대구경북과학기술원(DGIST)은 로봇및기계전자공학과 교수이자 교원 창업기업 엔사이드 대표인 장경인 교수가 제22회 국제 나노기술심포지엄 및 융합전시회(나노코리아 2024)에서 '완전 매립형 무선 뇌 신경 신호 기록기' 기술로 과학기술정보통신부 장관상을 받았다고 4일 전했다.

장 교수 연구팀은 영장류의 자연 본능 행동 중 뇌신경 활성을 한 달 동안 무선으로 실시간 측정할 수 있는 '완전 매립형 무선 뇌신경 신호 기록기'를 개발했다. 연구팀은 이 연구성과로 '의공학 분야의 학문과 산업 발전에 기여한 공로'를 인정받아 수상의 영예를 안았다.

고령화 시대가 도래함에 따라 난치성 뇌 질환 등을 극복하기 위해 뇌신경 신호를 과학적으로 탐구해 이를 치료하는 방안을 찾을 수 있는 뇌공학 기술의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.

이를 위해서는 뇌신경 신호의 수집이 필수적으로 필요한데, 기존 뇌신경 임플란트 기술의 경우 유선으로 장비를 연결하거나, 무선 장치를 활용하더라도 뇌 속 장치의 주기적인 배터리 충전이 필요하기에 이를 활용하는데 제약이 존재했다.

이로 인해 인간과 같이 지능이 높은 영장류를 대상으로 자유로운 일상 활동에서 발생하는 뇌신경 신호 수집이 어렵기 때문에, 뇌 속 작은 공간에 삽입이 가능하고, 배터리 없이 뇌의 신호를 무선으로 전송할 수 있는 '브레인 칩' 기술 개발이 필요했다.

이에 장 교수는 내장 배터리 없이 무선으로 행동에 제약을 주지 않고 신호를 은밀하게 측정할 수 있는 '완전 매립형 무선 뇌신경 신호 기록기'를 개발했다.

이 기술은 영장류의 자연 본능 행동 연구를 위한 공학적 플랫폼으로 뇌 심부 영역의 뉴런 단위 신호를 측정하기 위한 3차원 다공성 전극 및 생분해성 셔틀을 활용한 신경 탐침 삽입 기술, 무선 동작을 위한 광범위 무선 전력 전송 및 무선 통신 기술, 그리고 인공지능 신호처리 기술을 접목한 융합 기술이다.

장 교수는 "기존 뇌신경 신호 수집 기술은 활용 시 제약사항이 있어 설치류를 대상으로는 실험이 가능했으나, 실제 환자에게 임상 시험 시 성공률이 낮았다"며 "이번에 개발한 기술은 인간과 98% 이상 DNA가 일치하는 영장류의 전임상 시험 환경을 새롭게 제공함으로써 신약 개발 시 임상 진입의 성공 확률을 비약적으로 높일 수 있다"고 말했다. 이를 통해 뇌와 행동 간의 관계 및 뇌신경 회로를 규명하는 뇌신경과학 분야와 난치성 뇌 질환(파킨슨, 알츠하이머 등) 치료를 위한 전자약 기술까지 확장할 수 있어 향후 사회적 가치를 창출할 것으로 기대를 모은다.

한편 장 교수는 이번에 개발한 기술을 확장해 뇌신경 신호 측정을 통한 진단과 실시간 신호처리 및 광학적·약리학적·전기적 자극 기술을 통합한 전자약 기술을 개발할 계획이다. 향후 미국 하버드 대학 및 MIT와 전략적 파트너쉽을 통해 난치성 뇌 질환 환자를 대상으로 임상에 도전할 예정이다.

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