KAIST, 무선충전 가능 뇌 이식장치 개발...뇌 신경회로 제어 가능

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국내 연구진이 무선 충전 가능한 뇌 이식 장치를 개발했다. 이식 후 체내에서 장기간 배터리 교체 없이 뇌 신경회로를 정교하게 조절할 수 있다. 뇌 기능 연구, 각종 뇌 질환 치료에 활용 가능하다.

개발된 뇌 이식용 무선 디바이스
<개발된 뇌 이식용 무선 디바이스>

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 정재웅 전기 및 전자공학부 교수팀이 김정훈 연세대 의대 교수팀과 함께 '뇌 완전 이식형 무선 광유전학 기기'를 개발했다고 26일 밝혔다.

김충연 KAIST 전기 및 전자공학부 박사과정, 구민정 연세대 의대 박사과정 연구원이 공동 제1 저자로 참여했다.

광유전학은 빛을 이용해 특정 신경세포만을 정교하게 제어할 수 있다. 뇌 기능을 밝히고 각종 뇌 질환을 치료할 해결책으로 주목받고 있다. 최근 개발된 무선 임플란트 기기들은 동물 행동을 제약하지 않아 복잡한 동물 실험을 구현할 수 있다. 다만 주기적으로 배터리 교체가 필요하거나 외부에서 전력을 공급받아야 한다.

무선 제어용 스마트폰 앱
<무선 제어용 스마트폰 앱>

연구팀은 배터리 무선 충전과 디바이스 무선 제어를 가능하게 만드는 무선 회로를 개발, 마이크로 발광다이오드(LED) 기반 탐침과 결합시켰다. 동물이 자유롭게 움직이는 상태에서도 배터리 무선 충전이 가능하다. 또 스마트폰 애플리케이션(앱)으로 광자극을 무선 제어할 수 있다. 무게는 1.4g으로 뇌 완전이식형 기기다. 연구팀은 또 주변 조직 손상을 막고자 기기를 부드러운 생체적합성 소재로 감쌌다.

KAIST 정재웅 교수
<KAIST 정재웅 교수>

연구팀은 이 기기를 쥐 두피 안에 완전 이식하고 기능을 확인했다. 또 코카인에 반복 노출된 쥐의 특정 뇌 부위에 빛을 전달, 광유전학이 코카인 중독 행동 제어에 적용될 수 있음을 보였다.

앞으로 기기를 더욱 소형화하고 MRI 친화적인 디자인으로 발전시키는 확장 연구도 계획 중이다.

연세대 의대 김정훈 교수
<연세대 의대 김정훈 교수>

정재웅 교수는 “개발된 장치는 체내 이식 상태에서 무선 충전이 가능하므로 배터리 교체를 위한 추가적인 수술 필요 없이 장기간 사용이 가능하다”며 “이 기술은 뇌 이식용 기기뿐 아니라 인공 심박동기, 위 자극기 등 다양한 생체 이식용 기기에 범용적으로 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com