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학석박 통합과정(학부 3학년) 홍영화 (지도교수 신효근), Microsystems & Nanoengineering (IF 9.9, JCR 상위 0.6%) 논문 게재
관리자 |
2026-05-11 |
528
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경북대학교 전자전기공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 학석박통합과정 홍영화 학생(학부 3학년 재학) (지도교수 신효근)이 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제학술지 Microsystems & Nanoengineering (IF 9.9, JCR 상위 0.6%)에 게재되었다.
최근 신경과학 연구에서는 자유롭게 행동하는 동물의 뇌 신호를 장기간 안정적으로 기록하는 기술의 중요성이 크게 증가하고 있다. 특히 우울증, 불안장애, 자폐 스펙트럼 장애와 같은 사회적 상호작용 기반 정신질환 연구에서는 동물 간 자연스러운 사회 행동 환경을 유지하는 것이 매우 중요하다. 그러나 기존의 신경 기록 시스템은 케이블과 커넥터가 외부로 노출된 오픈 크라운(open-crown) 구조를 주로 사용해왔으며, 그룹 사육(group housing) 환경에서는 동물 간 물리적 접촉으로 인해 케이블 단선, 프로브 손상, 오염 등의 문제가 빈번하게 발생하였다. 이러한 한계로 인해 대부분의 실험은 개별 사육(single housing) 환경에서 수행되었으며, 이는 사회적 고립으로 인한 불안 증가, 우울 유사 행동, 활동성 감소 등을 유발하여 실제 신경 데이터와 행동 분석 결과에 영향을 줄 수 있다는 문제가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 그룹 사육 환경에서도 안정적인 장기 신경 기록이 가능한 ‘폐쇄형 크라운(closed-crown)’ 패키징 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 나사형 밀폐 구조를 기반으로 하여 외부 충격과 동물 간 접촉으로부터 신경 프로브와 케이블을 효과적으로 보호할 수 있도록 설계되었다. 또한 NFC(Near-Field Communication) 태그를 크라운 내부에 통합하여 다수의 실험동물을 개별적으로 식별할 수 있도록 하였으며, 약 35 μm 두께의 초박형 PSR(Photo Solder Resist) 기반 플렉시블 케이블을 적용하여 자유로운 움직임 환경에서도 높은 기계적 유연성과 안정적인 연결 특성을 확보하였다.
추가적으로 연구팀은 black Pt 전기도금 공정을 통해 전극 임피던스를 수십 kΩ 수준(1 kHz 기준)까지 낮춰 장기간 안정적인 신경 신호 기록이 가능하도록 구현하였다. 실제로 해마(hippocampus) CA1 영역에 신경 프로브를 삽입한 후 1개월 이상 그룹 사육 환경에서 실험을 수행한 결과, 임피던스 변화 없이 안정적인 신경 신호 품질과 spike waveform, signal-to-noise ratio(SNR)를 유지하는 데 성공하였다. 또한 행동 분석 결과, 개별 사육된 생쥐에서는 불안 관련 행동이 증가한 반면, 그룹 사육 환경에서는 크라운 삽입 여부와 관계없이 정상적인 사회 행동과 안정적인 행동 패턴이 유지되는 것을 확인하였다.
이번 연구는 기존 신경 인터페이스 시스템의 가장 큰 한계 중 하나였던 그룹 사육 환경에서의 장기 안정성 문제를 해결한 기술로 평가된다. 특히 단순히 신경 신호 기록 성능 향상에 그치지 않고, 실제 사회적 상호작용 환경을 유지한 상태에서 장기간 신경 활동을 분석할 수 있는 플랫폼을 제시했다는 점에서 의의가 크다. 연구팀은 향후 본 기술이 사회성 행동 연구, 사회적 고립 기반 정신질환 모델 연구, 뇌질환 기전 분석 및 차세대 장기 신경 인터페이스 플랫폼 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대하고 있다.
이번 연구 성과는 “Closed-Crown Packaging System for Stable, Long-Term Neural Recording in Group-Housed Mice”라는 제목으로 게재되었으며, 자연스러운 사회 환경에서 안정적인 장기 신경 기록을 가능하게 하는 새로운 패키징 기술로 평가받았다.
논문링크
신경생체전자 연구실 홈페이지
신경생체전자 연구실 공식 유튜브 채널
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