[더테크 이지영 기자] 미국 시카고에서 한국 대전에 있는 초소형 뇌 이식 장치를 인터넷으로 실시간 조작하는 기술이 개발됐다. 약물 전달과 빛을 이용한 신경 자극까지 원격으로 제어할 수 있어 장소와 거리의 제약을 넘어 장기간 뇌 회로를 연구할 수 있는 기반이 마련됐다.

KAIST는 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 연세대학교 의과대학 김화영 교수 연구팀과 공동으로 약물 전달, 빛 자극, 무선 통신, 인터넷 원격 제어 기능을 통합한 사물인터넷(IoT) 기반 무선 뉴럴 임플란트를 개발했다고 27일 밝혔다.

기존 뇌 연구는 실험동물에 연결된 장비를 사용하거나 무선 장치도 가까운 거리에서 연구자가 직접 조작해야 해 동물의 자연스러운 행동을 장기간 관찰하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 뇌 이식 장치를 인터넷에 연결해 연구자가 실험실에 없어도 약물을 투여하거나 빛으로 특정 신경세포를 조절할 수 있도록 했다. 정해진 시간에 자동 작동하도록 설정하는 것도 가능하다.

각설탕 정도 크기의 장치에는 뇌의 특정 부위에 약물을 전달하는 미세 유체 시스템과 신경세포를 빛으로 조절하는 마이크로 발광다이오드(Micro LED)가 탑재됐다. 약물 저장소는 자석으로 탈부착할 수 있어 재수술 없이 약물을 보충할 수 있다.

연구팀은 실제 쥐에 장치를 이식해 4주간 성능을 검증했다. 특히 미국 시카고의 연구자가 인터넷을 통해 한국 대전에 있는 장치를 실시간으로 조작하는 데 성공해 국가 간 원격 제어 가능성을 확인했다.

또 쥐의 뇌에 코카인을 무선으로 투여하면서 특정 신경세포에 빛 자극을 가한 결과, 중독 관련 행동 반응을 억제할 수 있음을 확인했다. 약물 전달과 광 자극을 결합한 뇌 회로 연구 가능성을 보여준 것이다.

이번 기술은 자유롭게 움직이는 동물을 대상으로 장기간 뇌 회로와 행동의 관계를 연구할 수 있어 중독·우울증·퇴행성 뇌 질환 연구에 활용될 것으로 기대된다. 향후 센서와 AI 기술을 결합하면 뇌 상태에 따라 필요한 시점에 약물이나 신경 자극을 제공하는 지능형 이식형 의료기기로 확장할 가능성도 있다.

정재웅 KAIST 교수는 “장기간·반복적·원격 실험이 가능한 IoT 뇌공학 플랫폼으로 확장했다는 데 의미가 있다”며 “뇌 질환 진단과 치료를 위한 지능형 이식형 의료기기 개발에 응용될 것으로 기대한다”고 말했다.