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"생각만으로 기계 움직인다"…'인공시냅스'와 '신경세포' 연결 성공

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작성자 기신호 작성일20-06-16 22:35 댓글0건

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스탠퍼드 연구진, 인공시냅스로 살아있는 신경 세포 신호받는 기술 개발
뇌와 기계 화학적 연결은 기초단계…뇌파 활용한 방법은 응용 개발 중
이번 연구에 참가한 알베르토 살레오(Alberto Salleo) 스탠퍼드 재료과학 및 공학과 교수(왼쪽)와 연구실 소속 대학원생인 스콧 킨(Scott Keene)이 인공 시냅스의 특성을 보고 있다. (스탠포드 뉴스 서비스 소속 엘. 에이. 시세로(L.A. Cicero) 제공) / 뉴스1
(서울=뉴스1) 김승준 기자 = '인공 시냅스' 기술은 인공 뇌와 같은 인공 신경계 제작, 생체 뇌와 기계 정보 교환의 기초가 된다. 해외 연구진이 인공 시냅스와 신경세포의 연결 및 신호전달을 구현하는 데 성공했다. 생각만으로 기계를 움직이는 뇌와 기계 상호작용 기술 진보로 평가된다.

미국과 이탈리아, 네덜란드의 국제 공동 연구진이 16일(한국시간) 살아있는 신경세포의 신호를 전달할 수 있는 인공 시냅스(synapse) 구현 실험에 성공했다고 발표했다.

뇌와 신경계를 이루는 신경세포(뉴런)들이 서로 만나 신호를 주고 받는 지점을 시냅스라고 부른다. 신경세포를 타고 온 전기신호는 신경세포 끝에서 신경전달 물질을 분비하게 만들고 이 물질이 다음 신경세포를 자극해 신호를 전달한다.

이들이 만든 인공 시냅스는 전해질 용액으로 채워진 도랑과 도랑 양 끝에 고분자 전극이 전해질 용액에 담긴 형태로 구성됐다. 전해질 용액은 신경세포 사이에서 신호가 전해지는 통로 역할을 한다.

연구진은 이번 실험을 위해 신경전달물질인 도파민을 방출하는 쥐의 신경 세포를 사용했다. 한쪽 전극에 살아있는 신경 세포를 올려두고 도파민을 분비하게 만든다. 그러면 도파민이 전극과 반응해 이온을 생성하고 그 이온이 전해질을 타고 이동해 다른 전극의 전기전도성을 바꾼다. 즉 살아있는 신경세포에서 나오는 화학적 신호를 전기적 신호로 변환해 전달한 것이다.

이번 연구에 참여한 스탠퍼드 대학 알베르토 살레오 교수 연구진은 2017년 뇌의 신경을 모방한 인공 시냅스를 만들었고 2019년에는 인공 시냅스를 서로 연결해 뇌의 신경 작용을 모방할 수 있다는 것을 보였다. 이번 연구는 그 연장선 위에서 살아있는 세포와 인공시냅스의 연결 가능성을 증명했다.

살레오 교수는 "이번 연구의 특징은 살아있는 (신경) 세포와 상호작용하는 재료를 만든 것"이라며 "뇌와 기계 상호작용(Brain Machine Interface)의 아주 작은 첫걸음"이라고 밝혔다.

뇌·기계 상호작용은 뇌와 기계가 정보를 주고 받을 수 있게 만드는 기술이다. 생각만으로 기계를 움직이는 기술이 여기에 해당한다. 지금까지의 기술은 뇌의 전기적 활동의 결과물인 '뇌파'와 같은 전기적 신호를 중심으로 발달해 왔다. 이번 연구 결과는 신경세포의 화학 신호를 전기적으로 바뀌어내는 소재를 찾았다는 데 의미가 있다. 이 결과를 응용하기 위해서는 작동 과정 연구 및 다른 신경물질 반응 실험, 생체 환경 적용 시험 등 추가 연구가 필요하다.

이 연구는 스탠퍼드 대학 전자 재료 공학 연구소의 알베르토 살레오(Alberto Salleo) 연구진과 이탈리아 기술연구소(IIT)의 프란세스카 산토로(Francesca Santoro), 네덜란드 아인트호벤 기술 대학의 요어리 반데 데 벌트(Yoeri van de Burgt) 연구진이 함께했으며 연구 결과는 네이처 머티리얼즈(Nature Materials)에 게재됐다.

