뇌 질환 장기 연구, 미래 치료기기 개발에 거리·장소의 제약이 사라질 전망이다. 한국과학기술원(KAIST·총장 배충식) 연구진이 연세대 연구진과 함께 그 길을 열었다. 미국 시카고와 한국 대전의 거리를 초월, 초소형 뇌 이식 장치를 인터넷으로 원격 조절하는데 성공했다.
KAIST는 정재웅 전기 및 전자공학부 교수팀이 김화영 연세대 의대 교수팀과 함께 약물 전달, 빛 자극, 무선 통신, 인터넷 원격 제어 기능을 하나로 통합한 사물인터넷(IoT) 기반 무선 뉴럴 임플란트(뇌 이식 장치)를 개발했다고 27일 밝혔다.
기존에는 실험동물 뇌 신경을 자극하거나 약물을 주입하는데, 복잡한 유선 장비를 사용하는 경우가 많아 자연스러운 동물 움직임을 관찰하기 어려웠다. 무선 장치도 가까운 곳에서 직접 조작해야 했다.
이에 연구팀은 뇌 이식 장치를 인터넷 연결했다. 실험실에 직접 가지 않고도 약물을 실시간 투여하거나 특정 뇌 신경세포를 조절할 수 있다.
장치는 각설탕 정도 작은 크기로, 동물 움직임을 크게 방해하지 않는다. 연구자가 실험동물 가까이 갈 필요도 없어, 사람 존재로 인한 스트레스가 동물 실험 결과에 영향을 미치는 것을 줄일 수 있다.
장치에는 뇌 원하는 부위에 약물을 전달하는 미세 유체 시스템, 신경세포를 빛으로 조절하는 마이크로 발광다이오드가 함께 탑재됐다.
연구팀은 실제 쥐에 장치를 이식, 4주 동안 성능을 검증했다. 미국 시카고의 연구자가 한국 대전의 장치를 실시간 원격 조작해, 국가 간 거리에서도 안정적인 작동을 확인했다.
향후에는 센서와 인공지능(AI) 기술 등을 결합해, 지능형 이식형 의료기기 연구로 확장될 가능성도 있다.
정재웅 교수는 “장기적으로는 뇌 질환의 진단과 치료를 위한 지능형 이식형 의료기기 개발에 응용될 것으로 기대한다”고 말했고, 김화영 교수는 “향후 중독, 우울증, 퇴행성 뇌 질환 등 다양한 질환 모델에서 뇌 회로와 행동 사이의 인과관계를 규명하는 데 중요한 연구 도구로 활용될 것”이라고 말했다.
이번 연구에는 정은영 KAIST 전기 및 전자공학부 박사과정, 박종우 연세대 의대 박사과정이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 '사이언스 어드밴시스' 7월 29일 자에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
