한빛사 인터뷰
- 등록2024-04-11
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1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
최근 Neural system에 대한 관심이 집중되면서 뇌로 대표되는 Central Nervous System과 다양한 기능을 통해 Interfacing을 구현하는 신경 인터페이스의 발전이 급속도로 이루어지고 있습니다. 특히 수술이 불가피한 삽입형 신경 인터페이스의 경우 한번의 수술로도 최대한 많은 정보를 얻을 수 있는 뇌 신호 기록 및 조절 (Bidirectional Communication)이 가능하면서도 장기간 사용 가능한 신경 인터페이스의 필요성이 대두되고 있습니다. 이런 신경 인터페이스의 발전은 Neural Engineering 자체의 발전 뿐 아니라 Neuroscience의 발전과도 그 궤를 같이 한다는 관점에서 그 가치를 인정받고 있습니다.
신경 시스템 조사를 위한 삽입형 신경 인터페이스는 1) 재료적으로 생체 시스템의 면역 반응(Foreign Body Response)을 줄이기 위해 생체 친화적이고 부드러운 물질을 사용하고 2) 기능적으로 Extracellular recording에 Optogenetics, Electrochemical Sensing 등의 기능을 병합하는 방향으로 발전되고 있습니다. 하지만 기존 제작방법의 경우 구조 및 재료적 한계로 다양한 기능을 구현하면서 장기간 사용 가능하기 어려웠고, 특히 탄소기반의 전극의 경우 제조 및 병합과정이 복잡하고 금속 전극에 비해 기능적 수행 능력이 떨어진다는 문제점이 있었습니다.
이번에 소개된 제 논문은 이런 문제 해결을 위해 CNT Forest에서 뽑아낸 CNT sheet 전극과 열인발 공정 방법(Thermal Drawing Process)을 통해 뽑아낸 부드러운 Polymer 광섬유를 병합하는 방식을 사용하였습니다. CNT Fiber가 한 방향으로 배향된 CNT Sheet 전극을 통해 신경세포의 두가지 소통 방식(Action potential, Neurotransmitter) 을 효과적으로 기록하고 광전달을 담당하는 Polymer 광섬유에 이를 감아 섬유 형태의 구조체(200m 이하의 diameter)를 제작하였습니다. 제작된 섬유의 경우, 길이 방향으로 배향된 CNT Sheet로부터 기인한 우수한 전기적, 광학적, 기계적 성질을 보임을 확인하였습니다. 섬유형 신경 인터페이스를 실제 쥐 모델에 삽입한 결과, 전기적 신경활성신호, 화학적 신경전달물질(Dopamine)을 잘 측정하고 Optogenetics Manipulation을 통해 Behavioral Output을 이끌어낼 수 있음을 확인하였습니다. 또한 1년 이상 광학적으로 발화된 신경 신호와 자발적으로 발화된 신경 신호를 측정함으로서 장기간 사용 가능성도 보여주었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
해당 연구는 제 PI이신 박성준 교수님 지도하에 KAIST 바이오및뇌공학과 Biomedical and Neural Interface Lab (BNIL, https://www.bnilab.com)에서 진행되었습니다. 굉장히 Multidisciplinary한 연구 분야에 맞게 저희 연구실은 신경공학/과학, 화학공학, 전기공학, 생명공학, 기계공학, 의공학 등 다양한 전공을 가진 학생들로 구성되어 있습니다. 다양한 학생들끼리의 의견 교류와 더불어 교수님의 전폭적인 지원 덕분에 여러 프로젝트가 동시다발적으로 진행중이며 새로운 프로젝트를 설계하고 시작하는 것도 자유로운 것이 저희 연구실의 특장점입니다. 이를 통해 연구실의 경계가 조금씩 넓어지고 있는 상황이며 저 역시도 기출판된 Stretchable fiber bioelectronics (Nature Communications, 2023) 뿐 아니라 다양한 종류의 Invasive / Non-invasive Neural Interface 연구를 이어가고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저희 연구실은 2019년에 시작되어 저의 학위과정과 그 역사를 같이 하였습니다. 처음 연구실에 입학 하였을 때는 연구를 위한 장비도 갖춰지지 않았고 도움을 구할 선배도 없었기에 체계적인 시스템 하에서 연구를 시작하는 것에 어려움이 있었으나 교수님의 배려와 연구실 초반을 함께한 연구실 동료들의 노력 덕분에 현재는 실험실이 잘 구축되었다는 점이 뿌듯합니다. 또한, 학위과정 초반 교수님께서 지도해주신대로 신경 인터페이스의 개발, 동물수술, in vivo 적용, 행동실험을 모두 할 수 있는 독특한 연구자로서 성장을 하였고 프로젝트의 처음부터 끝을 주도적으로 마무리 했다는 점이 보람찹니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
물론 저희 연구실은 보다 다양한 분야에 대한 연구를 진행하고 있지만 제 분야인 Neural Engineering으로 한정시켜 생각해보자면, 저희 분야는 다양한 지식을 기반으로 자신만의 전문성을 살리는 것이 중요해 보입니다. 남들이 하는 것을 그대로 따라하기 보다는 자신이 어떤 종류의 연구를 하는 것에 관심이 있는지를 분명히 할 수 있어야 연구나 학위과정 중간에 길을 잃지 않고 나아갈 수 있는 것 같습니다. 또, 새로운 분야를 배우거나 다른 연구원님들과 협업하는데 보다 열린 마음으로 임하는 것이 중요하다고 생각합니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
저는 두가지 방향으로 해당 연구를 발전시켜보고자 하는 계획을 가지고 있습니다. 좋은 performance를 보인 제 신경 인터페이스를 영장류와 같은 대동물에 적용하여 뇌 신경 질환의 보다 세부적인 메커니즘을 밝혀보거나 MRI compatible한 Implantable Neural Interface의 특징을 살려 Optogenetics, fMRI와 동시 사용하여 Voxel 단위의 Whole Brain Study를 진행해보고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
이 연구에 도움을 주신 모든 분들께 감사의 인사를 드립니다. 특히 해당 논문이 출판되기까지 많은 조언과 피드백을 주신 KAIST 박성준 교수님과 한양대학교 최창순 교수님, 함께 연구를 이끌어간 한양대학교 이재명 연구원, KAIST 김예지 연구원, 이윤흠 연구원님께 감사드립니다. 이외에도 항상 좋은 말씀과 도움을 주셨던 저희 BNIL 연구원분들께도 고맙고 항상 제 편에서 응원해주신 부모님 그리고 누나에게 고맙습니다.
#Neural Interface
# Fiber Bioelectronics
# Multifunctionality
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