두개골에 그리는 전자회로, 뇌-컴퓨터 연결 새 지평 연다

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IBS  나노의학 연구단, 동물실험에서 뇌 조직 손상 없이
33주간 뇌파 측정  

연구진이 개발한 뇌-컴퓨터 인터페이스( BCI ) 형성 기술.  IBS  제공
기초과학연구원( IBS )은 나노의학 연구단 천진우 단장(연세 IBS )대 특훈교수) 및 박장웅 교수(연세대 신소재공학과 교수) 연구팀이 세브란스병원 신경외과정현호 교수 및 장진우 교수 연구팀과 공동으로 뇌 조직처럼 부드러운 인공 신경 전극을 쥐의 뇌에 이식하고, 3D 프린터로 전자회로를 두개골 표면에 인쇄해 뇌파(신경 신호)를 장기간 송수신하는 데 성공했다고 12일 밝혔다. 

부작용은 최소화하고 사용기간은 대폭 늘린 새로운 뇌-컴퓨터 인터페이스( BCI ) 기술로 평가된다.
 
BCI 는 뇌파를 통해 외부 기계나 전자기기를 제어하는 기술인데 의사소통이 어렵거나 몸이 불편한 환자에게 도입되면 자유롭고 정확한 의사 표현을 도울 수 있어 개발이 활발하다. 

실제로 일론 머스크가 설립한 스타트업 뉴럴링크( Neuralink )는 최근 뇌에 컴퓨터 장치를 이식해 생각만으로 컴퓨터의 마우스를 움직이는 데 성공했다.
 
뇌에서 발생하는 신호를 감지하는 삽입형 신경 전극과 감지된 신호를 외부 기기로 송수신하는 전자회로는  BCI 의 핵심이다. 

기존 기술은 딱딱한 금속과 반도체 소재로 이뤄진 전극과 전자회로를 사용해 이식 시 이질감이 크고, 부드러운 뇌 조직에 염증과 감염을 유발한다는 문제가 있었다. 
 
연구진은 우선 고형의 금속 대신 뇌 조직과 유사한 부드러운 갈륨 기반의 액체금속을 이용해 인공 신경 전극을 제작했다. 

제작된 전극은 지름이 머리카락의 10분의 1 수준으로 얇고, 젤리처럼 말랑해 뇌 조직의 손상을 최소화할 수 있다.
 
이어 3D 프린터로 두개골 곡면에 따라 전자회로를 얇게 인쇄한 뒤 뇌에 이식했다. 

이렇게 구현한  BCI 는 사용자가 인지하지 못할 정도로 얇아 마치 문신처럼 이식 후에도 두개골 외관에 차이를 발생시키지 않았다. 

기존 전극의 이물감과 불편함 문제를 해결할 수 있다는 의미다.
 
연구진이 구현한 인터페이스는 여러 개의 신경 전극을 이식할 수 있어 다양한 뇌 영역에서의 신호를 동시에 측정 가능하다는 장점이 있다. 

3D 프린팅 기술을 이용하기 때문에 사용자의 뇌 구조에 맞춰 맞춤형 인터페이스 설계가 가능하다. 

더 나아가 유선 전자회로를 사용한 기존 기술과 달리 무선으로 뇌파를 송수신할 수 있어 환자의 일상생활 속에서도 사용 가능할 것으로 보인다.
 
연구진은 쥐 모델을 활용한 동물실험에서 체내 신경신호를 8개월이 넘는 기간 동안 안정적으로 검출하는 데 성공했다. 

딱딱한 고체 형태인 기존의 인터페이스로는 신경신호를 1개월 이상 측정하기 어려웠다.
 
연구를 이끈 박장웅 교수는 "뇌 조직 손상을 최소화하면서도 33주 이상 신경신호를 측정할 수 있는 새로운 뇌-컴퓨터 인터페이스를 개발했다"며 "이는 파킨슨병, 알츠하이머, 뇌전증 등 다양한 뇌질환 환자 및 일반 사용자에게 광범위하게 활용 가능할 것"이라고 전망했다.
 
이번 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈( Nature   Communications ,  IF  16.6)'에 2월 27일(현지시간) 게재됐다.

https://n.news.naver.com/mnews/article/079/0003872710