- 평면형태의 뇌 신호만 측정할 수 있던 기술의 한계 극복 - 인간 세포 기반 인공 뇌에 적용 가능한 새로운 뇌 질환 치료제 평가 방법 제시 우리 뇌는 다른 장기와는 달리 두껍고 단단한 두개골로 덮여 있어 접근이 어려워 해상도가 낮은 영상 기반이나 두개골 밖에서 측정하는 뇌파 분석 등으로 연구 방법이 한정되어 있었다. 이로 인해 뇌의 발달 단계에서 일어나는 다양한 현상이나 장애의 원인, 그리고 그 치료기술을 개발하는 연구에도 한계가 있었다. 최근에는 쥐에서 추출된 신경세포나 인간 유래의 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용하여 인공 뇌를 구현하고, 이를 이용하여 뇌 발달 과정을 연구하거나 뇌 질환의 원인을 규명하는 연구가 뇌의 신비를 풀어 줄 열쇠로 주목을 받고 있다. 과거 인공 뇌는 평면 형태로 제작하여 연구해왔는데, 입체적인 실제 뇌와의 괴리를 줄이기 위해 3차원(3D) 형태의 입체적인 인공 뇌가 2017년 KIST 연구팀에 의해 개발된 바 있다. 하지만, 3D 인공 뇌의 신호를 연구하기 위한 분석 툴은 개발되지 않아, 표면에서의 신호만 분석하거나 입체 구조를 평면 형태로 무너뜨려 연구해야 해서 복잡하게 얽혀진 인공 신경망에서의 신경 신호 추적에 한계가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학연구소 조일주, 최낙원 박사팀이 입체 형태의 인공 뇌 회로를 망가뜨리지 않고 정밀하게 자극하고 세포 단위의 신경 신호를 내부의 여러 곳에서 실시간으로 측정할 수 있는 초소형 분석 시스템을 개발했다고 밝혔다. 연구진이 개발한 3차원 다기능 신경 신호 측정 시스템은 머리카락 절반 정도인 50㎛ 두께의 실리콘 탐침 어레이에 63개의 침 형태의 전극을 집적한 형태로, 인공 뇌에 꽂아 뇌 신경망 회로 내부 여러 곳의 신호를 동시에 측정할 수 있다. 탐침 내부에는 광섬유와 약물 전달 채널이 집적되어 있어 뇌 세포를 빛이나 약물로 정밀하게 자극하여 자극에 반응하는 인공 뇌 회로의 기능 변화를 측정함으로써, 인공 뇌를 이용한 뇌 기능 및 질환 연구를 가능하게 하였다. 연구팀은 개발된 시스템을 이용하여 인공 뇌의 뇌세포를 빛으로 자극하고 이에 반응하여 전파되는 신호를 여러 곳에서 동시에 측정하여 뇌 신호의 전파속도가 뇌세포 부위별로 다름을 밝혀내었다. 뇌지도를 작성함에 있어 전자현미경을 통해 제작할 수 있는 구조적 뇌 지도뿐만 아니라 복잡한 인공 뇌 회로망 내에서 뇌 회로가 어떻게 기능적으로 연결되어 있는지를 보여주는 3차원 기능적 뇌지도를 작성할 수 있는 가능성을 확인했다. KIST 최낙원 박사는 “개발한 시스템을 통해서 다양한 뇌 발달 장애와 뇌 질환의 원인 및 치료 방법 등을 연구할 수 있게 되었다.”라고 말했다. 공동 연구책임자인 조일주 박사는 “기존에는 불가능하였던 3차원의 인공 뇌 기능 측정을 가능하게 하는 시스템 개발로 다양한 뇌 질환 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단의 미래뇌융합기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Nature Communications’ (IF: 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) 3D high-density microelectrode array with optical stimulation and drug delivery for investigating neural circuit dynamics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 신효근 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 최낙원 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 3D 인공 뇌 회로와 자극 및 신경 신호 측정을 위한 3차원 다기능 전극 어레이 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 3차원 인공 뇌 회로 측정용 다기능 3D 전극 어레이

- 평면형태의 뇌 신호만 측정할 수 있던 기술의 한계 극복 - 인간 세포 기반 인공 뇌에 적용 가능한 새로운 뇌 질환 치료제 평가 방법 제시 우리 뇌는 다른 장기와는 달리 두껍고 단단한 두개골로 덮여 있어 접근이 어려워 해상도가 낮은 영상 기반이나 두개골 밖에서 측정하는 뇌파 분석 등으로 연구 방법이 한정되어 있었다. 이로 인해 뇌의 발달 단계에서 일어나는 다양한 현상이나 장애의 원인, 그리고 그 치료기술을 개발하는 연구에도 한계가 있었다. 최근에는 쥐에서 추출된 신경세포나 인간 유래의 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용하여 인공 뇌를 구현하고, 이를 이용하여 뇌 발달 과정을 연구하거나 뇌 질환의 원인을 규명하는 연구가 뇌의 신비를 풀어 줄 열쇠로 주목을 받고 있다. 과거 인공 뇌는 평면 형태로 제작하여 연구해왔는데, 입체적인 실제 뇌와의 괴리를 줄이기 위해 3차원(3D) 형태의 입체적인 인공 뇌가 2017년 KIST 연구팀에 의해 개발된 바 있다. 