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뇌세포처럼 반응하는 '인공 뇌세포' 첫 개발

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뇌세포처럼 반응하는 '인공 뇌세포' 첫 개발

2019.12.04 01:00
영국과 스위스 과학자들이 실제 뇌세포 활동을 모방해 개발한 인공 뇌세포. 동전보다 약간 작은 크기다. 영국 바스대 제공
영국과 스위스 과학자들이 실제 뇌세포 활동을 모방해 개발한 인공 뇌세포. 동전보다 약간 작은 크기다. 영국 바스대 제공

영국과 스위스 과학자들이 실제 뇌세포처럼 전기에 반응하는 인공 뇌세포를 처음으로 개발했다. 

 

영국 바스대와 브리스톨대, 스위스 취리히연방공과대 등 연구팀은 해마와 호흡에 관여하는 부분에서 일어나는 활동을 단순화시켜 모방한 인공 뇌세포를 만들었다고 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 3일 공개했다. 

 

학계에서는 뇌에서 일어나는 여러 생리적인 반응을 관찰하고 알츠하이머 치매 등 뇌질환 치료 방법을 개발하기 위해 뇌세포를 흉내 낸 인공 뇌세포를 개발해 왔다. 하지만 뇌세포의 개수가 너무 많고, 뇌세포 간 상호작용이 복잡하게 얽혀있어 번번이 실패했다. 

 

뇌세포가 활성화하면 이온채널이 열리고 칼슘이나 나트륨, 염소 등 이온이 세포 안팎으로 이동하면서 전기신호가 이동한다. 연구팀은 이온채널들이 어떻게 반응하는지 정확하게 모델링해 인공 뇌세포를 구현했다.

 

연구팀은 인공 뇌세포에 60가지 패턴으로 전기 자극을 주는 실험을 진행했다. 그 결과 실제로 해마와 호흡 영역에서 일어나는 것과 비슷하게 전기적인 활동이 일어났다. 심지어 호흡 영역에서는 인공 뇌세포들이 실제 뇌세포처럼 호흡 리듬과 심장 리듬을 맞췄다.

 

알랭 노가레 바스대 물리학과 교수는 "이 호흡과 심박간 리듬 결합이 깨지면 수면무호흡증이나 심부전, 부정맥 등이 발생할 수 있을 만큼, 인공 뇌세포를 활용해 호흡과 심박을 맞추는 의료용 이식장치로 개발할 수 있을 것"이라며 "인공 뇌세포에 발생하는 전력은 140nW(나노와트·10억분의 1와트)로 컴퓨터 중앙처리장치의 10억 분의 1 수준이기 때문에 인체에도 무해하다"고 설명했다. 

 

지아코모 인디베리 취리히연방공과대 신경과학과 교수는 "이번 연구를 통해 뇌세포 반응을 제어하는 정확한 매개변수를 매우 정확하게 추정할 수 있었다"며 "추후 다양한 영역과 유형, 기능에 따라 뇌세포를 모방해 연구할 수 있을 것"이라고 기대했다.

 

연구팀은 이 인공 뇌세포를 이용해 알츠하이머 치매나 심장마비 등 만성 질환을 치료하는 방법을 찾을 예정이다.

 

알랭 노가레 영국 바스대 물리학과 교수(왼쪽)와 카말 아부핫산 바스대 물리학과 연구원(오른쪽)이 인공 뇌세포의 전기적인 활동을 관찰하고 있다. 영국 바스대 제공
알랭 노가레 영국 바스대 물리학과 교수(왼쪽)와 카말 아부핫산 바스대 물리학과 연구원(오른쪽)이 인공 뇌세포의 전기적인 활동을 관찰하고 있다. 영국 바스대 제공

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