인공 뇌 신호 측정 '3D 뇌지도' 제작..뇌질환 치료제 개발 단축

- KIST 조일주·최낙원 박사팀, 뇌신호 분석 시스템 개발

3차원 다기능 신경신호 측정시스템으로 3차원 인공 뇌회로를 실시간으로 측정하고 있다.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 3차원 형태의 인공 뇌를 제작하고 신경신호를 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 이를 통해 다양한 뇌 질환 치료제 개발기간을 획기적으로 줄일 수 있게 될 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 조일주‧최낙원 박사팀이 입체 형태의 인공 뇌 회로를 망가뜨리지 않고 정밀하게 자극하고 세포 단위의 신경 신호를 내부의 여러 곳에서 실시간으로 측정할 수 있는 초소형 분석 시스템을 개발했다고 밝혔다.

연구진이 개발한 3차원 다기능 신경 신호 측정 시스템은 머리카락 절반 정도인 50㎛ 두께의 실리콘 탐침 어레이에 63개의 침 형태의 전극을 집적한 형태로, 인공 뇌에 꽂아 뇌 신경망 회로 내부 여러 곳의 신호를 동시에 측정할 수 있다. 탐침 내부에는 광섬유와 약물 전달 채널이 집적돼 있어 뇌 세포를 빛이나 약물로 정밀하게 자극, 자극에 반응하는 인공 뇌 회로의 기능 변화를 측정함으로써 인공 뇌를 이용한 뇌 기능 및 질환 연구를 가능하게 만들었다.

연구팀은 개발된 시스템을 이용해 인공 뇌의 뇌세포를 빛으로 자극하고 이에 반응 전파되는 신호를 여러 곳에서 동시에 측정, 뇌 신호의 전파속도가 뇌세포 부위별로 다름을 밝혀내었다. 뇌지도를 작성함에 있어 전자현미경을 통해 제작할 수 있는 구조적 뇌 지도뿐만 아니라 복잡한 인공 뇌 회로망 내에서 뇌 회로가 어떻게 기능적으로 연결돼 있는지를 보여주는 3차원 기능적 뇌지도를 작성할 수 있는 가능성을 확인했다.

3D 인공 뇌 회로와 자극 및 신경신호 측정을 위한 3차원 다기능 전극 어레이.[KIST 제공]

조일주 박사는 “기존에는 불가능하였던 3차원의 인공 뇌 기능 측정을 가능하게 하는 시스템 개발로 다양한 뇌 질환 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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