하지만, 3D 인공 뇌의 신호를 연구하기 위한 분석 툴은 개발되지 않아, 표면에서의 신호만 분석하거나 입체 구조를 평면 형태로 무너뜨려 연구해야 해서 복잡하게 얽혀진 인공 신경망에서의 신경 신호 추적에 한계가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학연구소 조일주, 최낙원 박사팀이 입체 형태의 인공 뇌 회로를 망가뜨리지 않고 정밀하게 자극하고 세포 단위의 신경 신호를 내부의 여러 곳에서 실시간으로 측정할 수 있는 초소형 분석 시스템을 개발했다고 밝혔다. 연구진이 개발한 3차원 다기능 신경 신호 측정 시스템은 머리카락 절반 정도인 50㎛ 두께의 실리콘 탐침 어레이에 63개의 침 형태의 전극을 집적한 형태로, 인공 뇌에 꽂아 뇌 신경망 회로 내부 여러 곳의 신호를 동시에 측정할 수 있다. 탐침 내부에는 광섬유와 약물 전달 채널이 집적되어 있어 뇌 세포를 빛이나 약물로 정밀하게 자극하여 자극에 반응하는 인공 뇌 회로의 기능 변화를 측정함으로써, 인공 뇌를 이용한 뇌 기능 및 질환 연구를 가능하게 하였다. 연구팀은 개발된 시스템을 이용하여 인공 뇌의 뇌세포를 빛으로 자극하고 이에 반응하여 전파되는 신호를 여러 곳에서 동시에 측정하여 뇌 신호의 전파속도가 뇌세포 부위별로 다름을 밝혀내었다. 뇌지도를 작성함에 있어 전자현미경을 통해 제작할 수 있는 구조적 뇌 지도뿐만 아니라 복잡한 인공 뇌 회로망 내에서 뇌 회로가 어떻게 기능적으로 연결되어 있는지를 보여주는 3차원 기능적 뇌지도를 작성할 수 있는 가능성을 확인했다. KIST 최낙원 박사는 “개발한 시스템을 통해서 다양한 뇌 발달 장애와 뇌 질환의 원인 및 치료 방법 등을 연구할 수 있게 되었다.”라고 말했다. 공동 연구책임자인 조일주 박사는 “기존에는 불가능하였던 3차원의 인공 뇌 기능 측정을 가능하게 하는 시스템 개발로 다양한 뇌 질환 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단의 미래뇌융합기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Nature Communications’ (IF: 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) 3D high-density microelectrode array with optical stimulation and drug delivery for investigating neural circuit dynamics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 신효근 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 최낙원 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 3D 인공 뇌 회로와 자극 및 신경 신호 측정을 위한 3차원 다기능 전극 어레이 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 3차원 인공 뇌 회로 측정용 다기능 3D 전극 어레이

- 평면형태의 뇌 신호만 측정할 수 있던 기술의 한계 극복 - 인간 세포 기반 인공 뇌에 적용 가능한 새로운 뇌 질환 치료제 평가 방법 제시 우리 뇌는 다른 장기와는 달리 두껍고 단단한 두개골로 덮여 있어 접근이 어려워 해상도가 낮은 영상 기반이나 두개골 밖에서 측정하는 뇌파 분석 등으로 연구 방법이 한정되어 있었다. 이로 인해 뇌의 발달 단계에서 일어나는 다양한 현상이나 장애의 원인, 그리고 그 치료기술을 개발하는 연구에도 한계가 있었다. 최근에는 쥐에서 추출된 신경세포나 인간 유래의 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용하여 인공 뇌를 구현하고, 이를 이용하여 뇌 발달 과정을 연구하거나 뇌 질환의 원인을 규명하는 연구가 뇌의 신비를 풀어 줄 열쇠로 주목을 받고 있다. 과거 인공 뇌는 평면 형태로 제작하여 연구해왔는데, 입체적인 실제 뇌와의 괴리를 줄이기 위해 3차원(3D) 형태의 입체적인 인공 뇌가 2017년 KIST 연구팀에 의해 개발된 바 있다. 하지만, 3D 인공 뇌의 신호를 연구하기 위한 분석 툴은 개발되지 않아, 표면에서의 신호만 분석하거나 입체 구조를 평면 형태로 무너뜨려 연구해야 해서 복잡하게 얽혀진 인공 신경망에서의 신경 신호 추적에 한계가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학연구소 조일주, 최낙원 박사팀이 입체 형태의 인공 뇌 회로를 망가뜨리지 않고 정밀하게 자극하고 세포 단위의 신경 신호를 내부의 여러 곳에서 실시간으로 측정할 수 있는 초소형 분석 시스템을 개발했다고 밝혔다. 연구진이 개발한 3차원 다기능 신경 신호 측정 시스템은 머리카락 절반 정도인 50㎛ 두께의 실리콘 탐침 어레이에 63개의 침 형태의 전극을 집적한 형태로, 인공 뇌에 꽂아 뇌 신경망 회로 내부 여러 곳의 신호를 동시에 측정할 수 있다. 탐침 내부에는 광섬유와 약물 전달 채널이 집적되어 있어 뇌 세포를 빛이나 약물로 정밀하게 자극하여 자극에 반응하는 인공 뇌 회로의 기능 변화를 측정함으로써, 인공 뇌를 이용한 뇌 기능 및 질환 연구를 가능하게 하였다. 연구팀은 개발된 시스템을 이용하여 인공 뇌의 뇌세포를 빛으로 자극하고 이에 반응하여 전파되는 신호를 여러 곳에서 동시에 측정하여 뇌 신호의 전파속도가 뇌세포 부위별로 다름을 밝혀내었다. 뇌지도를 작성함에 있어 전자현미경을 통해 제작할 수 있는 구조적 뇌 지도뿐만 아니라 복잡한 인공 뇌 회로망 내에서 뇌 회로가 어떻게 기능적으로 연결되어 있는지를 보여주는 3차원 기능적 뇌지도를 작성할 수 있는 가능성을 확인했다. KIST 최낙원 박사는 “개발한 시스템을 통해서 다양한 뇌 발달 장애와 뇌 질환의 원인 및 치료 방법 등을 연구할 수 있게 되었다.”라고 말했다. 공동 연구책임자인 조일주 박사는 “기존에는 불가능하였던 3차원의 인공 뇌 기능 측정을 가능하게 하는 시스템 개발로 다양한 뇌 질환 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단의 미래뇌융합기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Nature Communications’ (IF: 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) 3D high-density microelectrode array with optical stimulation and drug delivery for investigating neural circuit dynamics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 신효근 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 최낙원 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 3D 인공 뇌 회로와 자극 및 신경 신호 측정을 위한 3차원 다기능 전극 어레이 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 3차원 인공 뇌 회로 측정용 다기능 3D 전극 어레이

- 평면형태의 뇌 신호만 측정할 수 있던 기술의 한계 극복 - 인간 세포 기반 인공 뇌에 적용 가능한 새로운 뇌 질환 치료제 평가 방법 제시 우리 뇌는 다른 장기와는 달리 두껍고 단단한 두개골로 덮여 있어 접근이 어려워 해상도가 낮은 영상 기반이나 두개골 밖에서 측정하는 뇌파 분석 등으로 연구 방법이 한정되어 있었다. 이로 인해 뇌의 발달 단계에서 일어나는 다양한 현상이나 장애의 원인, 그리고 그 치료기술을 개발하는 연구에도 한계가 있었다. 최근에는 쥐에서 추출된 신경세포나 인간 유래의 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용하여 인공 뇌를 구현하고, 이를 이용하여 뇌 발달 과정을 연구하거나 뇌 질환의 원인을 규명하는 연구가 뇌의 신비를 풀어 줄 열쇠로 주목을 받고 있다. 과거 인공 뇌는 평면 형태로 제작하여 연구해왔는데, 입체적인 실제 뇌와의 괴리를 줄이기 위해 3차원(3D) 형태의 입체적인 인공 뇌가 2017년 KIST 연구팀에 의해 개발된 바 있다. 하지만, 3D 인공 뇌의 신호를 연구하기 위한 분석 툴은 개발되지 않아, 표면에서의 신호만 분석하거나 입체 구조를 평면 형태로 무너뜨려 연구해야 해서 복잡하게 얽혀진 인공 신경망에서의 신경 신호 추적에 한계가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학연구소 조일주, 최낙원 박사팀이 입체 형태의 인공 뇌 회로를 망가뜨리지 않고 정밀하게 자극하고 세포 단위의 신경 신호를 내부의 여러 곳에서 실시간으로 측정할 수 있는 초소형 분석 시스템을 개발했다고 밝혔다. 연구진이 개발한 3차원 다기능 신경 신호 측정 시스템은 머리카락 절반 정도인 50㎛ 두께의 실리콘 탐침 어레이에 63개의 침 형태의 전극을 집적한 형태로, 인공 뇌에 꽂아 뇌 신경망 회로 내부 여러 곳의 신호를 동시에 측정할 수 있다. 탐침 내부에는 광섬유와 약물 전달 채널이 집적되어 있어 뇌 세포를 빛이나 약물로 정밀하게 자극하여 자극에 반응하는 인공 뇌 회로의 기능 변화를 측정함으로써, 인공 뇌를 이용한 뇌 기능 및 질환 연구를 가능하게 하였다. 연구팀은 개발된 시스템을 이용하여 인공 뇌의 뇌세포를 빛으로 자극하고 이에 반응하여 전파되는 신호를 여러 곳에서 동시에 측정하여 뇌 신호의 전파속도가 뇌세포 부위별로 다름을 밝혀내었다. 뇌지도를 작성함에 있어 전자현미경을 통해 제작할 수 있는 구조적 뇌 지도뿐만 아니라 복잡한 인공 뇌 회로망 내에서 뇌 회로가 어떻게 기능적으로 연결되어 있는지를 보여주는 3차원 기능적 뇌지도를 작성할 수 있는 가능성을 확인했다. KIST 최낙원 박사는 “개발한 시스템을 통해서 다양한 뇌 발달 장애와 뇌 질환의 원인 및 치료 방법 등을 연구할 수 있게 되었다.”라고 말했다. 공동 연구책임자인 조일주 박사는 “기존에는 불가능하였던 3차원의 인공 뇌 기능 측정을 가능하게 하는 시스템 개발로 다양한 뇌 질환 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단의 미래뇌융합기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Nature Communications’ (IF: 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) 3D high-density microelectrode array with optical stimulation and drug delivery for investigating neural circuit dynamics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 신효근 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 최낙원 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 3D 인공 뇌 회로와 자극 및 신경 신호 측정을 위한 3차원 다기능 전극 어레이 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 3차원 인공 뇌 회로 측정용 다기능 3D 전극 어레이

