“생각만으로 사물을 움직인다”...IBS, 생체 통합 ‘뉴럴 인터페이스’ 개발

IBS 나노의학연구단 연구진이 개발한 뇌·컴퓨터 인터페이스(BCI) 형성 기술. IBS

뇌의 신경신호를 통해 생각만으로 기계를 작동시킬 수 있는 ‘뉴럴 인터페이스’(뇌와 컴퓨터를 연결하는 개념) 전자회로를 두개골 표면에 새길 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

13일 기초과학연구원(IBS)에 따르면 IBS 나노의학연구단 천진우 단장(연세대 특훈교수), 박장웅 연구위원(연세대 신소재공학과 교수), 세브란스병원 신경외과 장진우·정현호 교수 공동 연구팀은 뇌신경세포 수준의 크기와 유연성을 갖는 인공 신경전극을 뇌 안에 이식하고, 신경전극을 통해 검출된 뇌파의 신호를 처리해 전송할 수 있는 전자회로를 두개골 표면에 직접 3D 프린팅하는 기술을 개발했다.

뉴럴 인터페이스는 뇌파를 통해 기계나 전자기기를 제어하는 기술이다. 연구팀은 “사람은 언어나 행동을 통해 생각과 감정을 상대방에게 전달하고, 마우스나 키보드를 이용해 컴퓨터에 명령을 내리지만, 이 기술은 머릿속에 무언가를 떠올리는 것만으로 이를 바로 전달할 수 있는 기술”이라고 설명했다. 말을 하기 어렵거나 몸이 불편한 사람들도 자유롭고 정확하게 의사를 표현할 수 있다는 것이다.

뇌와 컴퓨터를 연결해 뉴럴 인터페이스를 완성하기 위해서는 뇌 내 각 영역에서 발생하는 신호를 감지할 수 있는 삽입형 신경전극과 감지한 신경신호를 외부 기기로 보내고 통신할 수 있는 전자회로가 필요하다.

딱딱한 금속과 반도체 재료들로 이루어진 신경전극은 부드러운 뇌의 신경조직을 파고들어 뇌세포에 손상을 줄 수 있고, 이 손상 때문에 시간이 지나면 전극과 신경세포 사이에 신경신호가 전달되지 않기도 한다. 전자회로 역시 딱딱하기 때문에 이식받은 사람이 이질감과 불편함을 느끼게 된다. 이 때문에 뇌·컴퓨터 인터페이스는 뇌질환 말기 환자의 치료와 진단을 위한 최후의 수단으로만 사용돼 왔다.

연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 기존의 고체 금속 기반과 달리 뇌 조직과 유사한 부드러운 소재인 액체 금속을 이용해 인공 신경전극을 제작했다. 신경세포와 비슷한 지름을 갖는 머리카락 10분의 1 수준의 액체 금속 인공 신경전극은 젤리처럼 말랑말랑하기 때문에 뇌조직 손상을 최소화한다고 연구진은 설명했다.

연구진은 3D 프린팅 기술을 통해 전자회로를 두개골의 곡면을 따라 얇게 형성하고 두피를 봉합함으로써 체내에 무선 전자회로를 제작하는 기술을 개발했다. 연구진은 실험을 통해 8개월 이상 문제 없이 신경신호를 검출하는 데 성공했다.

제1저자 박영근 연구원은 “개발된 뉴럴 인터페이스를 통해 파킨슨병, 알츠하이머병 등 다양한 뇌질환 환자가 질 높은 일상생활을 영위할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

박장웅 연구위원은 “생체의 부드러운 특성과 형태를 해치지 않으며 신경전극과 전자회로를 형성함으로써, 조직 손상을 줄이고 이질감과 불편함을 최소화했다”면서, “이번 연구결과를 통해 생체 통합적인 형태의 뉴럴 인터페이스가 다양한 뇌질환 환자 및 일반 사용자에게 광범위하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

신진호 기자