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융합기술 현장 한국과학기술연구원(KIST)에서 운영하는 미래융합기술연구소는 지난 2007년 초 대규모 조직개편의 결과로 탄생했다. 그리고 지금 세계를 깜짝 놀라게 할 융합기술을 개발 중에 있는데, 그 중에서도 복합기술을 활용한 ‘뇌 인지기능 연구’가 주목을 받고 있다.
‘뇌 인지 기능 연구’란 뇌 속의 감각기능인 시상(Thalamus)과 신경세포가 모여 있는 대뇌피질의 작동원리를 규명하려는 연구를 말한다.
KIST는 그동안 이 연구를 통해 뇌와 관련된 다양한 감각 기능 메커니즘을 규명해 왔는데, 이 연구 결과들을 IT, BT, NT, CT 등 첨단 기술에 접목해 융합기술의 새로운 패러다임을 만들어내겠다는 것.
연구를 수행 중인 미래융합기술연구소 내 신경과학센터에서는 연구과제와 연구비전을 ‘브레인 K'로 브랜드화한 후 연구결과를 신약 개발, 암 조기진단 등 우리 실생활과 접목시키려는 광범위한 노력을 기울이고 있다.
뇌기능 융합연구로 인간 마음 메커니즘 규명
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| ▲ 신희섭 박사 ⓒ연합뉴스 |
연구를 주도하고 있는 인물은 한국 최초의 ‘국가과학자’로 선정된 신희섭 박사. 신 박사는 그동안 생쥐를 모델로 생체시계, 간질, 학습, 우울증, 수면조절, 통증조절 등 인간과 관련된 다양한 뇌 기능 연구를 이끌어왔다.
센터에서는 이 같은 뇌 기능 연구에 IT, BT, NT, CT 등 다른 첨단 기술들을 적용할 경우 인류가 고대하던 뇌 인지 기능에 대한 종합적인 연구가 이루어지고, 또한 그에 따른 파급 효과는 엄청날 것으로 보고 있다.
뇌손상, 암 진단과 치료, 신약 개발, 세포 치료제 개발, 정신질환 치료, 교육 시스템 활용에 이르기까지 인간 뇌와 관련된 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는데, 이 연구가 성공을 거둘 경우 KIST는 세계 10대 뇌 연구소로 부상하고, 한국은 뇌 연구에 따른 국부를 창출할 수 있을 것으로 보고 있다.
현재 교육과학기술부에서는 뇌 인지기능 원리를 통해 분자에서 행동까지 규명하려는 ‘브레인 K' 프로젝트를 8대 출연연 톱 브랜드 프로젝트로 선정해놓고 있다.
고령자, 장애인을 위한 신경세포의 ‘인체·기기 연계기술’도 큰 주목을 받고 있다. 이 기술은 생명공학, 기계·시스템공학, 전기·전자공학, 의공학, 의학, 신경과학, 생화학, 재료학 등의 첨단 기술이 총동원된 바이오닉스(Bionics) 기술이라고 할 수 있다.
인체에 기기화된 신경세포를 심는 기술을 말하는데, 일부 선진국에서 기술개발에 착수했지만 KIST와 같이 대규모 R&D 투자를 감행한 경우는 찾아보기 힘들다.
브레인 K, 출연연 톱 브랜드 프로젝트
이 기술개발이 성공을 거둘 경우 척추장애자, 중풍환자와 같이 신체 일부 신경세포가 죽은 환자들의 신경 복원이 가능하다. 신경과학과 BT, IT, NT, CT 등이 복합된 최첨단 융합기술이라고 할 수 있다.
기술개발은 현재 이식형 신경전극, 생체적합성 코팅, 이식형 신경신호 처리 시스템, 무선 인터페이스 시스템, 외부신호 처리 시스템 등으로 나뉘어 진행되고 있다. 이식형 신경전극이란 인체 내에서 신경세포와 마찬가지로 인체로부터의 전기적 신호를 감지할 수 있는 인공 감각장치를 말한다.
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| ▲ 뇌기능 융합연구 과정 |
생체적합성 코팅 기술은 인체 내 주입된 인공 신경전극이 인체 내에서 부작용 없이 적응할 수 있도록 그 주변을 감싸주고, 또한 인체와 결합할 수 있도록 만들어주는 기술을 말한다.
이식형 신경신호 처리 시스템은 인체로부터 발생하는 통증 등의 신호를 처리해 다른 수신 기기로 전달하는 장치를 말하는데, 신경전극서부터 신호처리 시스템에 이르기까지 각 분야 간의 기술협력이 매우 중요하다.
신경전극을 개발하기 위해서는 먼저 신경과학으로부터 뇌 기능에 대한 정밀 분석이 이루어져야 한다. IT 분야에서는 이 분석을 토대로 인공 전극을 제작해야 하는데, 이를 위해서는 BT, NT, CT 등 다른 분야와의 협력이 필수적이다. 21세기에 새로 출현하고 있는 신 융합기술의 대표적인 사례라고 할 수 있다.
전산 모형으로 원자 구조 나노설계 가능
연구에 참여하고 있는 윤인찬 박사는 이 기술이 개발되면, 환자는 물론 고령자와 장애인에 이르기까지 고통을 겪고 있는 세계인들로부터 큰 관심을 불러일으킬 것으로 보고 있다. 그동안 불치병으로 알려져 온 신경관련 장애인들의 고통이 일부분 해결될 수 있다는 것.
고령자의 수가 급속히 늘어나고 있으며, 장애인들의 사회참여 욕구가 강력히 분출되고 있는 지금 상황에서 바이오닉스는 웰빙문화 정착을 위해 시급히 발전시켜 나가야 할 분야이며, 또한 KIST에서 착수한 인체·기기 연계기술은 미래 사회를 위해 꼭 필요한 기술이라고 말했다.
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| ▲ 신경세포의 인체/기기 연계 기술 개념도 |
직접 실험이 불가능한 분자 수준의 물질을 규명하려는 작업도 융합연구로 진행되고 있다. 계산과학센터에서는 슈퍼 컴퓨터를 활용, 전산 모형을 통한 분자 수준의 물질 연구를 수행하고 있는데, 연구가 성공을 거둘 경우 전자 및 원자 구조 계산을 통한 나노소재 설계, 나노구조 박막 및 표면제어, 그리고 차세대 TCAD 기술 등이 가능해진다.
또한 차세대 페타 플롭스(peta flops)급 슈퍼컴퓨터 구축이 진행 중에 있는데, 컴퓨터가 가동될 경우 병렬 계산에 의한 최적화 문제 해결, 단백질 폴딩 및 구조 예측 기술, 리간드·수용체 도킹 현상의 계산 과학에 의한 해석, 원자간 힘장 DB 구축 등이 가능해진다.
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저작권자 2009.03.27 ⓒ ScienceTimes