• Journal of Yeungnam Medical Science
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• 제39권4호
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• pp.269-277
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• 2022

The amyloid hypothesis has been considered a major explanation of the pathogenesis of Alzheimer disease. However, failure of phase III clinical trials with anti-amyloid-beta monoclonal antibodies reveals the need for other therapeutic approaches to treat Alzheimer disease. Compared to its relatively short history, optogenetics has developed considerably. The expression of microbial opsins in cells using genetic engineering allows specific control of cell signals or molecules. The application of optogenetics to Alzheimer disease research or clinical approaches is increasing. When applied with gamma entrainment, optogenetic neuromodulation can improve Alzheimer disease symptoms. Although safety problems exist with optogenetics such as the use of viral vectors, this technique has great potential for use in Alzheimer disease. In this paper, we review the historical applications of optogenetic neuromodulation with gamma entrainment to investigate the mechanisms involved in Alzheimer disease and potential therapeutic strategies.

• 생명과학회지
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• 제25권8호
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• pp.953-959
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• 2015

광유전학은 생체 조직 및 세포에서 유전공학적으로 발현된 광민감성 단백질을 이용하여 목표로 하는 분자/세포 활동을 조절하기 위한 광학 및 분자적 전략들의 조합이다. 광유전학은 빛을 이용하여 신경세포의 발화 여부를 결정하는 세포막 채널을 빨리 열고 닫는 방법을 포함한다. 이 기술은 녹조류의 광민감성 단백질들을 특정 뇌세포에 넣는데서 시작되었다. 이렇게 하면 세포들은 파랑이나 노락색의 펄스로 켜지거나 꺼질 수 있다. 빨리 개폐되는 광민감성 양이온 채널인 자연계에 존재하는 조류 단백질인 channelrhodopsin-2 (ChR2)를 이용하여 활동전위의 숫자와 빈번도를 조절할 수 있다. ChR2는 다른 세포들은 영향을 주지 않으면서 한 유형의 신경세포만 조작할 수 있는 길을 제시하는데, 이는 전례가 없는 특이성이다. 이 기술은 빛을 이용하여 단일 발화와 시냅스 사건 수준에서 신경신호전달을 변경시킬 수 있도록 하여 신경과학자와 의생명공학자들에게 널리 적용될 수 있는 도구를 제공한다. 녹조류와 레이저, 유전자 치료, 광섬유의 희한한 조합은 이전에 결코 불가능했던 정밀도로 뇌 속 깊은 곳의 신경 회로 지도를 그릴 수 있도록 해주었다. 이것은 우울증, 불안, 정신분열, 중독, 수면병, 그리고 자폐증 같은 질환의 원인을 밝히는데 도움을 줄 것이다. 광유전학은 파킨슨병, 강박장애, 그리고 전기 펄스가 있는 다른 질환들을 치료하는데 사용되는 기존 이식 도구들을 개선시킬 수 있다. 광유전학 장치는 상기 장치들이 할 수 있는 것보다 더 많이 뇌세포의 특정 세포들을 대상으로 할 수 있다. 신경세포 이외의 일반 세포들에도 광유전학 도구들을 적용하는 연구들이 증가하고 있다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1497-1498
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• 2013

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.987-988
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• 2013

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.979-980
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• 2013

• IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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• 제4권3호
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• pp.133-140
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• 2015

Neural stimulating implantable medical devices (IMDs) have been widely used to treat neurological diseases or interface with sensory feedback for amputees or patients suffering from severe paralysis. More recent IMDs, such as retinal implants or brain-computer interfaces, demand higher performance to enable sophisticated therapies, while consuming power at higher orders of magnitude to handle more functions on a larger scale at higher rates, which limits the ability to supply the IMDs with primary batteries. Inductive power transmission across the skin is a viable solution to power up an IMD, while it demands high power efficiencies at every power delivery stage for safe and effective stimulation without increasing the surrounding tissue's temperature. This paper reviews various wireless neural stimulating systems and their power management techniques to maximize IMD power efficiency. We also explore both wireless electrical and optical stimulation mechanisms and their power requirements in implantable neural interface applications.