- 쥐 망막의 신경세포 실험 통해 인공 시각 구현을 위한 최적의 전기 자극 확인 - 인공 망막 장치에 적용하여, 보다 자연스러운 고품질 인공 시각 구현 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 실험용 쥐의 망막에서 신경 세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 크기가 있음을 확인하고, 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 망막 변성 질환에는 상실된 시력을 되찾을 수 있는 치료 약물이 존재하지 않는다. 이식이 가능한 안구 앞면의 각막과 달리 안구 뒤편의 망막은 뇌 일부분인 복잡한 신경 조직이어서 이식이 불가능하다. 현재 시력을 되찾을 수 있는 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식하여 망막의 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 망막 장치이다. 망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 후 뇌로 전송한다. 이 과정에서 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응하여 뇌에 정보를 전달한다. 정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛에 의해 각각 따로 활성화되지만 인공 망막에서 사용되는 전기 자극으로는 모든 신경절 세포가 동시에 활성화되는 것이 현재 인공 망막 기술의 큰 문제점이었다. 밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극에 의해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미가 헷갈릴 수밖에 없다. 따라서, 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활성화할 수 있느냐가 인공 시각의 품질에 영향을 줄 수 있는 중요한 지표로 여겨지고 있다. 지금까지는 최적의 전기 자극 방법(자극 반복 주기, 전류 파형 모양, 전류 세기 등)을 결정하기 위해 인공 망막 장치를 이식받은 환자에게 직접 물어보는 방법이 주로 사용되었으나 실험동물을 이용한 기초실험은 많이 부족했다. KIST 연구진은 실험용 쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 근본적인 연구에 집중했다. 연구진은 ON 세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만, OFF 세포들에서는 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. OFF 세포 대비 ON 세포들의 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아내었고, ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐다. KIST 임매순 박사는 “최적의 전류 크기로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합하다는 것을 의미한다.”라며, “현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가적인 실험을 진행하고 있다.”라고 말했다. 또한, “이번 연구 성과와 함께 신경과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치의 성능을 획기적으로 개선하기 위한 융·복합 원천 기술을 개발하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 기관 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「미국전기전자공학회 신경 시스템 및 재활 공학 회보 (IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)」 (IF : 3.85, JCR 분야 상위 3.97%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Optimal electric stimulus amplitude improves the selectivity between responses of ON versus OFF types of retinal ganglion cells - (제1저자) 하버드 의대, 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 바이오마이크로시스템연구단 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 두 자극 지속 시간(5밀리세컨드, 10밀리세컨드)에서 모두 중간 크기의 전류(-30 또는 ？40㎂)에서 반응 크기의 비율이 최고가 되며, 다른 전류와 비교하면 최적의 전류 값에서 선택비가 2배에서 3배 정도로 향상됨.

