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뇌질환 분석하는 유연한 뇌-기계 인터페이스 장치 나왔다

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뇌질환 분석하는 유연한 뇌-기계 인터페이스 장치 나왔다

2021.06.21 13:00
KIAST-MIT 공동연구
박성준 KAIST 바이오및뇌공학과 교수. KAIST 제공.
박성준 KAIST 바이오및뇌공학과 교수. KAIST 제공.

뇌신경 질환의 메커니즘을 파악하고 치료전략을 연구하는 데 뇌-기계 인터페이스 장치가 활용된다. 장치를 뇌에 삽입해 특정 뇌를 자극하고 뇌 신호를 분석하는 방식이다. 기존 인터페이스 장치는 기계적·화학적 특성이 뇌 조직과 달라 이물 반응이 일어나거나 수명이 짧은 한계가 있다. 

 

KAIST는 박성준 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 폴리나 아니키바 미국 매사추세츠공대(MIT) 교수, 쏸허 자오 교수, 육현우 박사 공동 연구팀과 함께 물과 젤 리가 합쳐진 ‘하이드로젤’ 기반의 유연한 뇌-기계 인터페이스를 개발하는 데 성공했다고 21일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 6월 8일자에 실렸다. 

 

연구팀은 직접 제작한 다기능성 섬유 다발을 하이드로젤 몸체에 넣는 방법을 이용해 ‘뇌 모사형 신경 인터페이스’를 제작했다. 이 장치는 빛으로 특정 신경세포종만을 자극할 수 있는 광유전학 기술을 적용하기 위한 광섬유와 뇌에서 신호를 읽을 수 있는 전극 다발, 약물을 뇌 속으로 전달할 수 있는 미세 유체 채널을 모두 갖고 있다. 

 

연구팀이 개발한 인터페이스는 하이드로젤을 건조시킨 상태에서는 단단한 성질이 고분자와 유사해 몸체에 삽입하기가 쉽다. 하지만 몸에 들어가면 체내의 수분을 빠르게 흡수해 부드럽고 주변 조직과 유사한 상태가 돼 이물 반응을 최소화하는 게 특징이다. 

 

연구팀은 개발한 장치를 동물 모델에 직접 적용, 삽입 후 6개월까지 뇌 신호를 측정할 수 있다는 사실을 입증했다. 또 자유롭게 움직이는 쥐를 대상으로 한 광유전학 실험, 행동 실험이 가능했다. 이물 반응에 따른 아교세포 및 면역세포 발현이 기존 장치보다 현저히 줄어드는 것도 확인했다. 

 

박성준 교수는 “이번 연구는 하이드로젤을 다기능 신경 인터페이스의 구성물질로 사용해 수명을 대폭 늘렸다는 데 의의가 있다”며 “알츠하이머나 파킨슨병 등 장기간 동안 분석이 필요한 뇌 신경 질환 연구가 더욱 발전할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 
 

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