신경에 삽입하는 ‘초소형 무선 컴퓨터’ 기술 개발

마치 공상과학(SF) 영화 ‘매트릭스’에나 나오는 얘기로 들릴 수도 있지만, 인간의 두뇌와 몸에 직접 무선 컴퓨터를 이식하는 신기술을 미국의 과학자들이 개발해냈다.

미 캘리포니아대 버클리캠퍼스(UC 버클리) 연구팀은 근육과 말초신경계에 집어넣을 수 있을 만큼 작은 무선 센서 ‘신경먼지’(neural dust)를 만들어내는 데 성공했다고 국제 학술지 ‘신경 저널’(Journal Neuron) 최신호(8월 3일자)에 발표했다.

‘신경먼지’는 3년 전 처음 나온 개념으로, 뇌는 물론 근육과 중추신경계, 말초신경계 등 신체 곳곳에 먼지티끌 만한 센서를 곳곳에 집어넣어 실시간으로 그 활동을 관찰하는 기술이다. 그야말로 무선 컴퓨터를 몸속에 이식하는 것.



연구팀은 초음파를 사용해 신경먼지라는 센서에 전력을 공급하고 특정 부위의 데이터를 측정할 수 있었다. 이렇게 수집한 데이터는 초음파로 몸 밖의 무선 송수신기로 전송돼 저장된다.

현재 개발된 센서는 근육과 말초신경계에 삽입할 만큼 작다. 하지만 뇌와 중추신경계에도 적용할 수 있는 목표 크기인 50마이크론(마이크로미터, 100만 분의 1미터)을 달성하기 위해서는 연구가 지속돼야 한다.

이번 연구에 참여한 라이언 닐리 연구원은 “신경먼지 프로젝트의 원래 목표는 뇌-기계 인터페이스에 대한 실행 가능한 차세대 기술을 만드는 것이었다”면서 “예를 들어 하반신 마비 환자가 컴퓨터나 로봇 팔을 제어하길 원할 경우 거추장스럽게 전선이 달린 전극이 아니라 신경먼지 센서를 뿌리듯 집어넣기만 하면 본질적으로 영구적으로 사용할 수 있다”고 말했다.



또 이 기술은 간질과 같은 질환 치료에 이용하거나 면역 체계를 자극하고 또는 염증을 억제해 그야말로 ‘전자약’ 시대를 열 수 있을 것이라는 평가를 받는다. 참고로 전자약은 질병이 발생하는 원인이 되는 위치나 신경망에 전기적 자극이나 신호를 줘 치료하는 방법을 말한다.

이번 연구의 공동저자인 미셸 마르하비즈 조교수는 신경먼지의 장기적 전망은 신경과 뇌 속뿐만 아니라 더 넓은 분야로 확장될 것이라고 말했다.

연구팀은 “초음파 기술은 이미 병원 내 사용을 위해 잘 발달돼 있다”면서 “초음파 진동은 전파와 달리 몸속 거의 모든 곳에 침투할 수 있다”고 설명했다.

신경먼지의 개발은 오늘날의 이식용 전극이 1~2년 이내에 성능이 저하되는 것과 달리 영구적으로 사용할 수 있다. 또 감염 위험도 적으며 전선이 달린 전극으로 인한 불편함을 피할 수도 있다고 한다.

연구를 이끈 호세 카르메나 교수는 “현재 개발된 신경먼지 센서는 방광 조절이나 식욕 억제 등을 위한 말초신경계에 적용할 수 있을 만큼 작다”면서도 “임상적으로 효과가 입증되면 이는 전선이 달린 전극을 대체하게 될 것”이라고 말했다.

이제 연구팀은 신경먼지 센서의 소형화 외에도 지금보다 신체에 더 적합한 재료를 찾고 센서로 수집한 데이터를 저장하는 무선 송수신 장치를 개선하는 작업도 진행할 계획이다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr