연세대학교 전기전자공학과 서정목 교수 연구팀은 서울대학교 박성준 교수 연구팀, 연세대 김태영 박사, KAIST 손연주 연구원과 함께 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface, 이하 BCI)의 장기적 안정성 문제를 극복할 수 있는 차세대 신경 전극 표면 코팅 기술 'TAB 코팅'을 개발했다고 22일 밝혔다.
이번 연구 결과는 생체재료 분야 세계적 권위 학술지인 '사이언스 어드밴시스'에 11일 자로 게재됐다.
뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 중증 마비 환자 등 의사소통이 어려운 환자의 재활은 물론, 인간-기계 간 상호작용을 가능하게 하는 차세대 핵심 기술로 주목받고 있는 기술이다. 해외에서는 BCI를 통해 뇌 신호만으로 컴퓨터 커서를 움직이거나 온라인 게임을 수행하는 영상이 공개되며 기술의 확장 가능성이 빠르게 커지고 있다.
하지만 실질적인 임상 적용을 가로막는 가장 큰 장벽은 장기적인 신경 신호 유지에 있었다. 전극이 이식된 뇌조직은 미세한 움직임이나 염증 반응으로 손상되기 쉬워 결과 반응성 교세포증과 흉터 형성으로 인해 신호 품질이 수개월 내 급격히 저하되거나 소실된다.
따라서 차세대 BCI 전극 기술에는 염증 반응과 비특이적 세포 부착을 억제하면서, 신경세포와의 선택적 상호작용을 유도할 수 있는 계면 설계가 필수적이다.
연구팀이 개발한 TAB 코팅은 이 같은 요구를 동시에 충족하는 지능형 표면 설계 기술이다. TAB 코팅은 전극 표면에서 원치 않는 비특이적 단백질과 면역세포의 부착을 선택적으로 억제하고, 동시에 BDNF(Brain-Derived Neurotrophic Factor)를 안정적으로 고정화함으로써 신경세포 및 성상교세포와의 표적 상호작용을 유도한다.
이러한 이중 기능을 단일 표면에서 정밀하게 구현함으로써, 염증을 유발하는 비특이적 단백질과 세포의 부착은 억제되고, 신경세포의 생존과 부착은 선택적으로 촉진됐다.
이번 성과는 소자-표면-뇌조직의 통합 최적화로 완성됐다. 박성준 서울대 교수팀은 삽입성과 생체 적합성이 뛰어난 고해상도 유연 전극 플랫폼을 제공했고 서정목 연세대 교수팀의 TAB 코팅 기술을 결합함으로써, 기계적 유연성과 생물학적 안정성을 동시에 확보하는 데 성공했다.
서정목 연세대 교수는 “TAB 코팅은 원치 않는 부착은 차단하고, 원하는 상호작용만 선택적으로 유도하는 지능형 계면 기술로, 뇌 신호 기록의 수명을 실질적으로 연장했다”며 “인간 뇌와 전자 시스템의 안정적인 연결을 위한 중요한 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.
박성준 서울대 교수는 “유연 전극 플랫폼과 TAB 코팅의 결합은 고해상도 기록과 정밀 자극을 장기간 안정적으로 수행할 기반을 제공한다”면서 “향후 임상 적용을 위한 소자-재료-시스템 통합 연구를 지속해 나갈 계획”이라고 말했다.
권미현 기자 mhkwon@etnews.com
