한국의 연구원들이 무선 충전식 뇌 임플란트를 개발했습니다. 이 장치는 이식 후 생체에 장시간 배터리를 교체하지 않고도 스마트 폰을 사용하여 빛으로 뇌의 신경 회로를 정밀하게 제어 할 수 있습니다.
KAIST (대표 신성철)는 전기 전자 공학과 정재웅 교수 연구팀이 정훈 교수와 공동 연구를 통해 뇌에 완전히 이식되는 무선 광 유전학 장치를 개발했다고 26 일 밝혔다. 연세대 학교 김팀.
이 개발 기술은 장기적인 동물 실험이 필요한 뇌 기능 연구뿐만 아니라 중독 등의 정신 질환과 파킨슨 병 등 퇴행성 뇌 질환 치료를위한 향후 인체에도 적용될 것으로 기대된다.
KAIST 전기 전자 공학과 김충연 박사와 구민정 박사가 공동 집필 한 연구 (논문명 : 무선 배터리 충전이 가능한 소프트 피하 임플란트 및 광 유전학 응용 프로그램 제어 가능)
광 유전학은 빛을 이용하여 특정 뉴런만을 선택적으로 정교하게 제어 할 수 있기 때문에 뇌 기능을 밝히고 다양한 뇌 질환을 치료하는 솔루션으로 뇌 과학 및 신경 과학 분야에서 주목 받고있다.
기존 광 유전학은 외부 장치에 연결된 광섬유를 통해 신경 세포에 빛을 전달하는 방식을 사용하고 있지만,이 유선 방식은 동물의 자유로운 움직임을 크게 제한한다는 점에서 복잡한 동물 실험을 수행하는데 한계가 있습니다.
최근 개발 된 무선 임플란트 장치는 동물의 행동을 제한하지 않지만주기적인 배터리 교체 또는 외부 장비로부터 무선으로 공급되는 전원이 필요하기 때문에 독립적이지 않고 안정적이지 않다는 한계가 있습니다.
연구팀은 배터리의 무선 충전과 장치의 무선 제어를 가능하게하는 무선 회로를 개발하고이를 마이크로 LED 기반 프로브와 결합했습니다. 이를 통해 동물이 자유롭게 움직이는 동안에도 배터리를 무선으로 충전 할 수 있으며, 스마트 폰 앱을 통해 무선으로 광 자극을 제어 할 수있는 1.4g (g) 무게의 뇌 완전 이식 형 기기를 구현했다. 또한 생체 이식 후 기기에 의한 주변 조직의 손상을 방지하기 위해 기기를 매우 부드러운 생체 적합성 소재로 감싸 생체 조직과 같은 부드러운 형태로 개발되었습니다.
이번 연구를 주도한 KAIST 정재웅 교수는 “이번에 개발 된 기기는 인체에 이식 된 상태에서 무선 충전이 가능해 배터리 교체를위한 추가 수술없이 장시간 사용할 수있다. 이 기술은 뇌 이식 장치 일뿐만 아니라 인공 박동기이기도하다. 위 자극기 등 다양한 이식 장치에 보편적으로 적용될 수있을 것으로 기대된다”고 말했다.
연구팀은 마우스의 뇌에 LED 프로브를 삽입 한 상태로 두피에 완전히 이식되고 마우스가 자유롭게 움직이는 동안 배터리가 자동으로 무선 충전됨을 확인했다. 또한, 연구팀은 중독성 약물 인 코카인에 반복적으로 노출 된 쥐의 특정 뇌 영역에 빛이 무선으로 전달되어 코카인에 의한 행동 민감화의 발현을 억제하고 광 유전학을 적용하여 코카인에 의한 중독성 행동을 제어 할 수 있음을 보여주었습니다. .
공동 연구원 인 연세대 학교 의과 대학 김정훈 교수는 “단순히 스마트 폰 앱을 실행하여 자유롭게 움직이고 뇌에 빛을 전달하여 동물의 특정 행동을 제어하는 동물을 보는 것은 매우 흥미 롭다. , 그리고 그것은 많은 상상력을 자극합니다. ” 말했다. 연구팀은이 기술이 궁극적으로 인체에 적용될 수 있도록 기기를 더욱 소형화하고 MRI 친화적 인 디자인으로 개발하기 위해 연구를 확대 할 계획이다.
본 연구는 과학 기술 정보 통신부와 한국 연구 재단의 기초 연구실 지원 사업, 신규 연구자 지원 사업, KAIST 글로벌 특이점 연구 사업의 지원을 받아 수행되었다.
