광소자로 행동-감정 조절 성공… 김태일 성균관대 교수팀 개발

알츠하이머 등 치료 도움 기대

광전자소자와 센서를 달고 있는 쥐. 뇌에 전자소자가 삽입되어 있고, 무선신호를 받을 수 있는 안테나가 보인다. 워싱턴대 제공

국내 연구진이 뇌 전달 신호와 똑같이 만든 빛으로 행동과 감정을 조절할 수 있는 소자를 개발해 주목받고 있다.

성균관대 화학공학과 김태일 교수(사진)와 미국 일리노이대 존 로저스 교수, 워싱턴대 마이클 브루카스 교수 공동연구팀은 광소자로 행동이나 감정을 조절하는 데 성공했다고 11일 발표했다. 이번 연구 성과는 특정 세포를 빛으로 자극함으로써 뇌에 무리를 주지 않고 알츠하이머나 간질 같은 뇌·신경 질환을 개선하는 데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

일반적으로 뇌의 특정 세포를 자극하면 감정이나 행동을 조절할 수 있다고 알려져 있다. 예를 들어 쾌락이나 행복을 느끼게 해 주는 도파민이란 신경전달 호르몬을 담당하는 세포에 인위적으로 자극을 주면 행복감을 느끼게 된다. 기존에는 전자 칩으로 뇌에 전기자극을 주는 방법이 연구돼 왔는데, 직접적인 전기자극은 세포에 무리를 주기 때문에 오랜 시간 사용하기 어렵다.

이에 연구팀은 뇌의 신호를 빛으로 만들어 특정 세포를 자극하는 데 성공했다. 마이크로 크기의 광소자를 원하는 시점이나 특정 부위에서 나오게 해 행동이나 감정을 유발할 수 있다는 사실을 확인한 것이다. 실제 쥐를 대상으로 한 실험에서도 광소자를 이용해 도파민을 인위적으로 자극할 수 있다는 점을 밝혀 냈다. 또 무선으로 광소자를 제어해 쥐가 한 영역에만 머물게 하는 데 성공했다.

김태일 교수는 “광소자에서 나오는 빛을 이용해도 전기자극과 같은 효과를 낼 수 있다는 점이 밝혀진 만큼 알츠하이머처럼 뇌의 특정 부분이 비정상으로 작동돼 발생하는 질환을 개선하는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 사이언스 11일자에 실렸다.

김민수 동아사이언스 기자 minsa@donga.com

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