교 저학년부터 고등학생까지 약 5,000명의 청소년들이 체험활동에 참여했다.
대전 동화초등학교 5학년 오승민 학생은 체험을 통해 “간단한 공기총 속에 담겨진 과학적인 원리가 신기하고 즐거웠다”고 말했다.
미담장학회 사이언스데이 준비위원장 이정화 학생은 “평소에 교과내용만 접하는 지역사회 청소년들이 이런 체험활동을 통해서 재미있는 과학을 느낄 수 있는 기회”라며 “많은 청소년들과 소통할 수 있어 뜻 깊은 시간”이었다고 이번 행사에 대한 감회를 밝혔다.
2009년 7월에 발족한 KAIST 미담장학회는 저소득 계층의 아이들과 한부모 가정의 자녀를 대상으로 수학, 과학, 영어를 지도하는 대학생 교육봉사단체다.
한편 미담장학회는 지난 3월 예비사회적기업으로 지정돼 ‘미담 방과후학교’ 프로그램을 운영하고 있으며 대학생 교육기부 사회적기업을 만들어 가는데 앞장서고 있다.
2013.04.15 조회수 11402 -
이정용 교수, 이달의 과학기술자상 수상
이정용 교수
액체 내의 수많은 반응 메카니즘을 규명할 수 있는 기술을 개발한 우리 학교 신소재공학과 이정용 교수가 "이달의 과학기술자상" 2월 수상자로 선정됐다.
이 교수는 세계 최초로 액체 시료를 그래핀(graphene)에 밀봉하는 기술을 개발해 액체 내에서 나노입자가 성장하는 과정을 원자 단위에서 실시간으로 관찰하는 데 성공한 공로를 인정받았다.
그래핀이란 탄소 원자가 벌집 모양의 육각형 형태로 연결된 2차원 평면 구조를 이루는 물질로 구리보다 100배 이상 전기 전도성이 우수해 "꿈의 신소재"로 불린다.
일반적으로 전자현미경은 광학현미경보다 수천배의 배율을 가지고 있어 원자 단위까지 관찰이 가능하지만 고체상태의 시료만 관찰이 가능했다.
전자와 공기가 만나 산란하는 현상을 방지하기 위해 전자현미경 내의 전자빔이 지나가는 길이 모두 진공으로 유지되는데, 액체 시료는 진공 속에서 모두 증발해 관찰이 불가능하기 때문이다.
하지만 나노재료 제조, 전기화학·촉매 반응, 인체·동식물 세포 속의 반응과 같은 수많은 반응들은 액체 내에서 일어나거나 액체를 포함한 반응들이다.
따라서 이번 이 교수가 개발한 기술은 액체 내에서 일어나는 과정을 원자 규모로 관찰할 수 있는 길을 열어준 셈이다.
이 교수의 연구 성과는 지난해 4월 학술지 사이언스(Science)에 게재됐으며, 사이언스지의 "디스 위크(This week)", "전망(Perspectives)", 네이처지의 "주목받는 연구(Research Highlights)"에도 소개되었고, BBC 등 유명 해외 언론매체에도 보도된 바 있다.
이와 함께 그는 지난 20여 년간 미세구조에서 나타나는 현상들을 원자단위에서 규명하는 연구를 통해 과학인용색인(SCI) 등재 국제학술지에 450여편의 논문을 게재해왔으며 7편의 저서를 편찬하는 등 활발한 연구 업적을 보이고 있다.
현재까지 발표한 다수 논문들은 사이언스, 나노 레터스(Nano Letters), 첨단기능재료들(Advanced Functional Materials)와 같은 권위 있는 학술지에 실려 지금까지 총 피인용 횟수 3600회 이상, 31회 이상 피인용된 논문이 31편에 달하는 등 업적을 쌓았다.
이 밖에도 그는 이같은 공로를 인정받아 ▲2012년 한국세라믹학회의 학술상 ▲2012년 올해의 KAIST인상을 받는 영예를 얻었다.
이 교수는 "그동안 베일에 싸여있던 액체 내에서 일어나는 많은 과학 현상들을 원자단위로 규명해 우리의 생활을 더 편리하거나 이롭게 하는 데 최선을 다하겠다"고 수상소감을 말했다.
2013.02.06 조회수 14942 -
2012년 ‘올해의 KAIST인 상’에 이정용 교수
이정용 교수
- 액체를 원자단위까지 관찰하고 분석하는 기술 세계 최초로 개발 -
- 과학계 80년 숙원 풀어낸 업적 인정받아 선정 -
2012년 ‘올해의 KAIST인 상’에 이정용 신소재공학과 교수가 선정됐다. 시상식은 2일 오전 10시 교내 대강당에서 진행됐다.