- 쥐 망막의 신경세포 실험 통해 인공 시각 구현을 위한 최적의 전기 자극 확인 - 인공 망막 장치에 적용하여, 보다 자연스러운 고품질 인공 시각 구현 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 실험용 쥐의 망막에서 신경 세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 크기가 있음을 확인하고, 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 망막 변성 질환에는 상실된 시력을 되찾을 수 있는 치료 약물이 존재하지 않는다. 이식이 가능한 안구 앞면의 각막과 달리 안구 뒤편의 망막은 뇌 일부분인 복잡한 신경 조직이어서 이식이 불가능하다. 현재 시력을 되찾을 수 있는 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식하여 망막의 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 망막 장치이다. 망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 후 뇌로 전송한다. 이 과정에서 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응하여 뇌에 정보를 전달한다. 정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛에 의해 각각 따로 활성화되지만 인공 망막에서 사용되는 전기 자극으로는 모든 신경절 세포가 동시에 활성화되는 것이 현재 인공 망막 기술의 큰 문제점이었다. 밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극에 의해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미가 헷갈릴 수밖에 없다. 따라서, 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활성화할 수 있느냐가 인공 시각의 품질에 영향을 줄 수 있는 중요한 지표로 여겨지고 있다. 지금까지는 최적의 전기 자극 방법(자극 반복 주기, 전류 파형 모양, 전류 세기 등)을 결정하기 위해 인공 망막 장치를 이식받은 환자에게 직접 물어보는 방법이 주로 사용되었으나 실험동물을 이용한 기초실험은 많이 부족했다. KIST 연구진은 실험용 쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 근본적인 연구에 집중했다. 연구진은 ON 세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만, OFF 세포들에서는 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. OFF 세포 대비 ON 세포들의 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아내었고, ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐다. KIST 임매순 박사는 “최적의 전류 크기로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합하다는 것을 의미한다.”라며, “현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가적인 실험을 진행하고 있다.”라고 말했다. 또한, “이번 연구 성과와 함께 신경과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치의 성능을 획기적으로 개선하기 위한 융·복합 원천 기술을 개발하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 기관 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「미국전기전자공학회 신경 시스템 및 재활 공학 회보 (IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)」 (IF : 3.85, JCR 분야 상위 3.97%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Optimal electric stimulus amplitude improves the selectivity between responses of ON versus OFF types of retinal ganglion cells - (제1저자) 하버드 의대, 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 바이오마이크로시스템연구단 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 두 자극 지속 시간(5밀리세컨드, 10밀리세컨드)에서 모두 중간 크기의 전류(-30 또는 ？40㎂)에서 반응 크기의 비율이 최고가 되며, 다른 전류와 비교하면 최적의 전류 값에서 선택비가 2배에서 3배 정도로 향상됨.

