기초연·KIST, 뇌 인터페이스 신축 전자패치 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 대뇌에 붙이는 뇌 인터페이스 신축성 전자패치를 개발, 뇌 질환 환자별로 다르게 나타나는 증상 정도를 뇌파로 진단하고 맞춤 치료하는 시대를 열었다.

기초과학연구원(IBS)은 뇌과학 이미징 연구단 손동희·신미경 연구위원 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 김형민 책임연구원 연구팀과 대뇌에 균일하게 밀착하고 견고히 부착되는 새로운 뇌 인터페이스 신축성 전자패치를 개발했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 이를 통해 초음파 신경 자극에도 잡음 없는 뇌파를 계측, 병리적 뇌파를 진단하면서 적시에 치료 조건을 조정하는 ‘환자맞춤형 뇌질환 제어 전자약 기술’을 처음으로 구현했다.

전 세계 수천만 명 이상의 환자가 약물치료가 통하지 않는 난치성 뇌 질환을 앓고 있다.

이에 연구팀은 대뇌피질 곡면을 따라 균일하게 밀착하면서 조직 표면에 견고히 부착돼 뇌파를 측정하는 ‘형상변형 대뇌피질접착 신축성 전자패치’를 개발했다.

이는 접착 하이드로젤과 형상변형 기판으로 구성된 이중층 패치와 신축성 있는 구불구불한 배선 구조의 다중채널 미세전극소자를 결합해 제작됐다.

개발한 전자패치를 대뇌 조직에 적용하면 접착 하이드로젤이 접촉면에서 체액을 흡수해 수 초 이내에 팽윤하며 표면에 부착된다.

이 같이 뇌 표면에 견고히 접합된 전자패치는 음압 진동에도 안정적으로 고정돼 잡음 발생을 억제하고 대뇌피질전도를 고품질로 측정 가능하게 했다.

이로써 연구팀은 연속적인 초음파 자극 환경에서 병적인 뇌파의 강도를 실시간 진단하면서 적시에 신경 자극 조건을 조정해 환자를 개별로 치료하는 환자맞춤형 뇌질환 제어 전자약 기술을 처음으로 구현해 냈다.

연구팀은 이 기술을 뇌전증이 유발된 쥐 모델에 적용한 결과, 전자패치는 자유롭게 움직이는 동물에 이식된 상태에서도 안정적인 뇌파 모니터링 성능을 유지했다.

또 발작에 선행하는 병리적 고주파 신호를 정밀 포착해 수 분 이내로 발생하는 본격적인 발작 증상을 정확히 예측하고 초음파 자극을 가동했다.

이 밖에도 초음파 자극이 가해지는 동안 발작성 뇌파를 왜곡 없이 감지해 치료 효과가 충분치 않으면 자극 조건을 즉각 조정함으로써 발작 증상을 성공적으로 억제했다.

손동희 연구위원은 “초음파 자극에 반응하는 개별 환자의 뇌 신경 활동을 처음으로 실시간 계측할 수 있게 돼 맞춤형 뇌질환 치료기술에 한 발짝 다가섰다”며 “향후 난치성 신경질환의 정밀 진단 및 개인맞춤형 치료를 가능케 하는 차세대 전자약 핵심기술로 자리할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구 결과는 전자공학 분야 최고 권위지인 ‘네이처 일렉트로닉스' 온라인에 지난 11일 게재됐다.

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