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)

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

참고

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

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

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