김영수 한의사, Energy & Environmental Science(IF: 20.523)’ 게재 연구에 공동저자로 참여

카이스트 김대수·이건재 교수팀, 압전소자 활용한 반영구적 뇌신경 자극장비 효과 ‘검증’

다양한 실험기법 활용, 한의학적 치료 효과 검증 및 기전 밝히는데 적극 활용 기대

 

2048-06-1최근 한국과학기술원(이하 카이스트) 김대수 교수(생명과학과)·이건재 교수(신소재공학과) 연구팀은 ‘Self-powered deep brain stimulation via a flexible PIMNT energy harvester’ 제하의 논문을 에너지 분야 세계 최고 저널 중 하나인 ‘Energy & Environmental Science(IF: 20.523)’에 게재했다. 특히 이 연구에는 지난 2011년 경희대학교 한의과대학을 졸업한 후 현재 카이스트 의과학대학원에서 박사과정을 밟고 있는 김영수 한의사가 공동1저자로 참여해 눈길을 끌고 있다.

 

이번 연구는 물리적인 힘을 전기에너지로 바꿔주는 압전소자를 활용해 다른 외부 전원 없이 뇌 신경세포를 자극할 수 있다는 것을 검증한 것으로, 현재 압전소자는 반영구적으로 전기를 생산할 수 있다는 점에서 다양한 전기장비에서 기존의 배터리 방식을 대체할 수 있는 수단으로 주목받고 있지만 기존의 압전소자들은 전기 생산 효율이 낮아 센서 등 일부 제한적인 용도로만 사용되고 있다.

 

이에 따라 연구팀은 이러한 압전소자의 미흡한 부분에 대한 개선을 통해 압전소자를 활용한 반영구적 뇌신경자극 장비를 구축하기 위해 이건재 교수팀에서 개발한 높은 효율의 압전소자를 활용, 생쥐 모델에서 뇌신경 자극 여부를 검증했다.

 

연구팀은 생쥐 뇌의 운동피질에 전극을 삽입하고 압전소자와 연결해 얇은 막 형태의 압전소자가 구부러질 때 만들어지는 전기만으로 운동피질의 신경세포를 자극한 결과, 다른 전원장치 없이도 운동피질의 충분한 ‘운동명령신호(motor command)’를 유도해 신체의 움직임을 유도할 수 있다는 것을 확인, 향후 연구팀에서 개발한 새로운 방식의 압전소자를 활용해 기능적으로 뇌신경세포들을 자극하는 것이 가능하다는 것을 밝혀냈다.

 

이와 관련 연구팀 관계자는 “심장박동기·심부뇌자극기 등 치료를 목적으로 환자의 신체 내에 삽입되는 의료장비들은 작동을 위한 전기에너지가 필요하기 때문에 배터리를 함께 삽입해야 하고, 수술을 통해 이를 정기적으로 교체해야 하는 문제가 있었지만, 이번 연구를 통해 반영구적 자가발전 뇌자극장비가 이러한 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있을 것이라 기대한다”며 “특히 심부뇌자극술(DBS)과 같이 신경세포 활동을 조절하는 의료장비들에 큰 활용가치가 있을 것으로 생각되며, 의수나 의족과 같이 신경신호 조절이 필요한 신경보철기(neural prosthetics)에서도 다양한 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

 

특히 김영수 한의사는 “압전소자는 압력, 진동, 구부러짐 등의 물리적 힘을 전기에너지로 바꾸어준다는 점에서 다양한 활용이 가능하다”며 “실용화를 위해서는 고려해야할 부분이 많겠지만 전원이 필요한 전침 등의 기기에 활용이 가능하며, 진동이나 움직임을 측정하는 의료장비들의 센서로도 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

 

또한 그는 “이번 연구에서 활용된 전기생리학과 행동측정을 결합한 실험기법은 현재 신경과학 연구에서 근본적인 역할을 담당하고 있다”며 “현재 살아 움직이는 동물들에서 신경세포들의 활동을 실시간으로 측정하며 특정 행동과의 상관관계를 밝히는 것을 주로 연구하고 있는데, 이러한 실험기법들은 여러 질병모델에서 전통의학 치료의 효과를 검증하거나 그 기전을 밝히는데 적극적으로 활용할 수 있을 것”이라고 강조했다.

 

2015년 12월 28일            기사등록 : 강환웅 기자