실명 생쥐서 ‘인공시각’ 78% 재현…KIST, 투명 전극 개발

빛 통과시키며 뇌 신호 읽는 초박막 전극
인공시각·뇌-컴퓨터 인터페이스 활용 기대

한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 개발한 대면적 초박막 투명 신경전극. 왼쪽부터 투명 전극 실물, 기존 금속 신경전극과 초박막 투명 신경전극을 뇌 표면에 올려둔 비교 사진, 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’(Advanced Functional Materials) 표지 이미지. 개발된 전극은 뇌 표면이 비칠 정도로 투명해 빛을 통과시키면서 뇌 신호를 측정할 수 있다. (KIST 제공)

국내 연구진이 빛을 통과시키면서 뇌 신호를 읽을 수 있는 초박막 투명 신경전극을 개발했다. 실명 생쥐 실험에서는 정상 시각 반응과 78% 유사한 인공시각 신호를 구현했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 성혜정·임매순 박사 공동연구팀이 인공시각 구현에 활용할 수 있는 초박막 투명 신경전극을 개발했다고 30일 밝혔다.

망막색소변성증은 눈 속 빛 감지 세포가 손상돼 시력을 잃는 질환으로 전 세계 약 200만 명이 앓는 것으로 알려졌다. 눈은 빛을 감지하지 못해도 신경 신호를 해석하는 뇌 시각 중추는 비교적 온전해, 뇌를 직접 자극하면 시각을 복원할 수 있다는 가능성이 제기돼 왔다.

이번 성과는 손상된 망막을 대체하는 수준을 넘어, 뇌 시각 중추를 직접 자극해 시각 신호를 만드는 인공시각 기술의 가능성을 보여준다.

핵심은 빛을 뇌에 전달하면서 동시에 뇌 신호를 읽는 기술이다. 기존 금속 전극은 전기 신호 측정 성능은 좋지만 빛을 막는다. 반대로 투명 전극은 빛은 통과시키지만 전도 성능이 떨어지거나 빛 자극 때 발생하는 잡음이 뇌 신호를 덮는 한계가 있었다.

연구팀은 특수 고분자 코팅으로 이 문제를 해결했다. 금속층을 입히기 전 전극 표면을 코팅해 금 원자가 뭉치지 않고 얇고 고르게 퍼지도록 했다. 이를 통해 기존 100나노미터(㎚) 수준이던 금 박막 두께를 10나노미터까지 줄였다.

개발된 전극의 전체 두께는 약 4마이크로미터(㎛)다. 머리카락 두께의 15분의 1 수준으로 얇고 유연해 뇌 표면에 밀착될 수 있다.

전극은 빛의 65% 이상을 통과시키면서도 전기 신호 측정 성능을 유지했다. 빛 자극 때 발생하는 전기 잡음은 최대 74% 줄었다. 2만 번 구겼다 펴는 반복 변형 실험에서도 성능이 유지됐다.

연구팀은 실명 생쥐의 뇌 표면에 이 전극을 올리고 파란빛 기반 광유전학 기술로 신경세포를 자극했다. 그 결과 정상 시각을 가진 생쥐의 뇌 신호와 78% 일치하는 인공시각 신경 신호가 생성됐다.

KIST는 뇌의 시각 중추를 빛으로 자극해 ‘실제 보는 것’에 가까운 반응을 유도할 수 있음을 입증한 성과라고 설명했다.

이번 기술은 인공시각뿐 아니라 청각·촉각 복원 연구로도 확장될 수 있다. 뇌 신호를 읽고 자극을 조절하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 핵심 부품으로도 활용 가능성이 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 개인기초사업과 KIST 기관고유사업 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’(Advanced Functional Materials) 최신 호 표지 논문으로 게재됐다.

(서울=뉴스1)