한국과학기술원(KAIST)과 국제 연구진이 공동으로 뇌세포가 주고받는 화학·전기신호를 읽어내는 무선 초소형 임플란트를 구현해 냈다.

KAIST는 신소재공학과 겸직 교수이자 싱가포르 난양공대(NTU) 전자과 소속인 이선우 교수 연구팀과 미국 코넬대 알로이샤 모나 교수팀이 공동으로 소금 결정보다 작은 초소형 무선 뉴럴 임플란트 'MOTE'(Micro-Scale Opto-Electronic Tetherless Electrode)를 개발했다고 27일 밝혔다.

연구팀은 이 임플란트를 실험용 생쥐의 뇌에 이식해 1년간 안정적으로 뇌파를 측정하는 데 성공했다.

뇌세포가 주고받는 미세한 전기신호를 연결선 없이 측정하는 기술은 뇌 연구와 치매, 파킨슨병과 같은 신경질환 치료의 핵심 기술로 주목받고 있다.

기존 임플란트는 유선의 두꺼운 구조로 인해 뇌 속에서 염증을 유발하거나 시간이 지나면 신호 품질이 떨어지고 열이 발생하는 한계가 있었다.

연구팀은 이런 문제를 해소하기 위해 반도체 공정 기반의 초소형 회로를 제작, 자체 개발한 초미세 마이크로 LED를 결합해 장치를 소형화하고 표면을 특수 코팅해 내구성을 높였다.

MOTE의 두께는 100μm(마이크로미터) 이하로, 소금 결정보다 작다. 현재까지 보고된 무선 뉴럴 임플란트 중 세계적으로 가장 작은 수준이라고 KAIST 설명했다.

배터리가 필요 없는 완전 무선 시스템으로, 외부에서 들어오는 빛을 받아 전력을 생성하고 뇌파를 감지한 뒤 정보를 빛 신호에 실어 외부에 전송하는 방식으로 작동한다.

이를 통해 에너지 소비는 획기적으로 줄었고, 배터리 교체 없이 실험용 생쥐 뇌 속에서 1년 이상 정상 기능을 유지하는 데 성공했다.

이선우 교수는 "구상만 했던 완전 무선 초소형 임플란트를 실제로 구현했다는 데 가장 큰 의의가 있다"며 "앞으로 뇌과학 연구뿐만 아니라 치매와 같은 신경계 질환 연구나 치료 기술 개발 등에 폭넓게 활용할 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구 결과는 세계적 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics) 3일 자 온라인판에 게재됐다.