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| ▲ (좌측부터) 고려대 의대 융합의학교실 조일주 교수, 의과학과 박사과정 조이아 나움키나(NAUMKINA JOIA) (사진= 고려대학교 의과대학 제공) |
[mdtoday = 김미경 기자] 고려대학교 의과대학 조일주 교수 연구팀이 온도를 이용해 뇌 신경 활동을 양방향으로 정밀하게 조절할 수 있는 초소형 뇌 임플란트를 개발했다. 이번 기술은 기존 뇌 자극 방식의 한계를 극복하고, 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)와 난치성 뇌 질환 치료 분야에 새로운 가능성을 제시했다는 평가를 받는다.
현재 널리 사용되는 전기, 자기, 광, 초음파 등 뇌 자극 기술은 주로 신경 활동을 활성화하거나 억제하는 단일 방향 조절에 치중해 있어 정밀한 신경 회로 제어에 어려움이 있었다. 반면 온도는 신경세포의 활성을 높이거나 낮출 수 있는 생리학적 인자임에도 불구하고, 뇌 깊은 곳까지 국소적으로 냉각과 가열을 전달하는 기술적 난제로 인해 활용이 제한적이었다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 열전소자와 실리콘 기반 뉴럴 프로브를 결합한 초소형 임플란트를 제작했다. 이 장치는 뇌 심부 영역에 삽입되어 국소적인 온도 변화를 유도하며, 전극 어레이가 통합되어 있어 온도 자극과 동시에 신경 신호를 기록할 수 있다.
연구팀은 실험을 통해 냉각 자극이 신경 활동을 억제하고, 가열 자극이 이를 활성화한다는 사실을 입증했다. 특히 뇌의 각성과 주의력을 조절하는 청반(locus coeruleus) 영역에 이 장치를 적용했을 때, 신경 활동 변화에 따라 동공의 크기가 수축하거나 확장되는 반응이 나타남을 확인했다.
이번 기술은 차세대 BCI 구현의 핵심 동력이 될 것으로 전망된다. 향후 BCI 기술이 뇌 신호를 읽어 기기를 제어하는 단계를 넘어, 감각 정보를 뇌로 전달하는 양방향 소통과 폐쇄루프 신경조절 시스템으로 발전하는 데 기여할 것으로 보인다.
조일주 교수는 “이번 연구는 하나의 장치에서 신경 활동의 활성화와 억제를 모두 구현할 수 있는 새로운 개념의 뇌 인터페이스 기술”이라며 “향후 양방향 BCI, 신경 기능 복원, 그리고 기존 치료법으로는 접근이 어려웠던 다양한 신경계 및 퇴행성 뇌 질환 치료 기술 개발에 기여할 것으로 기대한다”라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 ‘신경 신호 측정용 전극이 통합된 소형 양방향 열 자극 시스템’이라는 제목으로 게재됐다.
메디컬투데이 김미경 기자([email protected])
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