- KAIST·연세대, 인터넷으로 원격 제어 초소형 뇌 이식 장치 개발 - 약물 투여·빛 자극 동시에 가능, 자유롭게 움직이는 동물 장기간 실험 - 쥐 중독 행동 조절 가능성 확인, 우울증·퇴행성 뇌질환 연구활용 기대 이번 연구를 수행한 KAIST, 연세대 공동연구진. 정은영(왼쪽부터) KAIST 박사과정, 정재웅 KAIST 교수, 김화영 연세대학교 의과대학 교수, 박종우 연세대학교 의과대학 박사과정.[KAIST 제공] [헤럴드경제=구본혁 기자] 미국 시카고에서 한국 대전에 있는 ‘뇌’를 실시간으로 조절하는데 성공했다. 국내 연구진이 수천㎞ 떨어진 곳에서도 뇌에 약물을 투여하고 빛으로 특정 신경세포를 자극할 수 있는 기술을 개발했다. KAIST는 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 연세대 의과대학 김화영 교수 연구팀과 공동으로 약물 전달과 빛 자극, 무선 통신, 인터넷 원격제어 기능을 하나로 합친 IoT(사물인터넷) 기반 무선 뉴럴 임플란트(뇌 이식 장치)를 개발했다고 27일 밝혔다. 기존 뇌 연구에서는 실험동물의 뇌에 약물을 넣거나 신경을 자극하기 위해 복잡한 선이 연결된 장비를 사용하는 경우가 많았다. 파칭코슬롯 실험동물이 자유롭게 움직이는 상태에서 자연스러운 행동을 관찰하기 어렵다는 한계가 있었다. 무선 장치도 연구자가 실험동물 가까이에서 직접 조작해야 해 거리와 실험환경의 제약이 컸다. 연구팀은 이 같은 한계를 해결하기 위해 뇌 이식 장치를 인터넷에 연결했다. 개발된 장치는 연구자가 실험실에 없어도 원하는 시간에 맞춰 약물을 투여하거나 특정 신경세포에 빛 자극을 가할 수 있다. 미리 설정한 프로그램에 따라 자동으로 작동시키는 것도 가능하다. 장치 내부에는 원하는 뇌 부위에 약물을 전달하는 미세 유체 시스템과 특정 신경세포를 빛으로 조절하는 초소형 발광다이오드(LED)가 탑재됐다. 약물과 빛을 각각 독립적으로 조절할 수 있어 서로 다른 방식의 뇌 자극을 하나의 장치에서 구현할 수 있다. 특히 약물 저장소를 교체할 수 있도록 설계했다. 저장된 약물이 떨어질 때마다 뇌에 장치를 다시 이식할 필요 없이 카트리지를 교체해 약물을 보충할 수 있다. 역류를 방지하는 구조와 약물 투여량을 조절할 수 있는 펌프도 적용했다. IoT(사물인터넷) 기반 무선 뇌 이식 장치 연구성과(AI 생성 이미지).[KAIST 제공] 추천릴게임 연구팀은 자유롭게 움직이는 쥐를 대상으로 장치의 성능을 검증했다. 무선으로 약물을 전달하는 동시에 특정 뇌 신호를 빛으로 조절하는 데 성공했다. 특히 코카인 조건화 실험에서 반복적인 약물 조절과 독립적인 광유전학적 자극이 가능하다는 .을 확인했다. 무엇보다 이번 기술은 뇌 실험의 ‘거리 장벽’을 허물었다는 데 의미가 있다. 연구자가 실험동물 옆에서 장치를 직접 조작하는 방식에서 벗어나 서로 떨어진 연구실에서도 장기간 반복적인 뇌 회로 연구가 가능한 플랫폼을 제시했다. 이를 활용하면 중독이나 우울증, 퇴행성 뇌질환처럼 짧은 순간이 아니라 오랜 기간 뇌 회로와 행동이 어떻게 변화하는지를 추적하는 연구에 활용할 수 있다. 향후 뇌 상태를 감지하는 센서와 인공지능(AI)을 결합하면 이상 신호를 포착해 필요한 순간에 약물을 투여하거나 신경을 자극하는 지능형 이식 의료기기로 발전할 가능성도 있다. 정재웅 KAIST 교수는 “빛과 약물을 이용한 무선 뇌 이식 장치를 단순한 근거리 조작 도구에서 장기간·반복적·원격 실험이 가능한 IoT 뇌공학 플랫폼으로 확장했다는 데 의미가 있다”며 “장기적으로 뇌 질환의 진단과 치료를 위한 지능형 이식형 의료기기 개발에 응용될 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 게재됐다. 움직이는 상태에서