뉴럴링크 BCI 넘어설 칩 나왔다…전기·빛 신호 동시에 분석

KIST, 차세대 광반도체 BCI 칩 개발..반도체에 센서 배치 전기신호와 빛신호 통해 뇌질환 정밀 진단...차세대 BCI 상용화 하나의 반도체 칩에서 전기 신호와 빛 신호를 함께 읽어 신경세포의 종류·위치·시점을 분석할 수 있는 차세대 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 칩이 개발됐다. 전극과 초음파 등 단일 신호 방식에 머물러 어떤 종류의 신호세포가 활동하는지 구분하지 못하는 미국 뉴럴링크의 BCI 칩을 극복할 차세대 BCI 핵심 부품으로 쓰일 것으로 기대된다. 한국과학기술연구원(KIST)은 이창혁 뇌과학연구소 박사 연구팀이 전기 신호와 빛 신호를 하나의 반도체 칩에서 동시에 읽어내는 ‘광반도체 BCI 칩’을 개발했다고 5일 밝혔다. BCI는 신경신호가 언제 발생했는지는 알 수 있지만, 어떤 종류의 세포에서 나온 것인지는 구분하기 어려워 파킨슨병이나 치매 같은 뇌신경질환의 정밀 진단에 한계가 있다. 전기 신호는 활동 시점을, 빛 신호는 세포 종류를 보여 주는데, 지금까지 두 신호를 하나의 칩에서 동시에 읽어내기 어려웠다. 연구팀은 머리카락 굵기 실리콘 침 13개에 전극 416개와 빛 감지 화소 832개를 하나의 반도체 칩에 집적해 언제, 어떤 세포가 반응했는지를 동시에 파악할 수 있는 광반도체 BCI 칩을 개발했다. 이 반도체는 뇌에 이식돼 세포 크기의 센서가 뇌 안에 3차원으로 배치됨으로써 신경세포 내부의 정보처리 과정까지 광신호로 읽어낸다. 연구팀은 스마트폰 등에 쓰이는 범용 CMOS(상보형 금속 산화 반도체) 공정과 3차원 프린팅 기술을 결합해 제작비를 기존보다 100분의 1 수준으로 낮췄다. 국내 반도체 파운드리·팹리스 인프라와 연계해 BCI 칩을 제작할 수 있는 산업화 가능성을 검증받은 것이다. 연구팀은 살아있는 쥐의 뇌 부위 세 곳에 칩을 이식한 결과 마취 깊이에 따른 뇌파 변화와 시각 자극에 따른 신경세포 반응을 동시에 포착했으며, 이식 1주일 후 염증 반응과 운동 기능이 모두 정상임을 확인했다. 이창혁 박사는 “신경세포의 종류와 위치, 시점을 동시에 해독할 수 있어 파킨슨병과 치매, 우울증 등 뇌질환 정밀 진단과 치료에 활용할 수 있다”며 “개인 맞춤형 전자약과 고도화된 뇌-AI 인터페이스 구현에도 활용돼 차세대 BCI 산업 활성화에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 지난 6월 19일 표지 논문으로 실렸다.