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ETRI Webzine

VOL.156 July 2020   

Focus On ICT

베일을 벗는 뇌의 신비

생활 속 ICT 이야기

  • 뇌를 활용한 연구,
    어떻게 진행되나?

  • 과학이 아무리 발달해도 아직 비밀을 풀지 못하는 분야가 있다. 그 중 사람의 뇌와 관련된 부분은 특히 미지의 세계와도 같다. 뇌는 판단과 인지, 정서, 행동 등에 영향을 미치는 인간의 가장 중요한 신체 부위이자 정복해야 할 장벽이다. 이에 국내·외에서는 뇌의 베일을 벗기기 위한 다양한 연구가 진행 중이다.

    사람이 태어날 당시 뇌의 무게는 약 400g 정도라고 한다. 뇌는 유아기를 거치면서 10세 전후로 단계를 거치며 발달하여 20세 전후에서 완성된다. 성인의 뇌 무게는 남녀 각 1400g, 1250g 정도이다.

    뇌는 사람의 행동, 언어, 감정 등을 총괄하는 기관이다. 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)도 사람의 뇌를 본 따 만들었다고 한다. 성인 기준으로 뇌는 전체 체중의 고작 2%에 해당하지만 섭취하는 에너지의 20~25%를 사용한다. 뿐만 아니라 심장에서 뿜어져 나오는 피의 15%를 그리고 산소는 최고 25%를 소비한다. 이로부터 뇌는 우리 몸의 핵심이 분명함을 알 수 있다.

    최신 뇌과학 연구에 따르면 사람이 잠을 자는 동안 기능성자기공명영상(fMRI)을 이용해 뇌를 촬영하면 어떤 꿈을 꾸었는지 알 수 있다고 한다. 머지않아 어젯밤 꾼 꿈까지 아침에 볼 수 있는 날도 과연 오게 될지 궁금하다. 세계 연구진들은 이미 언어나 신체 동작을 거치지 않고 특정 뇌파를 시스템 센서로 전달해 컴퓨터를 실행하는 뇌 컴퓨터 인터페이스(BCI)기술도 한창 연구 중이다. ‘시냅스’는 기억이 저장되는 부위인데 단백질을 조절하면 기억까지도 제어 가능함을 밝힌 바 있다. 이럴 경우, 고통스러운 기억조차도 지울 수 있다는 것이다.

  • 플라즈마

    (Plasma)

    초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤
    이온으로 분리된 기체 상태

  • 01

    ETRI의 Bridging Neural System &Neuromorphic System

    02

    ETRI가 개발한 신경 전극 센서

  • 뇌 신경세포를
    자극하는
    신경 전극

  • 2017년 3월, 프랑스에서 손상된 뇌 신경에 전극을 심어 1개월 동안 전기 자극을 계속 줘 식물인간인 환자가 깨어나 전 세계가 놀라게 했다. 중증 마비 환자에게 자신의 뇌를 이용해 마비된 신체를 움직이도록 한 사례는 최초다.

    뇌에 심은 센서로 뇌파를 찾아 컴퓨터로 손과 팔 등에 신호를 전달하는 것이다. 이처럼 뇌의 일정한 부분에 전극을 심어 미세한 전류를 지속적으로 흘리게 되면 마비 환자의 상태가 호전되는 것으로 학계에서는 보고되고 있다.

    그러나 실리콘(Si)을 기판으로 하는 전극은 기계적 강도가 강한 대신 생물학적으로 거부반응이 심한 문제점이 있다. 반면에 유연한 고분자를 기판으로 하는 전극은 생물학적 거부반응은 적지만, 고분자 기판과 금속 전극 간 접합에 어려움이 있었다.

    이에 ETRI 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 흡수성이 거의 없는 불소(F)계 고분자 필름을 플라즈마 처리를 통해 금(Au) 전극과 접착률을 향상시켰다. 또한, 플라즈마 처리된 불소계 고분자 필름을 녹는점 이하에서 열 압착 하여 불소계 고분자 간 화학적 결합을 통해 접착력도 키웠다. 이를 통해 강도와 접합 조건을 만족하면서도 거부반응을 최소화하는 데 성공했다.

  • 고분자 필름

    물체에 외력을 제거한 후에도 원래의 상태로 되돌아오지
    않고 변형된 형태를 유지해 안쪽과 바깥쪽으로 자유롭게
    접어도 전자소자의 특성에는 영향을 미치지 않는 신소재

    열 압착

    (Thermo Compression Bonding)

    반도체 부품의 제조에서 증착으로 만든 전극에
    리드선을 압착에 의해 부착하는 방법

  • 고신뢰성
    신경 전극 연구에

    박차

  • ETRI는 유연 신경 전극 개발을 바탕으로 장기간 생체안정성 및 내구성 검증과 더불어 수백 채널 급의 대뇌피질 삽입형 유연 제작 기술 등 공정개발을 중점 연구개발 할 계획이다. 또한, 전임상 및 임상 협력 시험을 통해 의학적인 효용성도 검증한다.

    아울러 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발을 위해 감도 좋은 전극을 개발함에 따라 향후 전극으로 동물에 전기 자극 실험을 한 뒤, 뇌 신호 추출을 통해 신경망 시스템과 양방향 통신을 하는 것이 최종 목표로 나아가고 있다.

  • 대뇌피질

    대뇌 표면을 구성하는 회백질로 이루어진 부분

  • 글 · ETRI 홍보실장 정길호