[에듀플러스]서울시립대, 뇌 심부 뉴런의 전기·광학 신호 동시 측정하는 '투명 신경전극 시스템' 개발

서울시립대학교는 박동욱 전자전기컴퓨터공학부 교수 연구팀이 미국 위스콘신대학교 및 인스코픽스(Inscopix)사와 공동연구를 통해 뇌 심부 뉴런에서 전기 신호와 광학 신호를 동시에 측정할 수 있는 투명 신경전극 시스템 'BioCLEAR'를 개발했다고 6일 밝혔다.

이번 연구 결과는 세계적 권위의 응용과학 저널 'Advanced Functional Materials'에 10월 23일 온라인 게재됐다.

연구팀이 개발한 BioCLEAR는 은나노와이어(AgNW) 기반의 무기 전도체와 도핑된 PEDOT:PSS 유기 고분자층을 결합한 유무기 하이브리드 구조로 설계됐다. 이 구조는 기존 금속 전극의 불투명성과 영상 간섭 문제를 해결하는 동시에, 뛰어난 전기적 성능과 유연성을 동시에 확보했다.

특히 투명 신경전극 어레이를 실리콘벨리 소재 신경영상 전문기업 인스코픽스(Inscopix)사의 GRIN(Gradient Index) 렌즈 시스템과 통합해, 뇌 속 깊은 영역의 뉴런에서 전기적 신호(스파이크)와 칼슘 기반 광학 신호를 동시에 검출하는 데 성공했다. 이 통합 시스템은 생체 내(in vivo) 동물 모델을 통해 검증되었으며, BioCLEAR의 높은 투명성 덕분에 이미지 왜곡이 거의 없는 상태에서 전기·광 신호를 동시 관측할 수 있었다.

연구진은 뉴런의 전기적 흥분과 칼슘 역학 간의 상호작용을 정밀하게 분석할 수 있는 기반을 마련했다. BioCLEAR의 우수한 투명 특성은 광유전학(optogenetics) 및 다광자(two-photon) 영상 기술과의 결합에도 적합하다. 연구진은 이번 기술이 향후 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI), 신경보철(Neuroprosthetics), 뇌 질환 모니터링 및 치료 기기 등 다양한 첨단 뇌과학 응용 분야로 확장될 잠재력이 크다고 전망했다.

박동욱 공동연구 교수(교신저자)는 “BioCLEAR는 뇌 깊은 영역의 뉴런 활동을 전기적·광학적으로 동시에 관찰할 수 있는 새로운 툴”이라며 “이 기술을 통해 신경전극 및 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 산업의 기술 경쟁력을 높이고, 뇌공학 생태계 발전에도 기여할 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단(NRF)의 글로벌기초연구실지원사업, 중견연구, 국가아젠다연구 과제의 지원을 받았다. 그리고 과학기술정보통신부 및 정보통신기획평가원의 대학ICT연구센터사업 연구결과와 서울시립대학교 반도체연구센터(UOS Fab)의 연구 인프라를 기반으로 수행됐다.

권미현 기자 mhkwon@etnews.com