박막 그래핀 필름으로 만든 뇌 삽입 전극

 

(The graphene wires inside the film measure only 20 micrometers in diameter. Credit: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering)

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인간의 뇌와 컴퓨터를 연결하는 뇌-컴퓨터 인터페이스 BCI (brain-computer interface)는 이제 SF가 아닌 현실의 영역으로 발전하고 있습니다.

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과학자들은 뇌에 전기적 자극을 주어 마비된 부분을 다시 움직이게 하거나 반대로 생각으로 로봇을 움직이게 만들었습니다. 아직 실용적인 수준과는 거리가 멀지만, 발전을 거듭하면 많은 환자들의 삶을 바꿀 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

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하지만 뇌에 전극을 삽입하는 일은 여전히 위험한 시술입니다. 뇌에 삽입한 전극은 감염과 염증의 원인이 될 수 있으며 시간이 지나면서 염증 반응과 섬유조직이 자라나 주변 뇌조직과 연결이 끊어질 수 있습니다.

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캘리포니아 대학 샌디에고 캠퍼스 (University of California San Diego (UCSD))의 연구팀은 두 층의 얇은 그래핀을 질산을 샌드위처럼 감싸고 다시 투명하고 얇은 폴리머 필름으로 코팅한 뇌전극을 개발했습니다.

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이 전극의 특징은 염증 반응을 최소화하고 삽입을 편하게 하기 위해 작고 얇다는 점 이외애 투명하다는 것입니다. 따라서 레이저를 이용해서 뇌를 자극하는 것과 동시에 이광자 현미경 (two-photon microscope)으로 칼슘 스파이크를 확인해 뇌세포의 자극 정도를 확인할 수 있습니다.

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연구팀은 쥐를 이용한 동물 모델에서 이 필름을 이용해 0.25mm 아래에 있는 뇌조직의 활동을 파악할 수 있었습니다. 사람을 대상으로 한 임상 시험은 아직은 미래의 일이지만, 동물 모델 연구에 활용하는 일은 충분히 가능해 보입니다.

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많은 연구와 개선을 거쳐 환자에게 부작용이 적고 효과적으로 뇌를 조절하고 신호를 수신할 수 있는 방법이 개발된다면 영화에서니 볼 수 있었던 BCI가 현실이 될지 모릅니다. 개인적으로 이런 연구를 볼 때마다 생각나는 애니가 공각기동대입니다. 전뇌화가 언젠가는 가능할지도 모른다는 생각이 드네요.

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참고

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https://newatlas.com/science/transparent-neural-implant-deep-brain-activity/

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https://www.nature.com/articles/s41565-023-01576-z