인공 망막 장치, 전류 자극으로 최적화
인공 망막 장치, 전류 자극으로 최적화
  • 함예솔
  • 승인 2019.10.11 20:55
  • 조회수 25242
  • 댓글 1
이 기사를 공유합니다

각막이 손상될 경우 이식이 가능하지만 안구 뒤편에 있는 망막은 뇌의 일부분인 복잡한 신경 조직 때문에 이식이 불가능합니다. 망막 변성 질환은 광수용체 세포가 손상되면서 빛을 전기화학적 신경 신호로 변환하지 못해 실명에 이르게 만드는데요. '노인성 황반 변성'과 '망막 새포 변성'이 대표적인 망막 변성 질환입니다. 노인성 황반 병성의 경우 인구의 노령화로 인해 환자수가 급격히 증가하는 추세라고 하는데요. 70세 이상에서 5명 중 1명 꼴로 발병한다고 합니다. 

인공 망막 장치 향상되나. 출처: AdobeStock
인공 망막 장치 향상되나. 출처: AdobeStock

하지만 망막 변성 질환으로 시력을 잃었을 때 시력을 되찾기 위한 약물은 존재하지 않는다고 하는데요. 현재 시력을 되찾을 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식해 망막의 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 막망 장치 뿐이라고 합니다. 그런데 한국과학기술연구원(KIST) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀이 전기 자극으로 인공 망막 장치의 성능을 향상시켰다고 합니다.  

 

ON 세포와 OFF 세포

 

망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 후 뇌로 전송합니다. 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응해 뇌에 정보를 전달합니다. 

망막(retina). 출처: AdobeStock
망막(retina). 출처: AdobeStock

정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛으로 인해 각각 따로 활성화됩니다. 하지만 현재의 인공 망막 장치에서 사용되는 전기 자극으로 모든 신경절 세포가 동시에 활성화된다는 문제점이 발생했습니다. 밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극으로 안해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미가 헷갈릴 수밖에 없습니다. 따라서 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활용할 수 있는지가 관건이었습니다. 

 

최적의 전기 자극으로 세포 선택적 활성화

 

지금까지는 최적의 전기 자극 방법을 결정하기 위해 인공 망막 장치를 이식받은 환자에게 직접 물어보는 방법이 주로 사용됐습니다. 실험동물을 이용한 기초 실험은 많이 부족했습니다. KIST 연구진은 실험용 쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 연구했습니다.

 

연구진은 ON 세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만 OFF 세포들에서는 덜 민감하게 변하는 걸 확인했습니다. 연구진은 OFF 세포 대비 ON 세포들의 신경 신호를 최적화하는 전류값을 찾아냈고 ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐습니다. 전류의 크기를 변화시켜 ON 신경절 세포를 선택적으로 자극하는 방법은 세계 최초라고 합니다. 

전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 출처: KIST
전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 출처: KIST

이번 연구를 통해 망막 변성 질환으로 실명한 환자들의 시력의 회복시킬 수 있는 인공 망막 장치의 성능을 향상시켰습니다. 또 다른 형태의 신경 보철 장치에서도 특정 종류의 신경 세포를 선택적으로 활성화하는 연구에 응용이 가능합니다. 다만 실험용 동물인 쥐에서 확인한 결과이기 때문에 인공 망막 장치 사용자를 통해 재확인이 필요합니다. 

임매순 박사. 출처:KIST
임매순 박사. 출처:KIST

 

 

"망막을 최적의 전류 크기로 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합합니다. 현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가적인 실험을 진행하고 있습니다. 이번 연구 성과와 신경 과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치의 성능을 획기적으로 개선하기 위한 원천 기술을 개발하는 중 입니다"

-KIST 임매순 박사-

 

 

 


##참고자료##


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 1
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
그렇군 2019-10-12 20:26:22
인공망막은 예전에 서울대 모 교수가 개발한다고 하던것인데.. 소식이 없네

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2019 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트