정계삼 연구원, 강지영 교수 NeuroImage 논문 게재

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우리 연구실의 정계삼 연구원과 강지영 연구교수는 이번 NeuroImage 저널에 Dynamic causal modeling for calcium imaging: Exploration of differential effective connectivity for sensory processing in a barrel cortical column 라는 제목으로 논문을 발표하였습니다.

이 연구에서는 칼슘영상(CaI) 데이터를 동역학적 인과성 모델링(dynamic causal modeling, DCM)을 이용하여 분석하는 방법을 제시하였습니다 (CaI-DCM). DCM모델은 생물학적 특성을 반영한 뉴런 모델과 뉴런의 활동성으로부터 생성되는 실험에서 측정하는 신호로 바꾸어주는 관측 모델로 이루어져 있으며, 베이지안 기법을 이용하여 신경, 신경집단, 뇌 활동 영역 간의 실효연결망(방향성을 가지는 연결망)을 추정합니다. 이를 통해 영역별 활성화만을 비교하는 것에서 벗어나서, 생물학적 특성을 반영한 모델을 이용해 연결성을 추정할 수 있습니다.

제시한 CaI-DCM을 구동하여, 오픈데이터 데이스의 쥐 배럴 피질의 유효 연결망이 성공과 실패에 따라 어떻게 달라지는지를 분석하여, 두 조건에서 배럴 피질 내부 레이어 내 연결 뿐만 아니라 외부 영역과의 연결성이 달라지는 것을 확인하였습니다.

이 연구는 급증하는 칼슘영상 데이터를, 생물학적 특성을 반영한 모델을 기반으로 연결성을 추정하고 그 특징들을 분석할 수 있는 방법을 제시했다는 점에서 파급력이 큽니다.


Cal-DCM 파이프라인

[논문]

Jung, K.+, Kang, J.+, Chung, S., Park, H.J., 2019. Dynamic causal modeling for calcium imaging: Exploration of differential effective connectivity for sensory processing in a barrel cortical column. Neuroimage, 116008.

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