- 쥐 망막의 신경세포 실험 통해 인공 시각 구현을 위한 최적의 전기 자극 확인 - 인공 망막 장치에 적용하여, 보다 자연스러운 고품질 인공 시각 구현 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 실험용 쥐의 망막에서 신경 세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 크기가 있음을 확인하고, 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 망막 변성 질환에는 상실된 시력을 되찾을 수 있는 치료 약물이 존재하지 않는다. 이식이 가능한 안구 앞면의 각막과 달리 안구 뒤편의 망막은 뇌 일부분인 복잡한 신경 조직이어서 이식이 불가능하다. 현재 시력을 되찾을 수 있는 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식하여 망막의 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 망막 장치이다. 망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 후 뇌로 전송한다. 이 과정에서 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응하여 뇌에 정보를 전달한다. 정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛에 의해 각각 따로 활성화되지만 인공 망막에서 사용되는 전기 자극으로는 모든 신경절 세포가 동시에 활성화되는 것이 현재 인공 망막 기술의 큰 문제점이었다. 밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극에 의해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미가 헷갈릴 수밖에 없다. 따라서, 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활성화할 수 있느냐가 인공 시각의 품질에 영향을 줄 수 있는 중요한 지표로 여겨지고 있다. 지금까지는 최적의 전기 자극 방법(자극 반복 주기, 전류 파형 모양, 전류 세기 등)을 결정하기 위해 인공 망막 장치를 이식받은 환자에게 직접 물어보는 방법이 주로 사용되었으나 실험동물을 이용한 기초실험은 많이 부족했다. KIST 연구진은 실험용 쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 근본적인 연구에 집중했다. 연구진은 ON 세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만, OFF 세포들에서는 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. OFF 세포 대비 ON 세포들의 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아내었고, ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐다. KIST 임매순 박사는 “최적의 전류 크기로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합하다는 것을 의미한다.”라며, “현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가적인 실험을 진행하고 있다.”라고 말했다. 또한, “이번 연구 성과와 함께 신경과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치의 성능을 획기적으로 개선하기 위한 융·복합 원천 기술을 개발하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 기관 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「미국전기전자공학회 신경 시스템 및 재활 공학 회보 (IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)」 (IF : 3.85, JCR 분야 상위 3.97%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Optimal electric stimulus amplitude improves the selectivity between responses of ON versus OFF types of retinal ganglion cells - (제1저자) 하버드 의대, 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 바이오마이크로시스템연구단 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 두 자극 지속 시간(5밀리세컨드, 10밀리세컨드)에서 모두 중간 크기의 전류(-30 또는 ？40㎂)에서 반응 크기의 비율이 최고가 되며, 다른 전류와 비교하면 최적의 전류 값에서 선택비가 2배에서 3배 정도로 향상됨.

