뇌의 전기적 활동의 광학 이미징 (Optical imaging of brain activity)
최근 개발된 유전자 조작 기술을 통해서 각 뇌세포에서 전기적 신호가 발생할 때마다 형광 빛이 나오게 만들 수 있습니다. 이를 광학 현미경을 이용해서 촬영함으로써, 뇌에 물리적 손상을 입히지 않으면서 각 뇌세포의 전기적 신호를 모니터링 할 수 있으며, 이는 최근 작은 동물의 뇌 전체의 모든 뇌세포를 동시에 관찰 가능한 수준까지 발전하였습니다. 본 연구실에서는 이러한 뇌의 전기신호를 광학적으로 촬영하는데 특화된 초고속 3D 현미경을 여 뇌의 전기적 신호를 측정하고 분석합니다.

뇌 구조 이미징 및 분석
회로를 이해하기 위해서는 회로의 각 구성 요소가 어떻게 연결되어 있는지 알아야 합니다. 뇌 구조를 분석하기 위한 대부분의 시도들은 뇌 조직의 전자 현미경 이미지를 분석하는 것에 기반을 두고 있으나, 느린 속도와 높은 가격으로 활용이 제한 되고 있습니다. 본 연구실에서는 빠른 이미징 속도와 높은 확장성을 지니며 다양한 염색 기술을 활용 가능한 광학 현미경 기술을 통해 뇌 구조를 촬영하고 분석하는 기술을 개발합니다. 특히, 뇌세포와 조직을 각종 염색 기법을 통해 다양하게 염색하여 촬영한 이미지를 활용하여, 인간의 수작업을 통한 학습데이터 생성 없이 기계학습을 통해 뇌 구조를 분석 합니다.

뇌의 전기적 활동의 분석 (Computational analysis of brain activity)
뇌 활동 분석을 위한 첫 번째 단계는 움직임 보정, 아티펙트 제거, 이미지 분할 및 추적, 디콘볼루션 등의 과정을 통해 비디오 데이터로부터 각 뇌세포의 전기적 활동을 추출하는 것입니다. 신호를 추출한 다음 데이터를 분석하여 반복되는 패턴(motif 검출)을 식별하거나 시냅스 연결을 추론함으로써 뇌의 기능적 연결(functional Connectomics)을 연구합니다.