DGIST, 말초신경에서 고해상도 신경신호 추출하는 인터페이스 기술 개발

DGIST 로봇공학전공 김소희 교수 연구팀이 개발한 말초신경 신호측정에 사용된 신경전극(사진제공=DGIST)

DGIST(총장 손상혁)는 로봇공학전공 김소희 교수 연구팀이 말초신경의 신경신호를 고해상도로 측정할 수 있는 말초신경 인터페이스 기술을 국내 최초로 개발했다고 20일 밝혔다.

신경전극을 사용해 뇌에서 신경세포의 활동전위(action potential)를 측정하는 연구 결과가 국내외에서 많이 보고 됐지만, 뇌가 아닌 말초신경에서 활동전위를 개별 신경세포 수준의 고해상도로 다채널 측정에 성공한 연구는 세계적으로도 드물다.

말초신경은 뇌에서 발생한 신호를 신체의 다른 부위로 내려 보내거나, 신체의 말단에서 느낀 감각 신호를 뇌로 올려 보내는 역할을 한다.

말초신경은 신경세포 핵에서 뻗어 나온 축삭(axon) 다발로 전선 다발과 같은 원통형 구조로, 그 표면에 전극을 안정적으로 밀착시키기 어려워 말초신경 신호 측정은 뇌에서의 신경신호 측정에 비해 까다롭다고 알려져 있다.

또한, 팔이나 다리에 분포한 말초신경은 근육 속에 파묻혀 있어 근육이 수축, 이완을 반복할 때마다 근육과 신경 다발 간에 마찰이 발생해 신경전극이 신경 표면에 안정적으로 고정되기 어렵고, 근육이 수축할 때 발생하는 근육세포 신호가 신경세포에서 발생하는 신호에 비해 훨씬 크므로 말초신경의 신경신호만을 정확하게 측정하기가 쉽지 않다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 김소희 교수 연구팀은 유연성이 있으면서도 바늘처럼 생겨 침습이 가능한 신경전극을 개발해 말초신경의 표면에 밀착될 수 있게 했다.

연구팀은 이를 활용해 비글의 대퇴부 신경을 따라 흐르는 신경신호를 장기간에 걸쳐 고해상도로 측정하는데 성공했다.

이와 함께 연구팀은 신경전극과 신경신호 측정 장비를 연결하는 인터커넥션 기술 또한 자체적으로 개발해 신호 대 잡음비 등의 전기적 특성이 장기적으로 우수하게 유지됨을 확인했다.

말초신경 인터페이스 기술은 인체와 결합 가능한 로봇 팔, 다리, 자연스러운 움직임이 가능한 신경신호 기반 최첨단 의수, 의족 등의 개발에 필요한 핵심기술이며, 신경전극을 통해 자극 신호를 신경세포로 역으로 주입할 수도 있어 의수, 의족에 가해진 촉감, 온도 등의 감각까지도 느끼게 할 수 있다.

DGIST 로봇공학전공 김소희 교수는 “말초신경의 신경신호를 고해상도로 안정적으로 측정하는 신경전극과 연결기술을 확보했다”며 “본인의 팔, 다리를 움직이는 것처럼 자연스러운 움직임을 구현하는 로봇 팔, 다리 등의 개발로 이어질 수 있도록 후속 연구를 이어가겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘저널 오브 뉴럴 엔지니어링(Journal of Neural Engineering)’ 14일자 온라인판에 게재됐다.

대구 강정영 기자 [e-mail]