쥐 뇌 초음파 결과 실시간 체크 가능
쥐 뇌 초음파 결과 실시간 체크 가능
  • 함예솔
  • 승인 2019.02.12 06:55
  • 조회수 1430
  • 댓글 0
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움직이는 쥐의 초음파 뇌 자극 가능해지나. 출처: pixabay
움직이는 쥐의 초음파 뇌 자극 가능해지나. 출처: pixabay

초음파 뇌자극 기술?

  • 치매, 간질, 수면장애, 우울증 등 뇌 관련 질환들을 치료하기 위해 비침습적이면서 국소 부위를 자극할 수 있는 초음파 뇌 자극 기술 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
  • 초음파 뇌 자극은 쥐 등 동물 실험을 진행하는데, 기존의 초음파 실험은 초음파 트랜스듀서가 무거워 쥐를 항상 마취하거나 고정시켜야 한다는 단점이 있었습니다. 

 

행동실험이 가능한 초소형 비침습 초음파 자극 장치. 출처: KAIST
행동 실험이 가능한 초소형 비침습 초음파 자극 장치. 출처: KAIST

뭘 개발했나

  • KAIST 전기및전자공학부 이현주 교수 연구팀이 초소형화ㆍ초경량화한 미세 초음파 소자(CMUT)를 통해 움직이는 쥐의 뇌에 초음파 자극을 줄 수 있는 기술을 개발했습니다. 
  • 연구팀은 1g 미만의 초경량 초음파 소자 개발을 통해 움직이는 쥐의 뇌 초음파 결과를 얻었습니다.
  • 이는 쥐 무게의 6배에 달하는 초음파 변환기를 사용해 움직이는 쥐에게 적용할 수 없었던 기존 기술의 한계를 극복하게 해줬습니다.
  • 이 연구는 국제 학술지 <브레인스티뮬레이션>에 게재됐습니다.

 

정전용량형 미세 초음파 소자의 (a-c) 구조 및 (d) 2D 시뮬레이션 빔 형. 출처: KAIST
정전용량형 미세 초음파 소자의 (a-c) 구조 및 (d) 2D 시뮬레이션 빔 형. 출처: KAIST

어떻게 조사했나

  • 연구팀은 미소 전자기계 시스템(MEMS) 기술을 통한 정전용량 미세 초음파 소자(CMUT)의 초소형, 초경량화를 연구했습니다. 쥐의 구조에 맞는 중심 주파수, 크기, 초점 거리, 초음파 세기를 갖는 1g 미만의 소자와 행동 실험에 적합한 실험 장치를 제작했습니다.
  • 연구팀은 초음파 소자의 성능 평가를 위해 쥐 뇌의 운동 피질(motor cortex)을 자극해 쥐의 앞발이 움직이는 운동 반응을 확인하고 승모근의 근전도를 측정했습니다. 
  • 초음파의 강도를 높일수록 운동 피질을 자극할 때 나오는 쥐의 앞발이 움직이는 현상이 더 자주 발생습니다. 초음파가 세지면 반응의 성공률이 높아지는 결과를 얻어냈습니다. 
  • 연구팀의 초음파 소자는 쥐 뇌의 3~4mm 깊이까지 초음파가 전달되고 쥐 뇌 전체 크기의 25%영역을 자극할 수 있습니다.

 

비침습 초음파 뇌자극에 의한 움직이는 쥐의 실시간 뇌파 변화. 출처: KAIST
비침습 초음파 뇌자극에 의한 움직이는 쥐의 실시간 뇌파 변화. 출처: KAIST

향후 연구계획은?

  • 움직이는 쥐의 결과를 실시간으로 얻어낸 이번 연구 결과를 토대로 초음파가 수면에 미치는 영향을 연구 중입니다. 향후 수면 연구 뿐만아니라 다양한 행동실험 연구에 초음파 기술을 적용할 수 있을 것으로 보입니다. 
  • 연구팀은 향후 자극 범위를 국소화해 소형 동물 뇌의 단일 영역도 특이적으로 자극할 수 있는 차세대 뉴로톨 기술을 개발할 계획입니다.


 

이현주 교수. 출처: KAIST
이현주 교수. 출처: KAIST

 

 

"머리를 고정하고 마취를 시켰던 기존 동물 실험 방식을 벗어나 움직이는 쥐의 초음파 뇌 자극이 처음으로 가능해졌습니다. 향후 수면장애, 파킨슨병, 치매, 우울증 등 여러 뇌질환의 새로운 치료법 연구와 특이적 뇌 회로 규명에 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 보입니다"

-이현주 교수-


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