국내 연구진, ‘빛으로 보는’ 인공시각 기술 개발
한국과학기술연구원(KIST)은 30일 뇌과학연구소 성혜정 선임연구원과 임매순 책임연구원 공동연구팀이 빛을 뇌에 전달하고 빛 자극으로 발생하는 신경 신호를 동시에 기록할 수 있는 초박막 투명 신경 전극을 개발했다고 밝혔다.
망막색소변성증처럼 눈 세포가 손상된 경우에도 뇌의 시각 중추는 온전하게 남아 있는 경우가 많아, 눈을 거치지 않고 뇌를 직접 자극하면 시각을 되살릴 가능성이 있는 것으로 알려졌다.
이러한 인공시각 구현을 위해서는 신경세포에 빛을 전달하는 광유전학 기술이 필요하지만, 기존 금속 전극은 빛 투과를 막거나 강한 전기 잡음이 뇌 신호를 덮어버리는 한계가 있었다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 이번에 머리카락 두께의 15분의 1 수준인 4마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 두께의 투명 전극을 개발했다. 전극에 금속을 입히기 전 표면에 특수 코팅을 적용해 금 원자가 물 위에 뜬 기름처럼 얇고 고르게 펼쳐지도록 하는 방식으로, 금 박막의 두께를 기존 100나노미터(㎚, 10억분의 1m)에서 10나노미터까지 줄이는 데 성공했다.
이렇게 제작된 전극은 빛을 65% 이상 통과시키면서도 기존 수준의 전기신호 측정 성능을 유지한 것으로 나타났다. 빛 자극 과정에서 발생하는 잡음은 74% 줄었으며, 2만 번 구겼다 펴는 내구성 실험에서도 성능이 유지되는 것이 확인됐다.
연구팀이 실명한 쥐의 뇌 표면에 이 전극을 부착하고 광유전학 기술로 신경세포를 자극한 결과, 정상 시각을 가진 쥐의 뇌 신호와 78% 일치하는 인공시각 신경 신호가 생성되는 것도 확인됐다.
연구팀은 이번 기술이 청각과 촉각을 담당하는 뇌 부위에도 적용될 수 있으며, 뇌-신경 인터페이스(BCI) 부품으로도 활용 가능할 것으로 내다봤다.
이번 연구 결과는 지난달 26일 국제학술지 ‘어드밴스트 펑셔널 머티리얼스’에 표지 논문으로 게재됐다.