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뇌 신경공학에도 '무어의 법칙' 있다

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2019년 05월 22일 09:06 프린트하기

세계적인 신경공학자인 윤의식 미국 미시건대 교수는 “뇌과학자와 공학자가 만나는 국제학술교류를 통해 뇌과학 발전을 가속할 수 있다” 고 말했다. 하지만 그가 제안해 미국 국립과학재단(NSF)의 지원을 받던 국제신경공학프로그램(IPAN)과 학술대회 ICAN은 2020년 지원이 종료된다. 윤신영 기자
세계적인 신경공학자인 윤의식 미국 미시건대 교수는 “뇌과학자와 공학자가 만나는 국제학술교류를 통해 뇌과학 발전을 가속할 수 있다” 고 말했다. 윤신영 기자

2016년부터 국제 뇌공학 연구 및 교육 프로젝트인 국제신경공학프로그램(IPAN)을 이끌고 있는 윤의식 미국 미시건대 전자공학과 교수는 21일 서울 성북구 한국과학기술연구원(KIST)에서 가진 인터뷰에서 “뇌과학의 발전을 가속화하는 뇌과학-공학 학제간 프로그램을 계속 이어갈 방법을 찾고 있다”고  말했다. 윤 교수는 IPAN이 개최하는 국제 뇌과학 학술대회인 제4회 국제신경공학컨퍼런스(ICAN)에 20일부터 참석했다. 

 

IPAN은 미국의 통 큰 국제협력연구 지원 정책에 따라 시작될 수 있었다. 윤 교수는 “4년 전, 미국에서는 미국 내에서 혼자 하기 힘든 연구를 선정해 국제 협력 연구를 지원하는 프로그램을 공모했다. 동남아시아 지역의 멸종위기종을 조사하는 연구, 북극 연구 등과 함께 선정된 게 뇌과학과 공학자의 협력연구인 IPAN이었다”고 설명했다. 미국이 지닌 지역적 한계를 극복할 연구 주제 틈바구니에서 IPAN이 선정된 것은 우연이 아니다. 과학과 공학은 중요한 협력 연구 대상이지만, 그만큼 관심사와 논리가 다른 분야기도 하다.


윤 교수는 뇌 분야에서는 공학과 과학이 떼려야 뗄 수 없는 단계에 돌입했다고 강조했다.  그는 “뇌공학의 발견이 뇌과학의 발견을 가속화하는 시대에 돌입했다”며 “공학자가 만약 자신들끼리 연구해 아무도 쓰지 않을 기술을 개발하면 임팩트(영향력)가 없다. ‘고객(뇌과학자)’이 무엇을 필요로 하는지 들어야 임팩트 있는 연구를 할 수 있다. 그게 내가 IPAN을 시작한 이유”라고 강조했다. 

 

윤 교수가 뇌공학과 뇌과학 연구 및 교육의 가교 역할을 자청한 것은 그 스스로가 세계의 뇌 연구 방법을 혁신한 정상급 공학자이기 때문이다. 미세전자소자(MEMS) 전문가인 윤 교수는 신경공학의 메카 중 하나인 미시건대 교수로 재직하며 신경공학을 본격적으로 연구하기 시작했다.

 

윤의식 교수팀이 개발해 지난해 발표한 광유전학용 전극의 개념도다. 윤 교수팀은 전기생리학 및 광 분야 신경공학 기술을 지금도 꾸준히 연구하며 공학과 과학계를 연결하고 있다. 마이크로시스템 및 나노엔지니어링 제공
윤의식 교수팀이 개발해 지난해 발표한 광유전학용 전극의 개념도다. 윤 교수팀은 전기생리학 및 광 분야 신경공학 기술을 지금도 꾸준히 연구하며 공학과 과학계를 연결하고 있다. 마이크로시스템 및 나노엔지니어링 제공

2000년대 후반 등장해 전세계 뇌과학 연구 트렌드를 바꾼 신기술인 ‘광유전학’을 실제 연구 현장에서 활용할 수 있도록 탐침으로 개발한 사례가 유명하다. 광유전학은 뇌 안에 빛을 비춰 뇌세포 하나하나를 각기 조절할 수 있는 획기적인 기술인데, 초기에는 손쉽게 연구에 활용할 수 있는 기술이 없어 연구자들이 그림의 떡처럼 보고만 있었다. 윤 교수팀은 광유전학용 탐침 개발에 뛰어들어 휘어지면서 정확한 연구 결과를 내놓는 탐침을 2008년 완성했다. 신희섭 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단장은 “전세계 뇌 연구실이 윤 교수가 만든 탐침과 기술을 쓰고 있다”며 “윤 교수는 신경공학 분야에 큰 영향을 미쳤다”고 평했다.

 

현재 윤 교수와 ICAN이 다루는 신경공학 기술은 흔히 뇌파라고 불리는 전기 신호를 다루는 전기생리학 분야, 그 중에서도 특히 탐침을 내부에 이식하는 침습적 전기생리학 분야에 집중돼 있다. 그 외에 광유전학과 광학 영상 분야를 다룬다. 모든 뇌공학을 다루지는 않지만, 주요 분야는 다 포함하고 있다. 윤 교수는 “이들 분야만 해도 폭발적인 성장이 목전에 있다”며 “마치 반도체의 무어의 법칙처럼 이 분야 기술로 다룰 수 있는 신경세포의 수가 기하급수적으로 늘고 있다. 현재 1000개의 신경세포를 다룰 수 있는 수준인데 7년에 2배 꼴로 가파르게 늘어나고 있는 중”이라고 말했다.

 

윤 교수는 이런 신기술을 바탕으로 뇌과학자들로 하여금 뇌의 기능적 연결성 지도와 구조(세포 차원) 연결성 지도를 완성하게 하는 게 목표라고 밝혔다. 최근 늘어나고 있는 우울증과 치매, 파킨슨병, 뇌전증 등을 치료하려면 먼저 뇌를 이해해야 하며, 기능 및 구조 연결성 지도는 뇌를 이해하기 위한 최소한의 정보를 줄 것이라는 게 그의 생각이다.

 

그는 “향후 10년 동안 뇌를 이해하고 병을 치료할 새로운 접근법이 등장할 수 있도록 공학자로서 노력할 예정”이라며 “한편 뇌과학, 공학은 인류의 마지막 미지의 영역으로 앞으로도 할 연구가 많은 만큼 ICAN과 같은 프로그램을 통해 젊은 연구자와 중고등학교 학생에게까지 널리 알리려는 시도도 계속하겠다”고 말했다.
 

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