| 제 목 | 학석박 통합과정 차형경 (지도교수 신효근), Microsystems & Nanoengineering (IF 11.1) 논문 게재 | ||||
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| 작성자 | 관리자 | 작성일 | 2026-08-10 | 조회수 | 112 |
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 경북대학교 전자전기공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 학석박통합과정 차형경 학생(학부 4학년 재학) 학생(지도교수 신효근)이 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제학술지 Microsystems & Nanoengineering (IF 11.1, JCR 상위 0.6%)에 게재되었다. 최근 우울증, 파킨슨병, 뇌전증 등 다양한 신경계 질환 치료를 위해 경두개 직류자극(Transcranial Direct Current Stimulation, tDCS)과 심부뇌자극(Deep Brain Stimulation, DBS)과 같은 신경조절 기술이 활발히 연구되고 있다. 그러나 기존의 무선 뇌자극 장치는 블루투스, RF 통신, 마이크로컨트롤러 등 복잡한 무선 통신 모듈을 포함하고 있어 장치의 크기와 무게가 증가하며, 실험동물의 자연스러운 행동을 방해할 수 있다는 한계가 있었다. 특히 자유행동 동물 실험에서는 장치의 무게와 부피가 행동 결과에 영향을 줄 수 있어 보다 경량화된 시스템 개발이 요구되어 왔다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 적외선(Infrared, IR) 빛만으로 동작하는 초경량 무선 신경조절 시스템을 개발하였다. 새롭게 개발된 시스템은 기존의 무선 통신 회로를 완전히 제거하고, 특정 파장의 적외선에만 반응하는 광트랜지스터를 이용하여 외부에서 조사하는 적외선만으로 뇌자극을 제어하는 새로운 방식을 제안하였다. 이를 통해 복잡한 제어 회로 없이도 원하는 시점에 선택적으로 전기자극을 전달할 수 있는 초소형 무선 시스템을 구현하였다. 특히 연구팀은 810 nm와 950 nm 두 종류의 적외선 파장을 선택적으로 인식하는 광트랜지스터를 적용하여 서로 다른 자극 채널을 독립적으로 제어할 수 있는 기술을 구현하였다. 또한 광학 필터를 적용해 두 파장 간 간섭을 효과적으로 억제함으로써 하나의 실험 환경에서도 원하는 자극만 선택적으로 수행할 수 있음을 입증하였다. 개발된 경두개 직류자극(tDCS) 시스템은 배터리를 포함한 전체 무게가 약 1.2 g(고정부 포함 약 1.4 g)에 불과하며, 심부뇌자극(DBS) 시스템은 전극을 포함해 0.5 g 이하의 초경량 구조를 구현하였다. 또한 기존 무선 시스템에서 사용되던 크라운(crown) 형태의 고정 구조를 제거하고 새로운 고정 방식을 적용하여 실험동물의 물리적 부담을 크게 줄였다. 연구팀은 개발된 시스템의 성능을 다양한 실험을 통해 검증하였다. 적외선 LED 조사 환경에서 장시간 사용 시에도 온도 변화가 거의 발생하지 않아 열에 의한 영향이 없음을 확인하였으며, 실험 공간 전체에 균일한 적외선이 조사되어 동물의 위치와 관계없이 안정적인 제어가 가능함을 입증하였다. 또한 개방장(Open-field) 행동실험 결과, 장치를 착용하거나 적외선을 조사하더라도 생쥐의 이동거리와 운동속도에는 유의한 변화가 나타나지 않아 자연스러운 행동을 방해하지 않는 것으로 확인되었다. 이어 연구팀은 생쥐의 운동피질(M2)을 대상으로 실제 뇌자극 실험을 수행하였다. 그 결과 경두개 직류자극과 심부뇌자극 모두 자유롭게 움직이는 생쥐에서 뚜렷한 회전 행동(circling behavior)을 유도하였으며, 자극 위치와 자극 방식에 따라 서로 다른 방향의 행동 변화를 유도할 수 있음을 최초로 입증하였다. 이는 개발된 시스템이 실제 뇌회로를 효과적으로 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 신경조절 방식에 따른 뇌회로의 기능과 작동 원리를 규명하는 연구 플랫폼으로도 효과적으로 활용될 수 있음을 보여준다. 이번 연구는 복잡한 무선 통신 회로 없이 적외선만으로 신경자극을 선택적으로 제어할 수 있는 초경량 무선 플랫폼을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다. 특히 기존 무선 신경조절 장치보다 구조를 단순화하면서도 무게를 획기적으로 줄여 자유행동 동물실험의 정확성을 높일 수 있었으며, 적외선 출력 조절을 통해 다양한 방식(tDCS, DBS)의 뇌자극 기술을 구현할 수 있었다. 이번 연구 성과는 "Ultralight infrared-controlled wireless neuromodulation systems for freely behaving mice"라는 제목으로 게재되었으며, 뇌질환 치료 연구, 신경회로 기능 분석, 행동신경과학, 차세대 신경 인터페이스 및 디지털 헬스케어 기술 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 보도자료 링크 논문링크 신경생체전자 연구실 홈페이지 신경생체전자 연구실 공식 유튜브 채널 |
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