무선 이식형 장치와 IoT는 최소한의 하드웨어, 낮은 설치 비용, 사용 용이성 및 맞춤형 다용도로 인해 전 세계 어디에서나 동물의 뇌를 조작할 수 있다.

새로운 연구에 따르면 연구자들은 인터넷을 통해 수많은 동물의 뇌 회로를 동시에 독립적으로 원격 제어할 수 있다. 과학자들은 이 새로 개발된 기술이 뇌 연구 및 다양한 신경과학 연구를 가속화하여 다양한 신경정신과 및 신경 장애의 토대뿐만 아니라 기본적인 뇌 기능을 밝혀낼 수 있다고 믿는다.

KAIST, 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교, 콜로라도대학교 볼더에 있는 연구원으로 구성된 다학제 팀은 자체 무선 이식 장치와 사물 인터넷(IoT) 인프라를 갖춘 무선 생태계를 구축하여 인터넷. 이 혁신적인 기술을 통해 과학자들은 전 세계 어디에서나 동물의 뇌를 조작할 수 있다. 이번 연구는 11월 25일 네이처 바이오메디컬 엔지니어링 저널에 게재됐다.

“이 새로운 기술은 매우 다양하고 적응력이 뛰어납니다. 이번 연구의 주저자인 KAIST 전기공학부 정재웅 교수는 “인간의 직접적인 상호작용 없이 실시간 또는 예정된 방식으로 수많은 신경 임플란트와 실험실 도구를 원격으로 제어할 수 있다”고 말했다. "IoT 기술과 통합된 이러한 무선 신경 장치 및 장비는 과학 및 의학분야에서 엄청난 잠재력을 가지고 있다."

무선 생태계는 인터넷에 연결되고 IoT 제어 모듈을 사용하여 무선 다기능 뇌 프로브 또는 기타 유형의 기존 실험실 장비와 통신하는 45달러 미만으로 구입할 수 있는 미니 컴퓨터만 있으면 된다. 단일 에코시스템 내에서 고유한 IoT 하드웨어 및 소프트웨어의 다용성과 모듈식 구성을 최적으로 통합함으로써 이 무선 기술은 단일 독립형 기술에서 이전에 입증되지 않은 새로운 애플리케이션을 제공한다. 여기에는 최소한의 하드웨어, 글로벌 원격 액세스, 선택적 및 예약된 실험, 사용자 지정 가능한 자동화 및 높은 처리량 확장성이 포함되지만 이에 국한되지 않는다.

“연구원들이 인터넷에 접속할 수 있는 한, 그들은 언제 어디서나 전 세계 어디에서나 대규모 실험의 결과를 트리거, 사용자 정의, 중지, 검증 및 저장할 수 있다. 그들은 여러 국가에 배치된 동물에서 대규모 신경과학 실험을 원격으로 수행할 수 있다. "이 시스템의 저렴한 비용으로 인해 쉽게 채택할 수 있으며 많은 실험실에서 혁신을 더욱 촉진할 수 있습니다."라고 Qazi 박사는 덧붙였다.

이 IoT 신경 기술의 중요한 장점 중 하나는 최소한의 하드웨어, 낮은 설치 비용, 사용 용이성 및 사용자 지정 가능한 다용도로 인해 전 세계에 대량으로 배포할 수 있다는 것이다. 전 세계의 과학자들은 최소한의 예산으로 기존 실험실에서 이 기술을 신속하게 구현하여 전 세계적으로 원격 액세스, 확장 가능한 실험 자동화 또는 둘 다를 달성할 수 있으므로 난치성 신경학적 상태와 관련된 문제와 같은 다양한 신경과학적 문제를 해결하는 데 필요한 시간을 잠재적으로 줄일 수 있다.

연구의 또 다른 수석 저자인 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학의 마취과 및 임상 약리 센터의 조던 맥콜 교수는 이 기술이 기본적인 신경과학 연구가 수행되는 방식을 바꿀 잠재력이 있다고 말했다. “포유류의 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하려고 할 때 가장 큰 한계 중 하나는 이러한 기능을 부자연스러운 조건에서 연구해야 한다는 것이다. 이 기술은 연구 대상과 직접적인 인간 상호 작용 없이 중요한 연구를 수행하는 데 한 걸음 더 다가갈 수 있도록 한다.”

실험을 원격으로 예약하는 기능은 이러한 유형의 실험을 자동화하는 방향으로 이동한다. 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학의 강사이자 이 연구의 또 다른 주 저자인 Dr. Kyle Parker는 다음과 같이 덧붙였다. 이러한 감소를 가능하게 하는 연구 설계를 찾아야 하는 우리의 도덕적 의무를 고려할 때 이것은 특히 중요하다.”

연구원들은 이 무선 기술이 뇌 및 기타 장기의 질병을 원격으로 치료하기 위한 뇌 연구, 의약품 및 원격 의료를 포함한 많은 응용 분야에 새로운 기회를 열 수 있다고 믿는다. 이 원격 자동화 기술은 COVID-19 전염병이 한창일 때와 같이 많은 실험실을 폐쇄해야 할 때 훨씬 더 가치가 있을 수 있다.

이 작업은 KAIST 글로벌 특이점 연구 프로그램, 한국 연구재단, 미국 국립 보건원, 오크리지 연계 대학의 지원을 받았다.

Raza Qazi, Jordan McCall, Jordan McCall, Kyle Parker, 정재웅 외.

"대규모 행동 신경 과학을 위한 확장 가능한 모듈식 무선 네트워크 인프라", Nature Biomedical Engineering, 2021년 11월 25일.