뇌-컴퓨터 연결 언제될까…KIST·서울대, 전극 정밀코팅 기술로 기반 확보

인간의 뇌와 컴퓨터 연결이 그리 멀리 않을 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 뇌융합연구단 성혜정 박사팀과 서울대학교 박성준 교수팀이 뇌에 삽입하는 전극 수명을 기존 1개월에서 3개월 이상으로 늘린 획기적인 코팅 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

이번 성과는 뇌 신호를 장기간 안정적으로 기록할 수 있는 기반을 마련한 것으로 풀이됐다. 뇌과학 연구와 임상 적용의 활용 범위를 크게 넓힐 것으로 기대된다. 나아가 뇌와 컴퓨터를 무선이나 착용 등 비침습 방법으로 연결하는 것도 가능할 것으로 전망됐다.

정밀 코팅 전극을 개발한 연구진. 왼쪽부터 KIST 성혜정 선임연구원, 서울대 박성준 교수(이상 교신저자), KIST 최윤영 학생연구원, 서울대 전후진 박사후과정.(이상 제1저자)

연구팀은 기존의 딱딱한 실리콘 대신 유연한 플라스틱을 사용해 뇌 조직 손상을 줄이고 전극 표면에 100nm(10억분의 1m) 두께의 특수 코팅으로 내구성을 높였다. 머리카락 굵기 정도로 가는 이 전극은 뇌 신경세포 활동을 실시간으로 기록할 뿐 아니라 약물 전달도 가능하다.

특히, 코팅은 뇌척수액과 만나면 부풀어 올라 단백질과 면역세포의 부착을 막음으로써 염증과 흉터 생성을 억제하고 전극과 신경세포 간 접촉을 장기간 안정적으로 유지할 수 있다.

생쥐 실험을 통해 새 전극은 기존 전극보다 염증 반응을 60% 이상 줄였다. 신경세포 생존율은 85% 높이는 것도 확인했다. 또한, 시간이 지날수록 뇌 신호의 선명도를 나타내는 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 개선돼 장기간 안정적이고 신뢰성 있는 뇌 신호 측정이 가능하다.

기존에 나와있는 기술(신경 프로브)은 실리콘 기반으로 제작, 뇌에 삽입했을 때 주변 조직 손상 및 염증을 유발한다. 또 하이드로젤 기반 표면 개질이 수 마이크론 두꼐로 두꺼워 신경 프로브의 기능 및 신호 품질 저하를 초래했다. 불균일한 코팅두께로 인해 대량생산 한계가 존재했다.

성혜경 박사는 "이 기술은 치매, 파킨슨병 등 퇴행성 뇌 질환을 장기간 추적 연구할 수 있는 발판을 제공할 수 있다"며 "동시에 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 상용화에도 기여할 것"으로 내다봤다.

성 박사는 "더 나아가 심장 스텐트, 인공관절 등 다양한 이식형 의료기기의 안정성과 성능을 높일 수 있어 의료기기 산업 전반에도 파급효과가 클 것"으로 기대했다.