- 쥐 망막의 신경세포 실험 통해 인공 시각 구현을 위한 최적의 전기 자극 확인 - 인공 망막 장치에 적용하여, 보다 자연스러운 고품질 인공 시각 구현 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 실험용 쥐의 망막에서 신경 세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 크기가 있음을 확인하고, 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 망막 변성 질환에는 상실된 시력을 되찾을 수 있는 치료 약물이 존재하지 않는다. 이식이 가능한 안구 앞면의 각막과 달리 안구 뒤편의 망막은 뇌 일부분인 복잡한 신경 조직이어서 이식이 불가능하다. 현재 시력을 되찾을 수 있는 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식하여 망막의 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 망막 장치이다. 망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 후 뇌로 전송한다. 이 과정에서 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응하여 뇌에 정보를 전달한다. 정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛에 의해 각각 따로 활성화되지만 인공 망막에서 사용되는 전기 자극으로는 모든 신경절 세포가 동시에 활성화되는 것이 현재 인공 망막 기술의 큰 문제점이었다. 밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극에 의해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미가 헷갈릴 수밖에 없다. 따라서, 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활성화할 수 있느냐가 인공 시각의 품질에 영향을 줄 수 있는 중요한 지표로 여겨지고 있다. 지금까지는 최적의 전기 자극 방법(자극 반복 주기, 전류 파형 모양, 전류 세기 등)을 결정하기 위해 인공 망막 장치를 이식받은 환자에게 직접 물어보는 방법이 주로 사용되었으나 실험동물을 이용한 기초실험은 많이 부족했다. KIST 연구진은 실험용 쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 근본적인 연구에 집중했다. 연구진은 ON 세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만, OFF 세포들에서는 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. OFF 세포 대비 ON 세포들의 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아내었고, ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐다. KIST 임매순 박사는 “최적의 전류 크기로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합하다는 것을 의미한다.”라며, “현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가적인 실험을 진행하고 있다.”라고 말했다. 또한, “이번 연구 성과와 함께 신경과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치의 성능을 획기적으로 개선하기 위한 융·복합 원천 기술을 개발하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 기관 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「미국전기전자공학회 신경 시스템 및 재활 공학 회보 (IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)」 (IF : 3.85, JCR 분야 상위 3.97%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Optimal electric stimulus amplitude improves the selectivity between responses of ON versus OFF types of retinal ganglion cells - (제1저자) 하버드 의대, 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 바이오마이크로시스템연구단 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 두 자극 지속 시간(5밀리세컨드, 10밀리세컨드)에서 모두 중간 크기의 전류(-30 또는 ？40㎂)에서 반응 크기의 비율이 최고가 되며, 다른 전류와 비교하면 최적의 전류 값에서 선택비가 2배에서 3배 정도로 향상됨.

- 쥐 망막의 신경세포 실험 통해 인공 시각 구현을 위한 최적의 전기 자극 확인 - 인공 망막 장치에 적용하여, 보다 자연스러운 고품질 인공 시각 구현 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 실험용 쥐의 망막에서 신경 세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 크기가 있음을 확인하고, 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 망막 변성 질환에는 상실된 시력을 되찾을 수 있는 치료 약물이 존재하지 않는다. 이식이 가능한 안구 앞면의 각막과 달리 안구 뒤편의 망막은 뇌 일부분인 복잡한 신경 조직이어서 이식이 불가능하다. 현재 시력을 되찾을 수 있는 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식하여 망막의 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 망막 장치이다. 망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 후 뇌로 전송한다. 이 과정에서 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응하여 뇌에 정보를 전달한다. 정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛에 의해 각각 따로 활성화되지만 인공 망막에서 사용되는 전기 자극으로는 모든 신경절 세포가 동시에 활성화되는 것이 현재 인공 망막 기술의 큰 문제점이었다. 밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극에 의해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미가 헷갈릴 수밖에 없다. 따라서, 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활성화할 수 있느냐가 인공 시각의 품질에 영향을 줄 수 있는 중요한 지표로 여겨지고 있다. 지금까지는 최적의 전기 자극 방법(자극 반복 주기, 전류 파형 모양, 전류 세기 등)을 결정하기 위해 인공 망막 장치를 이식받은 환자에게 직접 물어보는 방법이 주로 사용되었으나 실험동물을 이용한 기초실험은 많이 부족했다. KIST 연구진은 실험용 쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 근본적인 연구에 집중했다. 연구진은 ON 세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만, OFF 세포들에서는 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. OFF 세포 대비 ON 세포들의 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아내었고, ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐다. KIST 임매순 박사는 “최적의 전류 크기로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합하다는 것을 의미한다.”라며, “현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가적인 실험을 진행하고 있다.”라고 말했다. 또한, “이번 연구 성과와 함께 신경과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치의 성능을 획기적으로 개선하기 위한 융·복합 원천 기술을 개발하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 기관 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「미국전기전자공학회 신경 시스템 및 재활 공학 회보 (IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)」 (IF : 3.85, JCR 분야 상위 3.97%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Optimal electric stimulus amplitude improves the selectivity between responses of ON versus OFF types of retinal ganglion cells - (제1저자) 하버드 의대, 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 바이오마이크로시스템연구단 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 두 자극 지속 시간(5밀리세컨드, 10밀리세컨드)에서 모두 중간 크기의 전류(-30 또는 ？40㎂)에서 반응 크기의 비율이 최고가 되며, 다른 전류와 비교하면 최적의 전류 값에서 선택비가 2배에서 3배 정도로 향상됨.