• Molecules and Cells
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• 제43권6호
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• pp.509-516
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• 2020

To perceive fluctuations in light quality, quantity, and timing, higher plants have evolved diverse photoreceptors including UVR8 (a UV-B photoreceptor), cryptochromes, phototropins, and phytochromes (Phys). In contrast to plants, prokaryotic oxygen-evolving photosynthetic organisms, cyanobacteria, rely mostly on bilin-based photoreceptors, namely, cyanobacterial phytochromes (Cphs) and cyanobacteriochromes (CBCRs), which exhibit structural and functional differences compared with plant Phys. CBCRs comprise varying numbers of light sensing domains with diverse color-tuning mechanisms and signal transmission pathways, allowing cyanobacteria to respond to UV-A, visible, and far-red lights. Recent genomic surveys of filamentous cyanobacteria revealed novel CBCRs with broader chromophore-binding specificity and photocycle protochromicity. Furthermore, a novel Cph lineage has been identified that absorbs blue-violet/yellow-orange light. In this minireview, we briefly discuss the diversity in color sensing and signal transmission mechanisms of Cphs and CBCRs, along with their potential utility in the field of optogenetics.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2017년도 제56차 하계학술대회논문집 25권2호
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• pp.153-155
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• 2017

최근 건강관리 및 질병관리 등에 대한 관심이 증가하면서 유비쿼터스 헬스케어 서비스와 관련 기기에 대한 개발이 활발히 진행 중이다. 또한, 관련 기기가 단순히 건강진단 및 질병진단과 더불어서 치료까지 하나의 기기에서 이루어지는 테라그노시스 방향으로 개발되고 있다. 또한 치료를 위해 광유전학 기술을 이용하여 광반응성 단백질인 ChR2로 뇌세포의 자극을 조절할 수 있다. 뇌세포의 자극을 조절함으로써 뇌 질환의 발현 시 유용하게 대처할 수 있다. 본 논문에서 뇌의 전기적 신호를 획득하는 기기와 연동되는 IoT 시스템을 통해서 유비쿼터스 헬스케어에 대한 방법론에 대해서 서술한다. 특히, 뇌의 전기적 신호를 획득하는 장치를 통한 뇌, 신경 질환인 뇌전증에 대한 진단과 치료의 유무를 판단하는 유비쿼터스 헬스케어 시스템에 대해서 서술한다. 이처럼 웨어러블 뇌파 신호 측정 장치와 연동되는 IoT 시스템을 통해 뇌파 신호를 지속적으로 모니터함으로써 사용자의 뇌전증의 발현 시 진단 및 치료, 긴급연락 서비스를 통해 사용자의 돌발 사태에 대해서 대처할 수 있는 방법론을 제시한다.

• Molecules and Cells
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• 제41권9호
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• pp.809-817
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• 2018

Discovery of the naturally evolved fluorescent proteins and their genetically engineered biosensors have enormously contributed to current bio-imaging techniques. These reporters to trace dynamic changes of intracellular protein activities have continuously transformed according to the various demands in biological studies. Along with that, light-inducible optogenetic technologies have offered scientists to perturb, control and analyze the function of intracellular machineries in spatiotemporal manner. In this review, we present an overview of the molecular strategies that have been exploited for producing genetically encoded protein reporters and various optogenetic modules. Finally, in particular, we discuss the current efforts for combined use of these reporters and optogenetic modules as a powerful tactic for the control and imaging of signaling events in cells and tissues.

• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제21권5호
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• pp.487-493
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• 2017

The anterior cingulate cortex (ACC) is known for its role in perception of nociceptive signals and the associated emotional responses. Recent optogenetic studies, involving modulation of neuronal activity in the ACC, show that the ACC can modulate mechanical hyperalgesia. In the present study, we used optogenetic techniques to selectively modulate excitatory pyramidal neurons and inhibitory interneurons in the ACC in a model of chronic inflammatory pain to assess their motivational effect in the conditioned place preference (CPP) test. Selective inhibition of pyramidal neurons induced preference during the CPP test, while activation of parvalbumin (PV)-specific neurons did not. Moreover, chemogenetic inhibition of the excitatory pyramidal neurons alleviated mechanical hyperalgesia, consistent with our previous result. Our results provide evidence for the analgesic effect of inhibition of ACC excitatory pyramidal neurons and a prospective treatment for chronic pain.