‘손상된 신경의 회복은 가능한가?’ 척수 손상 및 신경 손상 환자에게 희망이 되어줄 뉴로모픽 소자의 바이오 응용 연구로 주목

서울대 재료공학부 이태우 교수-스탠포드대 제난 바오 교수 공동 연구팀, 신축성 뉴로모픽 인공 신경 통한 척수 손상 동물 움직임 구현으로 인류 과학난제 해결 실마리 제공, 신축성 유기 인공 신경을 통한 신경이 마비된 쥐의 다리 움직임 재현, 뉴로모픽 소자의 바이오 응용을 위한 새로운 가능성 발견

왼쪽부터가 서울대 이태우 교수, 스탠포드 대학 제난 바오 교수, 서울대 이영준 박사, 스탠포드대학 유신 리우 박사, 서울대 서대교 박사과정이다

신경은 생명 활동에 필수적일 뿐 아니라 삶의 질에도 큰 영향을 미치는데 물리적 충격, 유전적 원인, 2차 합병증, 노화 등의 원인으로 쉽게 손상된다. 한번 손상된 신경은 재건이 어려우며, 생체 신호를 제대로 전달하지 못해 신체 기능의 일부 또는 전부를 영구적으로 상실하게 된다. 하지만 손상된 신경을 치료하기 위해서 외과적 수술과 약물치료 등 다양한 시도가 진행됐으나, 한번 손상이 되거나 퇴화된 신경의 기능은 다시 회복하는 것은 거의 불가능에 가까운 난제로 남아있다.

이러한 신경 의학의 중요성에 기인해 신경을 모방하는 뉴로모픽 유기 인공 신경을 통해 척수 손상으로 신경이 마비된 쥐 모델의 근육 운동을 회복하는 연구에서 서울대학교 공과대학 재료공학부 이태우 교수와 스탠포드대학교 제난 바오 교수 국제 공동 연구팀이 성공했다.

서울대 공동 연구팀은 생체 신경섬유의 구조와 기능을 모사하는 신축성 저전력 유기 나노선 인공 신경을 이용해 이러한 문제점을 해결했다. 복잡하고 부피가 큰 외부 컴퓨터 없이 인공 신경만으로 쥐의 다리 움직임을 조절하는데 성공한 것이다. 신경이 마비된 쥐가 공을 차거나 러닝머신 위에서 걷고 뛰는 움직임을 구현했고, 움직이는 동물의 운동 피질에서 사전 기록된 신호를 샘플링해 인공 시냅스를 통해 쥐의 다리를 움직임으로써 자발적인 움직임을 보이기 위한 인공 신경의 응용 가능성을 보여줬다.

서울대 이태우 교수는 “신경 손상은 눈부신 의학 기술의 발전에도 불구하고 과거부터 현재까지 여전히 난제로 여겨지고 있다”며 “생물학적 의학적 방식이 아니라 공학적 방식으로 신경 손상 극복을 위한 새로운 돌파구를 열 수 있는 실마리를 제공했다”고 밝혔다. 이 교수의 말에 따르면, 신경 손상 극복을 위한 공학적 접근 방식은 관련 질병 및 장애로 고통 받고 있는 사람들에게 삶의 질을 향상시켜 줄 수 있는 새로운 길을 열 수 있을 것이라는 설명이다.

해당 논문의 제1저자인 이영준 박사는 “생체 신경망의 거동을 모사해 차세대 컴퓨팅 소자로 주목 받고 있는 뉴로모픽(Neuromorphic) 분야의 새로운 가능성을 발견했다”며 해당 연구의 잠재력에 주목했다. 그는 “이를 통해 뉴로모픽(Neuromorphic) 분야가 컴퓨팅에 그치지 않고 의공학과 생명공학 등 다양한 분야에 사용될 수 있을 것”이라고 기대감을 나타냈다.

연구 결과는 세계적인 국제학술지 ‘네이쳐 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’에 8월 16일자로 게재됐다. ANN

홍유석 서울대학교 공과대학장

이태우 서울대학교 재료공학부 교수, 제난 바오 스탠포드대학교 교수 국제 공동 연구팀

자료_ 서울대학교 공과대학