© News1 DB
이번에 발표된 결과는 신경 세포의 화학적 신호 전달을 인공적으로 만든 기초 단계 연구다. 반면 뇌 컴퓨터 연결분야에서는 뇌의 전기적 신호인 뇌파를 이용하는 방식이 상당한 진척을 이룬 상태다. 뇌파를 치료에 이용하는 연구는 주로 뇌전증이나 뇌의 기능 이상을 고치기 위해 이뤄졌다. 신체 절단이나 마비 환자가 몸에 장착한 보조기구를 생각으로 조종할 수 있는 기술을 개발하는 목적으로 쓰이기도 한다. 현재에는 치료·재활 목적 외의 두뇌와 기계를 연결하는 수단으로도 주목받고 있다.

뇌의 전기 신호를 읽는 방법을 크게 나누면 머리나 신체 외부에서 전극을 부착하는 비침습적 방법과 전극을 뇌에 장착해 신호를 읽어내는 침습적 방법, 두개골과 뇌 사이에 장치를 넣어 신호를 읽어내는 부분 침습적 방법이 있다. 침습적 방법은 신체 거부반응과 뇌에 미칠 잠재적 위험이라는 기술적 어려움이 있고 비침습적 방법은 세밀한 뇌파 신호와 잡신호를 구분해내야 한다.

일론 머스크가 설립한 뉴럴링크(Neuralink)는 인체에 전자 장치를 이식하는 방법으로 접근하고 있다. 쥐와 원숭이를 대상으로 전극 이식을 통한 컴퓨터 연결 실험부터 부작용이 적은 인체 이식 기술 개발까지 기술을 발전시키고 있다. 뉴럴링크는 뇌파 인식을 위한 유연한 전선을 재봉틀 비슷한 기계를 이용해 두뇌에 이식시키고 뇌에서 나오는 생체 신호를 귀에 이식된 분석 장치로 모은다는 구상을 가지고 있다. 뉴럴링크가 지난해 7월 2020년 인간 대상 실험을 발표한데 이어 일론 머스크는 2월에는 자신의 트위터를 통해 뉴럴링크가 이르면 2020년 내에 인간을 대상으로 한 이식에 들어간다고 밝힌 바 있다.

페이스북은 2017년 개발자 콘퍼런스에서 뇌파로 단어를 입력하게 만드는 장치에 대한 구상을 발표하고 연구·개발에 투자를 이어오고 있다. 지난해에는 비침습적 신경 신호 인식 플랫폼을 개발하는 컨트롤 랩스(CTRL-Labs)라는 스타트업을 인수하기도 했다. 이 기업은 팔에 입는 장치를 통해 신경 신호 등을 읽어 기초적인 컴퓨터 조작에 응용하는데 성공했다.

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[쥐띠]
이미 건너 해결된 형국이다.

1948년생, 기분전환이 필요한 시기이다. 좋아하는 음식을 먹어봐라.
1960년생, 충분하게 검증되지않은 일로 인해 헛수고를 할 수있다. 매사를 꼼꼼하게 챙겨라.
1972년생, 다른 사람의 실력이나 재능을 시기하지말고 인정해주어라.
1984년생, 믿었던 사람에게 실망감을 느끼게되니 마음이 아프다.

[소띠]
번영과 발전을 약속받는 출발점을 찾으리라.

1949년생, 성공이 결실을 이루는 시기에 도달하리라.
1961년생, 정신없는 시간 속에서 손재수가 있으니 물건관리를 잘해라.
1973년생, 자신의 일에 대하여 사명감과 자신감을 가져라.
1985년생, 근검절약하여 저축에 힘쓰고 불우한 이웃에게 덕을 베풀어라.

[범띠]
가정은 평탄하고 화목하다. 혼기의 여성은 결혼하기 좋은 시기이다.

1950년생, 부인은 현모양처의 기질을 발휘할 때다.
1962년생, 즐겨서 따르게 되는 운기다.
1974년생, 좋은 의논의 상대가 생겨서 뜻밖의 활동이 가능해 진다.
1986년생, 속을 속이려는 자가 나타나게 되는 운기이므로 무슨 일에나 주의와 냉철한 판단이 요구된다.

