건강모아

뇌에 심는 IoT…세계 어디서든 신경세포 조절

 국내 연구진이 전 세계 어디서든 인터넷을 통해 뇌 신경세포를 정밀하게 조절하고 약물을 전달할 수 있는 혁신적인 무선 이식 장치를 선보였다. KAIST 정재웅 교수팀과 연세대 의대 김화영 교수팀은 사물인터넷(IoT) 기술을 접목해 실험동물의 행동 제약 없이 장기간 뇌 기능을 연구할 수 있는 플랫폼을 구축했다고 밝혔다. 이번 성과는 복잡한 유선 장비나 근거리 조작의 한계를 극복하며 중독 및 퇴행성 뇌 질환 연구의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받는다.

 

기존의 뇌 연구는 동물의 머리에 수많은 선을 연결해야 했기에 자연스러운 움직임을 관찰하는 데 한계가 뚜렷했다. 무선 장치가 도입된 이후에도 연구자가 실험실 인근에서 직접 조작해야 하는 거리상의 제약이 뒤따랐다. 그러나 연구팀은 장치를 인터넷망에 직접 연결함으로써 이러한 물리적 장벽을 완전히 제거했다. 실제로 미국 시카고의 연구자가 한국 대전에 위치한 실험용 쥐의 뇌 장치를 실시간으로 제어하는 데 성공하며 국가 간 경계를 넘나드는 안정적인 작동 성능을 입증했다.

 


이 장치는 각설탕 정도의 초소형 크기임에도 불구하고 첨단 기술이 집약되어 있다. 내부에는 뇌의 특정 부위에 약물을 투여하는 미세 유체 시스템과 신경세포를 빛으로 자극하는 마이크로 LED가 탑재됐다. 연구자는 실험실에 출근하지 않고도 스마트폰이나 컴퓨터를 통해 예약된 시간에 맞춰 약물을 주입하거나 빛 자극을 가할 수 있다. 이는 연구자의 존재 자체가 동물에게 스트레스를 주어 실험 결과를 왜곡하는 현상을 원천적으로 차단하는 효과를 거뒀다.

 

장기 실험의 고질적 문제였던 약물 보충 방식도 획기적으로 개선됐다. 연구팀은 자석을 이용한 탈부착식 약물 저장소를 설계하여, 약물이 소진되더라도 추가적인 수술 없이 간편하게 저장소를 교체하거나 보충할 수 있도록 했다. 덕분에 한 번의 이식으로도 수개월에 걸친 반복 실험이 가능해졌으며, 이는 뇌 회로와 행동 변화를 장기간 추적해야 하는 우울증이나 치매 연구에 최적화된 환경을 제공한다.

 


실제 동물 실험 결과는 이 장치의 실무적 가치를 뒷받침한다. 연구팀이 쥐의 뇌에 코카인을 투여한 뒤 특정 신경세포에 빛 자극을 가하자, 중독으로 인한 이상 행동 반응이 즉각적으로 억제되는 현상이 확인됐다. 약물 전달과 빛 자극을 동시에 활용하는 복합 뇌 회로 연구의 가능성을 실증한 셈이다. 이러한 기술은 향후 인공지능(AI)과 결합하여 환자의 뇌 상태를 실시간 감지하고 필요한 시점에 자동으로 치료 자극을 주는 지능형 의료기기로 진화할 전망이다.

 

연구진은 이번 기술이 단순한 연구 도구를 넘어 뇌공학의 패러다임을 바꾸는 IoT 플랫폼이 될 것이라고 강조했다. 정재웅 교수는 장기적이고 반복적인 원격 실험이 가능해진 만큼 뇌 질환 진단과 치료를 위한 이식형 의료기기 개발에 박차를 가하겠다고 설명했다. 김화영 교수 역시 다양한 질환 모델에서 뇌 회로와 행동 사이의 인과관계를 규명하는 핵심 도구가 될 것이라며 기대감을 내비쳤다.

 

