뇌·컴퓨터 인터페이스 신호 1년 이상 기록한다

차세대 신경 전극 코팅 기술 개발

서정목 연세대 교수, 박성준 서울대 교수, 김태영 연세대 박사, 손연주 KAIST 연구원(왼쪽부터). 연세대 제공.

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)의 안정성을 높이는 차세대 신경 전극 표면 코팅 기술이 개발됐다. 1년 이상 안정적인 뇌 신호 기록이 가능해져 차세대 BCI 임상 적용과 인간기계 상호작용 기술 발전이 기대된다.

연세대는 서정목 전기전자공학과 교수 연구팀이 박성준 서울대 교수팀 등과 함께 BCI 기술의 장기 안정성을 획기적으로 높일 수 있는 신경 전극 표면 코팅 기술 ‘TAB 코팅’을 개발했다고 22일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.

BCI는 중증 마비 환자의 의사소통과 재활을 넘어 인간과 기계 간 상호작용을 가능하게 하는 차세대 핵심 기술로 주목받고 있다. 실제 해외에서는 BCI를 통해 뇌 신호만으로 컴퓨터 커서를 조작하거나 온라인 게임을 수행하는 영상이 공개되며 기술의 잠재력이 빠르게 커지고 있다.

BCI 기술을 실제 환자 치료나 인간기계 상호작용에 적용하려면 오랜 기간 동안 신경 신호를 안정적으로 기록할 수 있어야 한다. 그러나 전극이 뇌에 들어가면 작은 움직임이나 염증 반응 때문에 뇌 조직이 손상되기 쉽다. 그 결과 뇌 세포 주변에 흉터가 생기거나 신호가 점점 약해져 몇 달이 지나면 제대로 기록되지 않는 문제가 있다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘TAB 코팅(Targeting-specific interaction and Blocking nonspecific adhesion)’ 기술을 개발했다. 전극 표면에서 염증을 유발하는 세포와 단백질이 달라붙는 것을 막는 한편 뇌 신경 세포와는 안정적으로 연결되도록 설계된 지능형 코팅이다.

TAB 코팅은 BDNF(뇌 유래 신경 영양 인자)를 전극에 안정적으로 고정시켜 신경 세포와 주변 지지 세포가 전극과 선택적으로 상호작용하도록 돕는다. 이를 통해 전극이 장기간 안정적으로 신경 신호를 기록할 수 있게 된다.

연구팀은 TAB 코팅을 적용한 신경 전극으로 1년 이상 안정적인 뉴런 활동을 기록하는 데 성공했다. 실험 결과 신호 대 잡음비(SNR)가 유의미하게 향상됐고 장기간 사용에도 염증 반응이나 신호 저하 없이 일관된 성능을 유지했다. 이는 기존 BCI 기술의 가장 큰 한계를 뛰어넘는 성과로 평가된다.

서 교수는 “TAB 코팅은 원치 않는 부착은 차단하고 원하는 상호작용만 선택적으로 유도하는 지능형 기술"이라며 “인간 뇌와 전자 시스템의 안정적인 연결을 위한 중요한 전환점이 될 것”이라고 말했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1126/sciadv.adz1228
 

[정지영 기자 jjy2011@donga.com]