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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.

 

부산 북항 상어 ‘부캉이’ 주둥이에 상처

 부산 북항 친수공원 인공 수로에서 20일째 머물고 있는 상어 ‘부캉이’의 주둥이 부근에서 상처가 발견돼 관계 당국이 건강 상태를 예의주시하고 있다.국립수산과학원에 따르면 지난 7일 부캉이의 주둥이 주변에서 상처가 확인됐다. 현재까지 헤엄치는 모습 등에서 특별한 이상 징후는 나타나지 않았지만, 상처 부위의 세균 감염 가능성이 있어 지속적인 관찰이 필요한 상황이다.전문가들은 부캉이가 수심이 얕은 수로를 헤엄치면서 몸을 급격하게 움직이는 과정에서 구조물이나 수로 바닥 등에 몸을 긁어 상처가 생긴 것으로 추정하고 있다. 특히 최근 사회관계망서비스(SNS)를 통해 확산된 영상에는 야간에 일부 방문객이 강한 빛을 비추자 부캉이가 수로 가장자리에서 몸을 뒤트는 모습이 담겼다. 전문가들은 이 과정에서 상처가 발생했을 가능성도 배제하지 않고 있다. 지환성 국립수산과학원 연구사는 상어에게 상처가 생길 경우 세균 감염으로 이어질 수 있어 위험하다며 부캉이의 상태를 계속 확인하고 있다고 설명했다. 다만 현재까지 관찰된 부캉이의 움직임과 유영 상태에서는 뚜렷한 이상이 발견되지 않은 것으로 전해졌다.부캉이는 지난달 18일 부산 북항 친수공원 인공 수로에서 처음 모습을 드러냈다. 이후 당국은 두 차례에 걸쳐 부캉이를 구조해 바다로 돌려보내려 했지만, 부캉이는 수로 밖으로 빠져나가지 않고 계속 머물렀다.부캉이가 예상치 못하게 수로에 장기간 머물면서 이를 보기 위해 친수공원을 찾는 방문객도 크게 늘었다. 현재까지 부캉이를 보기 위해 이곳을 방문한 사람은 100만 명을 넘어선 것으로 알려졌다. 시민과 관광객 사이에서 부캉이에 대한 관심이 커지면서 북항 친수공원의 새로운 볼거리로 자리 잡았지만, 동시에 상어의 안전을 위협할 수 있는 방문객들의 행동에 대한 우려도 커지고 있다.특히 최근에는 일부 방문객이 밤 시간대 손전등이나 랜턴으로 부캉이에게 강한 빛을 비추는 모습이 나타나고 있다. 상어가 빛에 반응해 갑작스럽게 움직일 경우 수로 벽이나 바닥에 부딪힐 가능성이 있는 만큼 주의가 필요하다는 지적이다.당국도 방문객들에게 부캉이를 자극할 수 있는 행동을 자제해 달라고 당부하고 있다. 하지만 현장에서 모든 방문객의 행동을 일일이 통제하기는 어려워 추가적인 대응 방안을 마련하는 데 고심하고 있다. 부캉이가 장기간 인공 수로를 떠나지 않는 상황에서 건강 상태까지 확인되면서 앞으로의 관리와 보호가 더욱 중요해지고 있다. 전문가들은 부캉이의 움직임과 상처 상태를 지속적으로 살피는 한편, 방문객들도 가까이에서 관찰하기보다 일정한 거리를 유지하고 불필요한 자극을 피해야 한다고 보고 있다.