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사람의 생각 읽고 뇌 질환 치료 돕는 초소형 ‘브레인칩’

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사람의 생각 읽고 뇌 질환 치료 돕는 초소형 ‘브레인칩’

2019.08.23 08:59
조일주 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 연구팀은 뇌 신호를 읽고 신경세포에 자극을 동시에 주는 초소형 브레인칩을 개발했다. 조일주 책임연구원 제공
조일주 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 연구팀은 뇌 신호를 읽고 신경세포에 자극을 동시에 주는 초소형 브레인칩을 개발했다. 조일주 책임연구원 제공

사람의 생각을 읽고 뇌 질환을 치료하는 다목적 뇌 임플란트 칩이 국내에서 개발됐다. 기술을 좀더 끌어올리면 언어 장애가 있는 사람도 생각만 하면 상대에게 글을 전달하고 뇌 질환에 걸린 환자를 치료하는 길이 열릴 것으로 기대를 모은다.

 

조일주 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 연구팀은 뇌 신호를 읽고 신경세포에 자극을 동시에 주는 초소형 브레인칩을 개발하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

 

뇌에 전극을 꽂아 뇌가 내는 신호를 읽어 사람의 의도를 읽거나 반대로 뇌에 자극을 줘 뇌질환을 고치는 기술 모두 현실에 가까워지고 있다. 테슬라 창업주 일론 머스크가 투자한 뇌-기계 인터페이스를 개발하는 기업인 ‘뉴럴링크’는 지난달 15일 기자회견을 열고 뇌에 전극을 심어 컴퓨터와 연결하는 기술을 공개했다. 파킨슨병 환자 등을 대상으로 뇌에 전극을 심어 자극해 병을 치료하는 기술인 뇌심부자극술도 활용되고 있다. 하지만 이 둘을 동시에 구현하는 기술은 없었다.

 

연구팀은 머리카락보다 가는 40마이크로미터(㎛, 100만 분의 1m) 두께의 탐침 4개가 달려있는 브레인칩을 개발했다. 탐침별로 뇌의 전기 신호를 읽고 전기자극도 가할 수 있는 전극 8개를 심었다. 탐침은 형광등처럼 빛이 나고 주사바늘처럼 약물이 나오는 구조다. 기존에 개발된  브레인칩과 비교해 두께가 5분의 1 수준으로 심을 때 뇌 조직의 손상을 최소화했다. 연구팀은 “뇌조직 손상이 줄어들었음을 조직 면역 반응 염색을 통해 확인했다”고 설명했다.

 

연구팀은 생쥐의 기억을 담당하는 뇌 속 해마 부위에 칩을 삽입해 뇌의 신호를 신경세포 단위로 정밀하게 측정했다. 브레인칩은 신경세포 하나하나로부터 신호를 읽어들이고 빛과 약물을 수 초 내로 세포에 직접 전달했다. 브레인칩은 빛과 약물로 기억을 조절하는 뇌 부위인 해마의 뇌 세포를 자극해 신경세포 연결성을 조절하는 데도 성공했다.

 

브레인칩은 뇌의 신호를 읽는 것 뿐 아니라 뇌 질환 치료에도 활용될 수 있을 전망이다. 조 책임연구원은 “뇌 질환은 뇌 회로가 끊어졌거나 반대로 서로 이어지지 않아야 할 뇌 회로가 연결되며 나타난다”며 “칩을 이용해 뇌 상태를 분석하고 뇌 회로가 끊어진 곳을 연결할 때는 연결성을 높이는 자극을, 잘못 연결된 곳에는 약화하는 자극을 줄 수 있다”고 설명했다.

 

연구팀은 무선 브레인칩도 개발해 생쥐 여러 마리를 동시에 관찰하고 제어하는 실험도 진행하고 있다. 조 책임연구원은 “향후 인간을 대상으로 한 뇌와 컴퓨터 간 인터페이스 시스템과 뇌질환 치료 기기에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 발표했다.

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