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뇌는 복잡한 신호 전달 체계를 가지고 있다. 뇌 질환 치료의 실마리를 찾기 위해서는 이 체계에 대한 이해가 필수다. 즉 원하는 위치에서 뇌 신경을 자극하고, 이때 발생하는 신호를 정확히 측정함으로써 뇌 신경들이 신호를 주고받는 연결고리를 이해하는 것이 필요하다. 기초과학연구원 (IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단(단장 조민행) 박홍규 교수(고려대 물리학과) 연구팀은 부작용 없이 빛으로 뇌신경을 자극하여 뇌 신호를 기록할 수 있는 나노장치를 개발했다. 이로써 복잡한 뇌의 비밀에 한 걸음 더 다가서고, 관련 질환 치료에 기여할 것으로 기대된다. 지금까지 뇌 연구는 금속이나 실리콘 소재의 삽입형 탐침(probe)을 이식해 뇌신경을 자극하고, 그 반응을 측정해왔다. 하지만 딱딱한 탐침이 뇌 세포를 손상시키거나 주변에 면역반응을 일으켜 신호 측정을 어렵게 만든다는 문제가 있었다. 탐침이 삽입되면 면역세포인 미세아교세포(microglia)가 탐침 주변을 둘러싸는데, 이 경우 뇌를 자극하기 위해 더 큰 자극이 필요하기 때문이다. 박홍규 교수팀은 이전 연구에서 미국 하버드대와 공동으로 뇌와 비슷한 굽힘 강도의 그물구조 탐침을 개발했다(2018, Science). 이 탐침은 유연한 그물망 형태의 고분자를 원통형으로 만 나노 구조체로, 죽부인과 그 모양이 유사하다. 당시 연구진은 이 ‘나노 죽부인’을 쥐 뇌에 이식했을 때 뇌 조직과 성질이 유사해 뇌신경에 면역반응을 일으키지 않고, 장기간 뇌신경의 신호를 측정할 수 있음을 확인했다. * 굽힘 강도(Bending Stiffness) : 어떤 재질을 휘게 하거나 구부러지게 하는 외력에 견디는 힘 이번 연구에서는 뇌 신호 측정은 물론, 빛을 주입해 뇌 신경을 인위적으로 자극하도록 성능을 개선했다. 연구진은 기존 구조에 1㎝ 길이의 광도파로를 결합하여 외부의 빛을 나노 죽부인의 끝단까지 전달할 수 있게 했다. 이 다기능 탐침을 살아있는 쥐의 뇌에 삽입하여 빛으로 뇌신경을 자극했고, 탐침의 전극을 이용해 자극된 뇌의 전기 신호 측정에