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뇌심부 정밀 자극을 위한 유연 소재 신경 전극 개발 / 이승민(전자공학부) 교수

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좌측부터 김정훈 박사(제1 저자), 김서현 학생(공동 저자), 이승민 교수(교신 저자)

국민대학교 전자공학부 바이오-의료전자 연구실의 이승민 교수가 유연한 소재의 고분자와 전극을 금속가이드에 끼워서 정밀하게 뇌의 원하는 위치까지 위치시킬 수 있는 방법과 국소부위의 신경 조직만 자극을 할 수 있는 뇌심부 자극용 (deep brain stimulation) 신경 전극을 개발하였다. 이는 기존의 뇌심부자극기가 뇌 속으로 침습하는 과정이 어렵고 부정확하며, 필요 이상의 부위를 자극하여 뇌를 손상시킨다는 단점을 보완한 것이다. 기존에는 금속과 플라스틱 재질로 이루어진 두꺼운 자극기가 뇌를 통과하도록 만들어져 뇌에 기계적인 손상을 주었고, 자극용 전극을 원하는 지점이 위치시키는 것이 어렵고 자극 부위가 넓어 필요 이상의 자극 세기를 주어야만 했는데 이 단점들을 해결한 것이다. 

정밀한 자극을 위하여 신경 전극의 구조를 자극 시 전하의 이동 방향을 고려하여 유한요소법을 이용한 시뮬레이션을 통해 최적화하였고, 동물 실험을 통하여 실제 뇌 심부에서 국소 부위의 정밀한 자극이 가능함을 확인하였다. 이를 통하여 얇은 전극의 단면적으로도 뇌 조직에서 원하는 위치에 정확히 도달할 수 있었고, 자극의 세기를 그 부위에 집중시킬 수 있음을 보였다. 이는 파킨슨병, 간질, 우울증과 같은 치료에 효과적인 방법으로 현재 시행되고 있는 뇌심부자극법을 위한 도구로써 많은 기여를 할 것으로 보인다. 

바이오-의료전자 연구팀의 이 연구 결과는 그 유용성과 혁신성을 인정받아 Biosensors and Bioelectronics (논문명 : Flexible deep brain neural probe for localized stimulation and detection with metal guide, 교신저자: 이승민 교수)에 게재되었다. Biosensors and Bioelectronics는 바이오 전자 및 센서 시스템에서 상위 5% 미만의 최상위권 학술지로 바이오와 전자공학의 융합 연구를 주로 다루고 있다. 

이번 연구 성과는 한국연구재단의 선도연구센터지원사업(ERC)과 신진연구자 지원사업을 통하여 수행되었으며, KU-KIST 융합대학원의 강종윤 교수 연구팀과의 협력으로 진행되었다.

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