세계 최초 무선 뇌신경 신호 기록기 개발...난치성 뇌질환 치료 길 열려: DGIST Korean researchers develop world’s first wireless brain signals recorder

배터리 없는 무선 뇌신경 기록기 개발로,

파킨슨병이나 알츠하이머 같은 난치성 뇌질환 치료 길 열려

연구결과는 바이오메디컬 분야 최고 학술지인 ‘Nature Biomedical Engineering’에 게재

  DGIST(총장 이건우) 로봇및기계전자공학과 장경인 교수팀이 한국생명공학연구원(원장 김장성) 이영전 책임연구원팀과 공동으로 ‘완전 매립형 무선 뇌신경 신호 기록기’ 개발에 성공했다. 이번에 개발된 기술은 배터리 없이 무선 전력 전송과 통신을 통해 영장류의 본능적 행동에서 발생하는 뇌신경 신호를 실시간으로 기록할 수 있다. 연구팀은 이 무선 뇌신경 기록기를 비인간 영장류인 실험용 원숭이의 뇌에 이식하여 회복시킨 후, 한 달 동안 자유롭게 움직이는 상태에서 사료나 간식을 섭취하는 행동 중 뇌신경 신호를 성공적으로 측정했다.

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기존 뇌신경 신호 기록기는 유선 연결로 인해 실험 공간에 제약이 있거나, 배터리로 작동하여 방전 시 배터리 교체를 위한 재수술이 필요한 한계가 있었다. 그러나 장경인 교수팀은 배터리나 유선 연결 없이 무선 전력 전송과 통신을 통해 비인간 영장류의 자연스러운 행동을 방해하지 않고 뇌신경 신호를 은밀하게 측정할 수 있는 세계 최초의 무선 뇌신경 신호 기록기를 개발했다.

완전 매립형 무선 뇌신경 신호 기록기를 활용한 자연 본능 속에 내재된 뇌신경 신호 측정 및 분석 개요도

이번에 개발된 뇌신경 기록기는 영장류의 본능적 행동 연구를 위한 뇌공학 플랫폼 기술의 일환으로, 인간과 유사한 비인간 영장류의 뇌와 행동 간 관계를 분석하는 데 활용될 수 있다. 특히, 뇌 심부 영역의 신경 신호를 정밀하게 측정할 수 있는 3차원 다공성 전극과 유연한 신경 탐침, 생분해성 삽입 셔틀을 통해 안전하게 뇌에 이식할 수 있는 기술을 포함하고 있어, 뇌신경 회로 연구에 크게 기여할 것으로 기대된다.

완전 매립형 무선 뇌신경 신호 기록기의 구조 정보, (중간) 제작된 완전 매립형 무선 뇌신경 신호 기록기의 실물 사진, (오른쪽) 이식된 후 작동되는 완전 매립형 무선 뇌신경 신호 기록기

또한, 이 기술은 미국의 뉴럴링크와 스위스 로잔연방공대 등에 이어 한국에서 독자적으로 개발된 신기술로 주목받고 있다. 뉴럴링크가 영장류가 생각만으로 게임을 하게 하고, 로잔연방공대가 하반신 마비 영장류를 걷게 한 것처럼, 비인간 영장류 실험에서 뇌신경 기록과 제어가 가능하다는 점에서 의미가 크다.

한 번의 뇌신경 전극 삽입 수술로 지속적인 신경 신호 기록이 가능하도록 무선 전력 전송과 통신 기술이 적용되었으며, 인공지능 기반의 신경 신호 분석 기술도 함께 접목되었다. 이 기술은 파킨슨병이나 알츠하이머병 같은 난치성 및 퇴행성 뇌 질환 치료를 위한 전자약 기술의 전임상 시험에도 활용될 수 있어, 향후 다양한 치료 기술로의 확장 가능성도 매우 높다.

비인간 영장류에 이식된 후 핸드폰 어플을 통해 수신되는 신경 신호

장경인 교수는 “비인간 영장류가 신경 신호 기록기 이식 여부를 자각하지 못할 정도로 자연스러운 상태에서 무선으로 뇌신경 신호를 측정할 수 있는 기술을 개발했다”며 “전임상 시험과 임상 시험에도 범용적으로 적용될 수 있도록 발전시켜, 현재 의공학 기술로는 치료가 어려운 파킨슨병, 알츠하이머병 등 다양한 난치성 뇌질환 치료 연구에 기여할 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.

[(왼쪽부터) DGIST 장경인 교수팀(장경인, 오세혁, 제갈장환), KRIBB 이영전 책임연구원팀(이영전, 원진영)]

한편, DGIST 장경인 교수팀(오세혁 박사과정생, 제갈장환 석박사통합과정생)과 한국생명공학연구원 이영전 책임연구원팀(원진영 박사후연수연구원)이 공동으로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 한국연구재단의 STEAM 연구사업(글로벌 융합 연구 지원)과 나노 및 소재기술 개발사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 바이오메디컬 분야 최고 권위의 국제 학술지인 ‘Nature Biomedical Engineering’ 11월 호에 게재되었다. DGIST 장경인 교수는 교원 창업 기업인 ‘엔사이드’를 통해 신규 브레인 칩의 기술 사업화를 추진 중이며, 미국 하버드 대학 및 MIT와의 전략적 파트너십을 통해 해당 기술의 국제화를 진행하고 있다.

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Korean researchers develop world’s first wireless brain signals recorder

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