세 번째 도전 나선 ‘부캉이’ 구조..수중드론까지 투입

 부산 북항 친수공원 경관수로에 머물고 있는 상어 ‘부캉이’를 바다로 돌려보내기 위해 정부 기관과 부산시, 전문기관이 다시 힘을 모은다. 먹이 활동이 확인되지 않은 상황에서 기온과 수온이 급격히 낮아질 것으로 예보되면서 상어의 건강 악화에 대한 우려가 커지고 있다. 관계기관은 수중드론과 수중음파탐지기 등 첨단 장비를 활용하고 현장 통제를 강화해 3차 외해 유도작업을 진행할 계획이다. 부산시는 20일 부산역 인근에서 해양수산부와 국립해양생물자원관, 국립수산과학원, 부산항만공사, 부산시설공단 등 10개 관계기관이 참석한 가운데 대책회의를 개최했다고 밝혔다. 회의에서는 오는 21일 진행할 ‘부캉이 3차 외해 유도작업’의 세부 실행계획을 점검하고 기관별 역할과 협력 방안을 최종적으로 조율했다. 이번 작업은 해양수산부 해양생태과와 국립해양생물자원관이 총괄 지휘한다.관계기관이 21일을 작업 적기로 판단한 것은 부캉이의 건강 상태와 기상 여건, 북항의 선박 운항 일정 등을 종합적으로 고려한 결과다. 현재 부캉이의 먹이 활동이 관측되지 않은 가운데 22일부터 기온이 크게 떨어질 것으로 예보되면서 구조를 더 늦출 경우 건강 상태가 악화할 수 있다는 전문기관의 긴급 진단이 나왔다.북항 내 크루즈선 운항 일정이 21일에는 없다는 점도 작업 날짜를 결정하는 데 고려됐다. 관계기관은 상어의 안전한 이동을 유도하는 동시에 선박 운항과 현장 작업이 겹치면서 발생할 수 있는 위험을 줄이기 위해 해당 날짜를 작업 시점으로 정했다.이번 3차 유도작업에서는 앞선 1·2차 작업에서 드러난 수로의 지형과 수심 등 현장 여건의 한계를 보완한 방식이 적용된다. 관계기관은 상어가 이동할 경로를 보다 정확하게 파악하고 유도장비를 효과적으로 배치하기 위해 사전 조사부터 정밀하게 진행할 방침이다.우선 20일 오후 수중음파탐지기와 수중드론을 투입해 수로 입구의 해저 지형과 장애물 등을 조사한다. 이를 통해 상어의 이동을 방해할 수 있는 요소를 사전에 확인하고, 실제 작업에 필요한 장비의 배치와 이동 경로를 점검할 예정이다.21일 오전에는 제5~6보도교 일대에 차단 그물과 폰툰을 설치하고 사전 연습을 진행한다. 폰툰은 수면 위에서 작업을 수행할 수 있도록 하는 부유시설이다. 관계기관은 유도장비의 설치 상태와 이동 가능 여부를 확인한 뒤 본격적인 작업에 들어갈 계획이다. 본작업은 21일 오후부터 시작된다. 작업팀은 폰툰에 연결된 차단 그물을 외해 방향으로 이동시키면서 부캉이가 자연스럽게 바다 쪽으로 움직이도록 유도한다. 동시에 상어가 이동 과정에서 다시 수로 안쪽으로 돌아오는 것을 방지하기 위해 후방을 차단하는 방식으로 작업을 진행한다.상어의 위치와 이동 상황을 파악하기 위한 감시 체계도 가동된다. 공중에서는 드론을 활용해 부캉이의 위치와 이동 경로를 실시간으로 추적하고, 수중에서는 잠수사들이 직접 장애물과 그물의 상태를 확인한다. 현장 상황에 따라 유도 방식과 작업 속도를 조정하는 등 탄력적으로 대응할 예정이다.관계기관은 무엇보다 부캉이의 안전을 우선한다는 방침이다. 국립해양생물자원관 등 전문기관은 상어의 상태를 지속적으로 관찰하고, 이상 징후가 나타날 경우 작업 속도를 조절하는 등 상황에 맞춰 대응하기로 했다. 무리하게 이동을 유도하기보다 현장 여건과 상어의 상태를 확인하면서 안전한 외해 이동을 추진하겠다는 것이다.작업 현장을 찾는 시민과 방문객의 안전관리도 강화한다. 부산시와 경찰, 해양경찰 등 관계기관은 주요 작업구역과 보도교 출입을 통제해 시민들의 접근을 제한할 예정이다. 장비 설치와 이동이 이뤄지는 구역에서 안전사고가 발생하지 않도록 현장 관리에 집중하고, 작업이 원활하게 진행될 수 있도록 기관 간 협조 체계도 유지한다.부산시는 시민들에게 현장 출입 통제에 협조해 달라고 당부했다. 전재수 시장은 “상어의 건강과 수온 변화를 고려했을 때 신속하고 안전한 외해 유도가 시급한 상황”이라고 밝혔다. 이어 “부캉이가 바다로 무사히 돌아갈 수 있도록 총력을 다하는 만큼 시민 여러분께서도 현장 출입 통제에 적극적으로 협조해 주시길 바란다”고 말했다.이번 3차 유도작업은 앞선 시도에서 확인된 현장 여건을 보완하고 수중·공중 감시 장비를 함께 활용한다는 점에서 주목된다. 관계기관은 사전 해저 조사와 유도장비 설치, 상어의 이동 상황에 대한 실시간 관찰을 통해 작업의 안전성을 높인다는 계획이다.먹이 활동이 확인되지 않은 상황에서 기온 하락까지 예보된 만큼 부캉이를 안전하게 바다로 돌려보내는 일이 시급한 과제로 떠올랐다. 관계기관이 마련한 새로운 유도 방식이 성과를 거둘 수 있을지 관심이 쏠리는 가운데, 부산시는 상어의 안전한 귀환과 시민 안전 확보를 위해 관계기관과 협력해 작업을 추진할 방침이다.