이정용 교수는 지난 80년 간 과학계의 숙원으로 꼽히던 액체를 원자단위로 관찰하고 분석하는 기술을 세계 최초로 개발했다.
이 기술은 ▲액체에서 나노 재료 제조 ▲전극과 전해질의 반응 규명, ▲액체와 촉매 반응 연구 ▲인체, 동물 및 식물 세포에서의 반응 규명 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 학계는 기대하고 있어, 2012년 KAIST 최고의 연구성과로 평가받았다.
이 교수의 연구 성과는 세계적 학술지 "사이언스(Science)" 2012년 4월 6일자에 실리는 등 세계 과학계의 주목을 받았다. 또 BBC News, Science & Environment에서 톱기사로 보도하는 등 국내·외 언론에서도 연구 성과를 크게 다뤄 KAIST의 이미지 제고와 함께 위상을 높인 점을 인정받았다.
물질을 나노 수준 또는 원자단위까지 관찰하려면 광학 현미경만으로는 관찰할 수 없고, 이보다 훨씬 높은 배율을 갖는 전자 현미경으로만 가능한데 전자 현미경 속은 진공상태이기 때문에 액체 시료를 넣으면 증발해버려 관찰할 수 없었다.
이 교수 연구팀은 원자 한 층 두께의 그래핀을 이용해 액체를 감싸서 증발을 막아 세계 최초로 액체 속에서 백금이 성장하는 과정을 실시간으로 원자단위까지 관찰하는 데 성공했다.
이 연구 성과는 4월 과학의 날 기념식 대통령 치사에서는 우수 연구사례로 소개되기도 했다.
이정용 교수는 “이번 연구로 인해 ‘액체 전자현미경’, ‘나노액체’라는 새로운 학문 분야가 개척되는 계기가 마련됐다”며 “이 기술을 통해 그 동안 베일에 싸여있던 액체 속에서 일어나는 많은 과학 현상들을 원자단위로 규명할 수 있기를 기대한다”고 말했다.
한편 ‘올해의 KAIST인 상’은 한 해 동안 국내•외적으로 KAIST를 빛낸 교원에게 수여하는 상으로 ▲세계적인 학술잡지에 표지인물로 선정된 교원 ▲세계적인 신기술 개발 또는 학술연구 업적이 탁월한 교원 ▲거액의 연구비 및 발전기금을 유치한 교원 ▲ KAIST 위상을 대내•외적으로 높인 교원에게 수여하며 이번이 12회째다.
2013.01.02 조회수 14381 -
KAIST-POSTECH 대한민국 최고의 미래 이공계 리더는?
- 제11회 KAIST-POSTECH 학생대제전 14~15일 POSTECH서 -
대한민국 최고의 미래 이공계 리더는 KAIST일까? POSTECH일까?
우리나라를 대표하는 이공계 특성화대학인 KAIST와 POSTECH이 최고의 자리를 놓고 치열한 두뇌싸움을 벌인다.
KAIST와 POSTECH은 14~15일 이틀간 경북 포항 POSTECH에서 양교 학생 2천여명이 참석한 가운데 ‘제11회 KAIST-POSTECH 학생대제전(이하 카포전)’을 개최한다.
‘사이언스 워(Science War)’란 별칭으로도 유명한 ‘카포전’은, KAIST와 POSTECH이 양교 학생들의 활발한 교류를 목적으로 1년마다 치르는 정기교류전으로 KAIST와 POSTECH이 번갈아가며 2002년부터 개최해오고 있다.
카포전은 국내 최고의 이공계 두뇌들이 참가하는 행사에 걸맞게 △해킹대회, 과학퀴즈, 인공지능 프로그래밍대회와 같은 과학 경기와 △스타크래프트 등 e-스포츠 △야구, 농구 축구 등 운동경기 총 8개 종목에서 두뇌 대결을 펼친다.
총 900점 중 많은 점수를 차지하는 쪽이 우승을 차지하며, 현재까지 양 대학은 5승 4패로 POSTECH이 근소하게 앞서가고 있다.
KAIST와 POSTECH은 학교별로 팀을 구성 다양하고 재미있는 과학경기를 펼침으로써 대학 구성원들의 단결력을 고취시키고 이공계 선두 대학인 두 대학의 교류를 증진시키는 한편, 어렵고 까다롭다는 편견을 가진 이공계 학문을 일반 대중들이 재미있게 접할 수 있는 기회를 제공할 것으로 기대하고 있다.
카포전은 매년 9월 중순 개최되며 대회 명칭은 어느 학교에서 열리느냐에 따라 결정된다. 주관대학을 뒤에 표기하는 원칙에 따라 올해는 POSTECH에서 개최되어 카포전이라고 불린다.
2012.09.13 조회수 10649