국내 연구진이 인공 시각 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀이 실험용 쥐 망막에서 신경 세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 세기가 있음을 확인하고, 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 11일 밝혔다.

망막 변성 질환으로 시력을 잃으면 치료할 수 있는 약이 없다. 안구 앞편 각막과 달리 안구 뒤편 망막은 뇌가 연결된 복잡한 신경 조직이어서 이식할 수 없다. 현재 시력을 되찾을 수 있는 유일한 방법은 망막 표면에 마이크로 전극을 이식해 망막에서 살아남은 신경 세포를 전기적으로 자극하는 인공 망막 장치다.

망막은 복잡한 신경망을 이용해 영상 정보를 여러 종류의 망막 신경절 세포에 압축한 뒤 뇌로 전송한다. 이 과정에서 특정 시공간에서 밝기가 증가할 때는 ON 세포가, 밝기가 감소할 때는 OFF 세포가 반응해 뇌에 정보를 전달한다.

정상 망막에서는 ON 세포와 OFF 세포가 빛에 의해 각각 따로 활성화된다. 하지만 인공 망막에 사용하는 전기 자극으로는 모든 신경절 세포를 동시에 활성화시키는 문제를 안고 있다.

밝아졌을 때 반응해야 할 ON 세포와 어두워졌을 때 반응해야 할 OFF 세포가 전기 자극에 의해 동시에 정보를 전송하면 뇌는 그 의미를 헷갈릴 수밖에 없다. 따라서 원하는 종류의 망막 신경절 세포를 얼마나 선택적으로 활성화할 수 있느냐가 인공 시각 품질에 영향을 줄 수 있는 중요한 지표다.

KIST 연구진은 실험용 쥐 망막에서 전류 세기를 바꿔가며 ON 신경절 세포와 OFF 신경절 세포가 어떻게 반응하는지 연구했다. 연구진은 ON 세포 신경 신호가 전류 세기에 따라 민감하게 변하고, OFF 세포는 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. 이를 활용해 OFF 세포 대비 ON 세포 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아내, ON 세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 됐다.

KIST 임매순 박사는 “최적의 전류로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성할 수 있다”며, “신경과학에 기반한 새로운 구조의 마이크로 전극 개발을 통해 인공 망막 장치 성능을 획기적으로 개선하는 융복합 원천 기술을 개발할 것”이라고 말했다.

이 연구 결과는 ‘미국전기전자공학회 신경 시스템 및 재활 공학 회보(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)’ 최신호에 게재됐다.

박응서 테크엠 기자   gopoong@techm.kr