신경신호 전달 섬유 개발

"인공 팔·다리에 활용"

척수를 통해 신경 신호를 효과적으로 전달할 수 있는 소재가 개발됐다. 이는 인공팔이나 인공다리의 성능을 향상하는데 적용할 수 있다.

미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진은 이런 섬유를 제작해 30일 국제학술지 ‘사이언스 어드밴스'(Science Advances)에 발표했다.

이번 연구를 진행한 박성준(공동 1저자) MIT 연구원은 “척수를 빛으로 자극하는 동시에, 그에 대한 반응을 전기 자극으로 읽어 컴퓨터로 옮기는 일을 가능하도록 만들었다”며 “척수가 손상되지 않게 유연한 재료를 사용한 것도 장점 중 하나”라고 설명했다.

현재 신경세포의 활동을 빛으로 조절하는 ‘광유전학'(optogenetics)이라는 기술이 있다. 이를 적용하면 특정 종류의 신경세포만을 자극할 수 있고, 척수나 근육에서도 한 가지 움직임만을 조정할 수도 있다.

다만 이 기술을 쓰려면 손실 없이 빛을 전달하는 광통로(waveguide)가 필요하다. 이는 광통신에서 쓰는 ‘광섬유'(optical fiber)와 같은 것이다.

또 신경세포의 ‘언어’인 전기 신호도 읽을 수 있도록 이를 은나노 물질로 코팅했고 몸에 들어가도 거부반응이 없게 표면을 다시 고분자 물질로 감쌌다. 이렇게 만든 섬유는 실제 포유류의 척수 신경보다 유연하면서도 탄력이 있는 것으로 확인됐다.

연구진이 이를 쥐 척수 하부에 신경 대신 이식한 결과 쥐는 척수로 내려오는 전기 신호를 정확하게 인식해 뒤의 신경에 전달했다. 이 과정을 통해 쥐는 뒷다리를 움직였다.

파란색으로 빛나는 실이 MIT 연구진이 개발한 섬유다. ⓒ 사이언스 어드밴스 제공

파란색으로 빛나는 실이 MIT 연구진이 개발한 섬유다. ⓒ 사이언스 어드밴스

박 연구원은 “이 섬유를 척수에 연결하면 말초신경의 신호를 조절하고 전달할 수 있으므로 뇌-기계 인터페이스(BMI)에도 적용할 수 있을 것”이라며 “우리 연구진의 최종 목표는 장애인이나 전신마비 환자들이 생각만으로 인공 팔·다리를 움직여 불편 없이 살아가는 세상을 만드는 것”이라고 밝혔다.

연구진은 다른 동물이나 사람에도 쓸 수 있도록 섬유를 더욱 안정하면서도 생체에 적합하게 제작할 예정이다.

한편 박 연구원은 서울대 기계항공공학부를 졸업하고 MIT 기계공학과에서 석사 학위를 받은 뒤 전기컴퓨터공학과 박사과정에 재학 중이다.

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