유무선 인터넷으로 뇌 신경회로 원격 제어한다

한미 공동 연구팀

정재웅 KAIST 전기및전자공학부 교수팀이 시간과 장소에 상관없이 인터넷 웹사이트를 통한 원격 동물 뇌 제어 시스템을 개발했다. KAIST 제공.

국내 연구진이 인터넷을 이용해 뇌 신경회로를 원격 제어할 수 있는 무선 네트워크 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 시간과 장소에 구애받지 않고 동물의 뇌 신경회로를 정교하게 제어할 수 있다.

정재웅 KAIST 전기및전자공학부 교수는 미국 워싱턴대, 콜로라도대 연구팀과 사물인터넷(IoT) 기반의 뇌 신경회로 원격제어 시스템을 개발했다고 8일 밝혔다. KAIST와 한국연구재단, 미국 국립보건원의 지원을 받은 이번 연구는 국제학술지 `네이처 바이오메디컬 엔지니어링' 지난달 25일자에 게재됐다.

이번 개발 기술은 많은 시간과 인력이 있어야 하는 뇌 연구와 다양한 신경과학 연구를 자동화해 다양한 퇴행성 뇌 질환과 정신질환의 발병 기전 규명과 치료법 개발의 가속화에 크게 기여할 것으로 기대된다. 또한, 먼 거리에 있는 환자의 질환을 원격으로 치료하는 원격 의료 구현에도 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 

근본적인 뇌 질환 치료법 개발을 위해 연구의 효율성을 극대화할 새로운 기술 개발이 이뤄지고 있다. 기존 뇌 연구에 사용되던 신경과학 장치들은 외부 장비와 선으로 연결된 유선 방식으로 구동됐다. 이런 방식은 실험동물을 물리적으로 제약함에 따라 연구자가 실험에 직접 개입하면서 실험동물의 행동에 영향을 주게 된다. 이로써 정확한 뇌 연구 결과 도출을 어렵게 만든다.

연구팀은 사물인터넷 기술을 접목해 다수의 뇌 이식용 기기들을 인터넷으로 동시 제어하거나 예약된 일정에 따라 기기들이 자동으로 구동되도록 하는 무선 네트워크 시스템을 개발했다. 실험을 수행하는 연구자는 이 시스템으로 인터넷 웹사이트 기반의 무선 네트워크 플랫폼을 통해 뇌 이식용 장치의 원격제어, 자동화된 데이터 수집, 뇌 회로 제어 스케줄링 등의 다양한 기능을 손쉽게 구현할 수 있다. 

연구팀은 수십 마리의 쥐에 이 시스템을 적용해봤다. 자체 제작한 무선 장치(뉴럴 임플란트)를 쥐에 이식하고, 뇌 신경회로를 빛을 이용하는 광유전학 방식으로 정교하게 원격 제어했다. 이를 통해 쥐의 먹이 섭취량, 활동량, 다른 쥐들과의 사회적 상호작용 빈도를 성공적으로 조절했다. 또 예약이 설정된 대로 다수 동물의 뇌 신경회로를 동시에 독립적으로 원격 제어할 수 있음을 보임으로써, 완전 자동화된 뇌 연구 실험에 적용 가능함을 입증했다.

연구팀은 이 기술이 더 광범위하게 뇌 과학 연구와 치료에 사용되도록 인공지능(AI) 기반의 실시간 뇌파 원격 모니터링 기술을 개발하고 접목하는 연구를 계획하고 있다.

정 교수는 “인간개입을 최소화함으로써 뇌 연구의 효율을 높이고 실험의 불확실성을 크게 줄일 수 있을 것”이라며 “뇌 연구뿐만 아니라, 동물 실험이 요구되는 신약 개발, 병원 방문 없이 뇌 질환과 다양한 질병을 치료하기 위한 원격 의료 구현에도 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.

[서동준 기자 bios@donga.com]