- 쥐 망막의 신경세포 실험 통해 인공 시각 구현을 위한 최적의 전기 자극 확인 - 인공 망막 장치에 적용하여, 보다 자연스러운 고품질 인공 시각 구현 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 실험용 쥐의 망막에서 신경 세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 크기가 있음을 확인하고, 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 망막 변성 질환에는 상실된 시력을 되찾을 수 있는 치료 약물이 존재하지 않는다. 이식이 가능한 안구 앞면의 각막과 달리 안구 뒤편의 망막은 뇌 일부분인 복잡한 신경 조직이어서 이식이 불가능하다. 현재 시력을 되찾을 수 있는 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식하여 망막의 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 망막 장치이다. 망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 후 뇌로 전송한다. 이 과정에서 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응하여 뇌에 정보를 전달한다. 정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛에 의해 각각 따로 활성화되지만 인공 망막에서 사용되는 전기 자극으로는 모든 신경절 세포가 동시에 활성화되는 것이 현재 인공 망막 기술의 큰 문제점이었다. 밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극에 의해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미가 헷갈릴 수밖에 없다. 따라서, 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활성화할 수 있느냐가 인공 시각의 품질에 영향을 줄 수 있는 중요한 지표로 여겨지고 있다. 지금까지는 최적의 전기 자극 방법(자극 반복 주기, 전류 파형 모양, 전류 세기 등)을 결정하기 위해 인공 망막 장치를 이식받은 환자에게 직접 물어보는 방법이 주로 사용되었으나 실험동물을 이용한 기초실험은 많이 부족했다. KIST 연구진은 실험용 쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 근본적인 연구에 집중했다. 연구진은 ON 세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만, OFF 세포들에서는 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. OFF 세포 대비 ON 세포들의 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아내었고, ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐다. KIST 임매순 박사는 “최적의 전류 크기로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합하다는 것을 의미한다.”라며, “현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가적인 실험을 진행하고 있다.”라고 말했다. 또한, “이번 연구 성과와 함께 신경과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치의 성능을 획기적으로 개선하기 위한 융·복합 원천 기술을 개발하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 기관 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「미국전기전자공학회 신경 시스템 및 재활 공학 회보 (IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)」 (IF : 3.85, JCR 분야 상위 3.97%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Optimal electric stimulus amplitude improves the selectivity between responses of ON versus OFF types of retinal ganglion cells - (제1저자) 하버드 의대, 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 바이오마이크로시스템연구단 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 전기 자극의 전류 크기에 따른 OFF 세포 대비 ON 세포의 신경 신호 크기 비교 결과. 두 자극 지속 시간(5밀리세컨드, 10밀리세컨드)에서 모두 중간 크기의 전류(-30 또는 ？40㎂)에서 반응 크기의 비율이 최고가 되며, 다른 전류와 비교하면 최적의 전류 값에서 선택비가 2배에서 3배 정도로 향상됨.