전기 신호뿐 아니라 빛 신호도 동시에 읽어 신경세포의 반응과 종류를 동시에 분석할 수 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 칩이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이창혁 뇌과학연구소 책임연구원 연구팀이 전기 신호와 빛 신호를 하나의 반도체 칩에서 동시에 읽어내는 차세대 BCI 칩을 개발했다고 5일 밝혔다.

파킨슨병이나 치매 같은 뇌 질환을 정밀하게 진단·치료하려면 신경세포가 활동한 시점과 세포 종류를 함께 알아야 하지만 기존 BCI는 신경 신호가 어떤 종류의 세포에서 나온 것인지 구분하기 어려웠다.

전기 신호는 활동 시점을, 빛 신호는 세포 종류를 보여주지만, 두 신호를 동시에 읽어내기 어려워서다.

연구팀은 머리카락 굵기 실리콘 침 13개에 전극 416개와 빛 감지 화소 832개를 집적해 전기 신호를 읽는 센서가 세포 바로 옆에서 빛을 받을 수도 있게 했다.

이 세포 크기 센서는 뇌 안에 3차원으로 배치돼 신경세포 내부의 정보처리 과정을 광신호로 읽어냈다.

살아있는 쥐의 뇌 부위 세 곳에 칩을 이식한 결과 마취 깊이에 따른 뇌파 변화와 시각 자극에 따른 신경세포 반응을 동시에 포착했다.

또 이식 1주일 뒤에도 염증 반응과 운동 기능이 모두 정상이었다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 범용 CMOS(상보형 금속 산화 반도체) 공정과 3차원(3D) 프린팅 기반 기술을 결합해 제작비도 절감했다.

이 책임연구원은 "뇌 질환 치료와 정밀 BCI로 나아가려면 어떤 종류의 세포가 활동하는지를 구분할 수 있어야 한다"며 "이번 연구는 광반도체 BCI라는 새로운 갈래를 제시하고, 세계적 수준의 한국 반도체 산업의 강점을 BCI 산업에 연결할 수 있는 토대를 마련했다"고 말했다.

이번 연구결과는 지난 6월 19일 국제학술지 '어드밴스트 사이언스'에 표지논문으로 실렸다.