[토끼띠]
남의 것을 탐하지 말고 자신의 것에 만족하라.

1951년생, 성공이 결실을 이루는 하루이다.
1963년생, 모든 것이 흐뭇하고 만족한 상태에 있다.
1975년생, 현재의 상황은 지속하기 어렵다.
1987년생, 현재하고 있는 일이 가장 좋은 일이다.

[용띠]
오늘은 새로운 것을 찾지 말고 안정되게 보내라.

1952년생, 마음의 굴곡 없이 평온한 하루이다.
1964년생, 이미 이룬 것을 잘 지키는 것이 중요하다.
1976년생, 근검절약하여 저축에 힘쓰고 불우한 이웃에게 덕을 베풀어라.
1988년생, 다가오는 쇠운을 잘 넘어 갈 수 있을 것이다.

[뱀띠]
노력하라 곧 될 듯한 일이 되지 않으니 조금 더 힘을 내라.

1953년생, 지금 추진하는 일은 곧 성과를 볼 것이다.
1965년생, 부부사이는 음양이 서로 호응하는 가운데 부족함이 없다.
1977년생, 주장을 내세워 분열이 오기 쉬우니 조심하라.
1989년생, 날은 안 좋은데 피곤한 몸을 이끌고 잘 곳을 찾는 격이다.

[말띠]
지금까지의 길한 날은 가고 불안한 운기가 돌기 시작하는 때이다.

1954년생, 거주문제로 마음고생이 따른다. 늘 외출이 많다. 외출을 삼가해라.
1966년생, 빠져 나아갈 구멍을 찾으나 갈 곳을 없으리라.
1978년생, 애교가 없고 남과의 조화가 나쁘고 고독하다.
1990년생, 연구나 문학적인 분야보다는 귀하는 예술적인 분야가 적성에 맞다.

[양띠]
노력에 대한 결과를 얻게되는 하루이다.

1955년생, 화재, 문서, 인장으로 인한 사고가 우려된다. 조심하라.
1967년생, 장거리 여행도 괜찮다. 많은 것을 보고 느끼게 되는 기회가 될 것이다.
1979년생, 감정에 치우치지 말고 한 발 물러가는 것이 좋다.
1991년생, 점점 운기가 왕성해 지는 형국이다.

[원숭이띠]
마음과 몸이 따로 움직이는 형국으로 모든 일에 한번 더 생각하라.

1956년생, 지출을 줄이고 움직임을 최소화하라.
1968년생, 남들과 교제가 많고 두 가지의 일을 하게 되어 하루가 바쁘다.
1980년생, 머리를 쓰고 신경을 쓰는 일이 많겠다.
1992년생, 때에 따라서는 두뇌를 회전하여 기민하게 행동하는 것이 좋다.

[닭띠]
아주 좋은 시기를 만났다. 즐거워하라.

1957년생, 과거에 실패했던 일을 다시 하면 성공하리라.
1969년생, 곧 주위의 도움을 얻어 불운은 사라지고 잘 되게 되는 운기다.
1981년생, 연출적인 일을 하는 사람에게는 더할 수 없이 좋은 시기이다.
1993년생, 용돈이나 보너스를 받게된다.

[개띠]
질투를 받아 괴로워하게 되리라.

1958년생, 곁으로는 모든 것이 흐뭇하고 만족한 상태에 있다.
1970년생, 부부간에는 다툼이 생길 수 있다.
1982년생, 이성문제가 복잡해져 곤란을 겪게 되리라.
1994년생, 부모와 자식간에 말다툼이 일어날 우려가 있다.

[돼지띠]
자제하지 않으면 생활이 화려함이 지나치게 된다.

1959년생, 이성의 유혹이 많은 때이니 주의하라.
1971년생, 직장을 잃었던 사람은 좋은 소식을 접하게 된다.
1983년생, 갈라졌던 옛 동료가 다시 찾아와서 협력하게 되리라.
1995년생, 친구들과 여행을 떠나라. 우정이 더욱 깊어지리라.

제공=드림웍

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