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뇌 수술의 성공률을 획기적으로 높일 수 있는 실시간 뇌 활동 모니터링 기술이 등장했다. 정상 조직과 병변 조직을 눈으로 구분할 수 있어 수술의 정밀도를 크게 향상할 것으로 기대된다. UNIST(총장 이용훈) 바이오메디컬공학과 최영빈 교수팀은 뇌 표면 뉴런 활동을 실시간으로 시각화하는 기술을 개발했다. 이 기술은 뇌 수술 중 병리학적 활동을 실시간으로 확인하여 병변 조직을 정확히 제거하고 중요한 뇌 조직을 보호할 수 있다. 최 교수팀이 개발한 뇌피질뇌파 마이크로디스플레이(iEEG-microdisplay)는 뇌피질 표면의 활동을 실시간으로 측정하고 해석해 시각적으로 표시할 수 있다. 특히 뇌의 외과적 절개 수술 중 중요한 뇌 조직을 전기생리학적으로 구분하고 시각화하여 경계선을 명확히 파악하는 데 도움이 된다. 뇌 수술 중 병변이 일어난 특정 뇌 영역을 제거할 때는 기능적 경계를 명확히 파악하는 것이 중요하다. 수천 채널의 뇌피질뇌파 전극(micro-ECoG)과 수천 픽셀의 유연성 마이크로 LED를 결합해 만든 뇌피질뇌파 마이크로디스플레이가 실시간으로 뇌 활동을 시각화하여 신경외과 의사의 성공적인 수술을 돕는 것이다. 연구팀은 돼지와 쥐를 대상으로 한 실험을 통해 이 기술의 실효성도 입증했다. 뇌파 디스플레이를 통해 뇌의 구조와 기능을 실시간으로 이해함으로써 신경외과 분야에서 다양한 연구와 응용 분야 기여할 것으로 전망된다. 최영빈 교수는 “이번 기술 개발로 뇌 수술 중 뇌 표면의 전기생리학적 활동을 실시간으로 시각화할 수 있다”고 말했다. 그는 이어 “절개해야 할 뇌 조직과 보존해야 할 중요한 뇌 영역을 보다 정확하게 파악할 수 있는 가능성을 열었다”며, “이 기술이 임상에 적용되면 환자의 뇌 수술 결과를 크게 개선할 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 지난 4월 24일 국제학술지 Science Translational Medicine에 게재됐다. 이번 연구는 미국 UC San Diego, Oregon Health and Science University, MGH 연구팀과 공동으로 진행되었으며, 미국 국립보건원(NIH)의 지원을 받았다. |
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[붙임] 연구결과 개요, 그림설명 |
[붙임. 연구결과 개요]연구배경뇌종양 또는 뇌전증 절제 수술의 목적은 병변 조직을 완전히 제거하는 것이지만, 이 과정에서 정상적인 뇌조직이 손상될 위험이 있다. 이를 극복하기 위해 뇌영상 이미지뿐만 아니라, 뇌 수술 중 뇌 표면의 전기생리학적 활성도를 측정하여 뇌의 기능적 경계선을 찾는 기법들이 사용되어 왔다. 그러나 기존의 기법들은 전기생리학자가 각 측정 지점별 뇌 신호를 확인한 후 신경외과 의사에게 구두로 전달하는 방식에 의존하는 한계가 있었고, 기존 전극 기술은 측정 채널 수가 일반적으로 16개 정도로 제한적이다. 따라서 뇌 수술 중 기능적 경계를 더욱 정확히 파악하고 이를 신경외과 의사가 실시간으로 확인할 수 있는 기술의 필요성이 대두되었다. 연구내용본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 iEEG-마이크로 디스플레이(iEEG-microdisplay)를 개발하였다. 이 장치는 수천 개의 갈륨나이트라이드(GaN) LED와 뇌피질뇌파(micro-ECoG) 전극 그리드를 결합하여 뇌 표면의 활동을 측정하고 실시간으로 분석하여 시각화할 수 있다. 돼지와 쥐를 대상으로 한 실험을 통해, iEEG-microdisplay가 실시간으로 뇌 표면의 기능적 경계와 병리적 활동을 시각적으로 표시할 수 있음을 입증하였다. 기대효과본 연구는 iEEG-microdisplay 기술이 뇌 수술 중 뇌의 기능적 및 병리적 활동을 실시간으로 시각화할 수 있음을 보여줌으로써, 뇌 수술의 정밀성과 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 가능성을 보였다. 이 기술은 임상에 적용될 경우, 뇌수술 중 발생할 수 있는 신경학적 손상을 최소화하여 환자의 뇌 수술 결과를 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 또한, 이 기술은 뇌 과학 및 신경외과 분야에서 뇌 활동을 이해하고 모니터링하는 새로운 뇌공학적 방법론을 제공함으로써, 향후 다양한 연구와 응용분야에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. |
[붙임. 그림설명]
그림1. iEEG-Microdisplay를 이용한 뇌의 기능적 지도 시각화가 가능해질 경우의 기대효과
그림2. iEEG-Microdisplay 소자 구조 및 뇌 표면 활동 맵핑 |
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![[연구자사진] 최영빈 교수](https://news.unist.ac.kr/kor/wp-content/uploads/2014/11/press_20141125_04.jpg)
![[연구그림1] iEEG-Microdisplay를 이용한 뇌의 기능적 지도 시각화가 가능해질 경우의 기대효과](https://news.unist.ac.kr/kor/wp-content/uploads/2014/11/press_20141125_03.jpg)
![[연구그림2] iEEG-Microdisplay 소자 구조 및 뇌 표면 활동 맵핑](https://news.unist.ac.kr/kor/wp-content/uploads/2014/11/press03_20141125.jpg)
