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KAIST, 무선 충전 가능한 뇌 이식 행동제어 장치 개발
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KAIST, 무선 충전 가능한 뇌 이식 행동제어 장치 개발
  • 새교육정보
  • 승인 2021.01.27 17:05
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개발된 뇌 이식용 무선 디바이스. 무선 디바이스 모습(맨 왼쪽). LED 탐침이 쥐의 뇌에 삽입된 상태에서 쥐의 두피 안에 완전히 이식된 디바이스의 개념도(가운데) 및 X-레이 사진. (KAIST 제공) ©뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 국내 연구진이 무선 충전 가능한 뇌 이식 행동제어 장치를 개발했습니다.

이 장치는 이식 후 생체 내에서 장기간에 걸쳐 배터리 교체 없이 스마트폰을 이용해 빛으로 뇌의 신경회로를 정교하게 조절할 수 있습니다.

KAIST는 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 연세대 의대 김정훈 교수팀과 공동 연구를 통해 뇌 완전 이식형 무선 광유전학 기기를 개발했다고 26일 밝혔습니다.

이번에 개발된 기술은 장기간에 걸친 동물 실험이 필요한 뇌 기능 연구뿐 아니라 향후 인체에 적용돼 정신질환 및 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환 치료에도 적용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

최근에 개발된 무선 임플란트 기기들은 동물의 행동을 제약하지는 않습니다.

하지만, 주기적인 배터리의 교체가 필요하거나 외부 장비로부터 무선으로 전력을 공급받아야 하므로 독립적이지 못하고 동작이 안정적이지 못하다는 한계가 있습니다.

연구팀은 배터리의 무선 충전과 디바이스의 무선 제어를 가능하게 만드는 무선 회로를 개발해 마이크로 LED 기반의 탐침과 결합했습니다.

이를 통해 동물이 자유롭게 움직이는 상태에서도 배터리의 무선 충전이 가능하고, 스마트폰 앱을 통해 광자극을 무선으로 제어할 수 있는 무게 1.4g의 뇌 완전이식형 기기를 구현했습니다.

 

 

무선 제어용 스마트폰 앱. 연결 가능한 디바이스 선택 화면(맨 왼쪽). 배터리 잔량 확인 및 마이크로 LED 제어 화면(가운데). 스마트폰 앱을 이용한 완전이식된 디바이스의 마이크로 LED 제어(맨 오른쪽). (KAIST 제공) ©뉴스1

 

 

연구팀은 더 나아가 생체 이식 후 기기에 의해 주변 조직 손상방지를 위해 기기를 매우 부드러운 생체적합성 소재로 감싸 생체조직과 같이 부드러운 형태가 되도록 개발했습니다.

연구팀은 이 기기를 LED 탐침이 쥐의 뇌에 삽입된 상태에서 두피 안으로 완전히 이식하고 쥐가 자유롭게 움직이는 상태에서 배터리가 자동으로 무선 충전될 수 있음을 확인했습니다.

또, 연구팀은 중독성 약물인 코카인에 반복적으로 노출된 쥐의 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달했습니다.

이는 코카인으로 인한 행동 민감화 발현을 억제함으로써 광유전학이 코카인에 의한 중독 행동 제어에 적용될 수 있음을 증명해 주고 있습니다.

이번 연구를 주도한 KAIST 정재웅 교수는 "이 기술은 뇌 이식용 기기뿐 아니라 인공 심박동기, 위 자극기 등 다양한 생체 이식용 기기에 범용적으로 적용될 수 있을 것ˮ이라고 말했습니다.

연구팀은 이 기술을 인체에 적용할 수 있도록 기기를 더욱 소형화하고 MRI 친화적인 디자인으로 발전시키는 확장 연구를 계획하고 있습니다.

한편, 이번 연구성과는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션스'1월22일자에 게재됐습니다.


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