빛도 통하고 신호도 읽는다…KIST, 인공시각 전극 개발

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초박막 투명 금 전극으로 빛 전달·신경신호 기록 동시 구현

실명 쥐서 정상 시각 뇌신호와 78% 유사 반응 확인

(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 성혜정 선임연구원과 임매순 책임연구원 공동연구팀이 빛을 뇌에 전달하고 빛 자극으로 발생한 신경 신호를 기록할 수 있는 초박막 투명 신경 전극을 개발했다고 30일 밝혔다.

망막색소변성증과 같은 눈 세포가 손상된 경우는 뇌 시각 중추가 온전하게 남아 있어 눈을 거치지 않고 뇌를 자극하면 다시 볼 수 있는 가능성이 있다.

이런 인공시각을 구현하려면 신경세포에 빛을 전달하는 광유전학 기술이 필요하지만, 기존 금속 전극은 광유전학을 위한 빛 투과를 막거나 강한 전기 잡음이 뇌 신호를 덮어버리는 문제가 있었다.

연구팀은 머리카락 두께 15분의 1 수준인 4마이크로미터(㎛,100만분의 1m) 두께 투명 전극을 개발했다.

전극에 금속을 입히기 전 표면에 특수 코팅을 적용하는 방식으로 금 원자가 물 위 기름처럼 얇고 고르게 펼쳐지도록 해 금 박막 두께를 100㎚(나노미터=10억분의 1ｍ)에서 10㎚까지 줄였다.

이렇게 만든 전극은 빛을 65% 이상 통과시키면서 기존 수준 전기 신호 측정 성능을 유지했다.

또 빛을 자극할 때 발생하는 잡음은 74% 줄였고, 2만 번 구겼다 펴는 실험에서도 성능이 유지되는 것을 확인했다.

연구팀은 실명한 쥐의 뇌 표면에 이 전극을 올리고 광유전학 기술로 신경세포를 자극해 정상 시각 쥐의 뇌 신호와 78% 일치하는 인공시각 신경신호가 생성되는 것도 확인했다.

연구팀은 이런 원리를 청각과 촉각 담당 뇌 부위에도 활용할 수 있고, 뇌-신경 인터페이스(BCI) 부품으로도 활용할 수 있을 것으로 기대했다.

임 책임연구원은 "빛과 신호 기록을 동시에 처리할 수 있어 첨단 BCI 시스템으로 발전할 수 있는 토대가 되고, 난치성 신경·감각 질환으로 고통받는 국민 삶의 질 향상에 한 걸음 더 다가설 것으로 기대된다"고 말했다.

연구결과는 지난달 26일 국제학술지 '어드밴스트 펑셔널 머티리얼스'에 표지논문으로 실렸다.

shjo@yna.co.kr

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