뇌에 직접 빛으로 메시지를 보내는 초소형 무선 임플란트 개발

섹션별 상세

64개의 독립적인 마이크로 LED 어레이를 활용해 뇌 피질에 복잡하고 분산된 신경 활동 패턴을 생성한다. 이는 단일 광원을 사용하던 기존 방식과 달리 실제 감각이 뇌에서 처리되는 다중 지점 활성화 방식을 정밀하게 모사하여 정보 전달의 효율을 높인다.

장치는 우표 크기에 신용카드보다 얇은 유연한 소재로 제작되어 두피 아래 두개골 표면에 밀착된다. 뇌 조직에 직접 전극을 삽입하지 않고도 붉은색 파장의 빛이 두개골을 통과하여 심부 뉴런을 활성화하는 경두개 광유전학 방식을 채택하여 뇌 손상 위험을 최소화했다.

완전 무선 및 배터리 프리 설계를 통해 실험 동물의 자연스러운 행동을 방해하지 않으면서 실시간으로 프로그래밍이 가능하다. 기존 유선 광섬유 방식이 동물의 움직임을 제한했던 한계를 극복하여 사회적 상호작용이나 복잡한 환경에서의 행동 실험을 가능하게 했다.

실험 결과, 쥐는 특정 빛 패턴을 보상과 연결하는 학습을 통해 인공적인 신호를 감각 정보로 인식했다. 쥐는 외부의 소리나 시각적 단서가 없는 상태에서도 임플란트가 보내는 암호화된 메시지를 정확히 판독하여 보상이 있는 위치를 찾아내는 행동을 완수했다.

광유전학(Optogenetics): — 빛을 이용해 유전적으로 조작된 특정 뉴런의 활동을 정밀하게 제어하는 기술이다. 뇌의 특정 부위를 선택적으로 활성화하거나 억제할 수 있어 신경 회로의 기능을 연구하고 인공적인 신호를 주입하는 데 핵심적인 역할을 한다.
마이크로 LED(Micro-LED): — 머리카락 굵기 수준의 초소형 발광 다이오드이다. 이 장치에서는 64개의 어레이로 구성되어 뇌 피질에 고해상도의 빛 패턴을 투사함으로써 복잡한 신경 활동을 모사하는 광원으로 사용된다.
경두개(Transcranial): — 두개골을 통과한다는 의미이다. 뇌 조직에 전극이나 광섬유를 직접 삽입하지 않고 두개골 외부에서 빛이나 자기장을 통해 내부 뉴런을 자극하는 방식으로, 침습성을 낮추고 감염 위험을 줄이는 장점이 있다.
대뇌 피질(Cortex): — 대뇌의 가장 바깥쪽 층으로 감각 정보의 처리, 운동 제어, 인지 기능 등을 담당한다. 이 장치는 피질 표면에 빛을 조사하여 인공적인 감각 경험을 뇌가 직접 인식하도록 유도한다.
바이오 전자공학(Bioelectronics): — 생물학적 시스템과 전자 공학 기술을 결합하여 질병을 진단하거나 치료하는 분야이다. 신경 신호를 읽거나 인공 신호를 주입하는 인터페이스 개발이 이 분야의 주요 연구 과제이다.