BINP
뇌인지과학과 이승우
BINP 연구실은 KAIST 뇌인지과학과에 소속되어 있으며, 뇌와 신경계의 기능을 심층적으로 이해하고, 이를 기반으로 혁신적인 신경 보철 및 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 개발하는 데 주력하고 있습니다. 본 연구실은 전기, 자기, 열, 음향 등 다양한 인공 자극에 대한 뉴런의 반응 메커니즘을 규명함으로써, 신경계 질환의 진단과 치료에 새로운 가능성을 제시하고 있습니다.
특히, 미세 자기장 자극, MEMS 기반 마이크로 코일, 액정 고분자 등 첨단 소재와 공정 기술을 접목하여, 기존 전극 기반 자극의 한계를 극복하는 차세대 신경 자극 및 보철 기기를 개발하고 있습니다. 이러한 기술은 시각 장애, 파킨슨병, 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애 등 다양한 신경계 질환의 치료와 기능 회복에 실질적으로 기여할 수 있습니다.
연구실은 동물 모델과 인간 뇌 조직을 이용한 실험, 컴퓨터 시뮬레이션, 임상 적용 연구를 병행하여, 실제 생체 환경에서의 신경 자극 효과와 안전성을 검증하고 있습니다. 또한, 뇌의 전기적 신호를 외부 장치와 직접 연결하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 통해, 신체적 한계를 극복하고 인간의 인지 및 운동 능력을 확장하는 미래형 인터페이스를 실현하고자 합니다.
이러한 연구는 인공지능, 로봇공학, 재활의학 등 다양한 학문과의 융합을 통해, 혁신적인 의료 및 공학적 솔루션을 제공할 뿐만 아니라, 뇌과학 및 신경공학 분야의 학문적 발전에도 크게 기여하고 있습니다. 앞으로도 BINP 연구실은 뇌와 신경계의 미지의 영역을 개척하고, 사회적 가치와 임상적 효용성이 높은 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다.
Magnetic Neurostimulation
Neural Prosthetics
Neural Prosthesis
인공 자극에 대한 뉴런의 반응 메커니즘 연구
본 연구실은 전기, 자기, 열, 음향 등 다양한 인공 자극에 대해 뉴런이 어떻게 반응하는지에 대한 근본적인 메커니즘을 탐구합니다. 이러한 연구는 뇌와 신경계의 복잡한 신호 전달 과정을 이해하고, 인공 자극이 신경세포에 미치는 영향을 정밀하게 규명하는 데 중점을 둡니다. 실험적 접근과 컴퓨터 시뮬레이션을 병행하여, 뉴런의 활성화 패턴, 신경망 내 상호작용, 그리고 자극 조건에 따른 세포 내외 변화 등을 다각도로 분석합니다.
특히, 미세 자기장 자극이나 전기 자극 등 첨단 기술을 활용하여 뉴런의 선택적 활성화 및 억제 현상을 관찰합니다. 이를 통해 특정 신경회로의 기능적 특성을 밝히고, 인공 자극이 뇌 기능에 미치는 영향을 체계적으로 정리합니다. 또한, 동물 모델과 인간 뇌 조직을 이용한 실험을 통해 실제 생체 환경에서의 반응을 검증하고, 다양한 자극 방식의 장단점 및 한계를 비교 분석합니다.
이러한 연구는 향후 신경계 질환의 진단 및 치료에 적용될 수 있는 새로운 자극 방법 개발의 기초가 됩니다. 궁극적으로는 뇌-기계 인터페이스, 신경 보철, 신경 재활 등 다양한 분야에서 혁신적인 기술 발전을 이끌어내는 데 기여할 것으로 기대됩니다.
차세대 신경 보철 및 뇌-컴퓨터 인터페이스 개발
연구실은 신경계 질환 및 인지 장애 치료를 위한 차세대 신경 보철 기기와 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술 개발에 주력하고 있습니다. 특히, 미세 자기장 자극 기반의 고해상도 인공시각 시스템, 시각 피질 및 망막 보철, 그리고 다양한 신경 자극 장치의 설계와 구현에 중점을 둡니다. 이러한 장치는 기존 전극 기반 자극의 한계를 극복하고, 더 정밀하고 안전한 신경 자극을 실현하는 것을 목표로 합니다.
연구진은 MEMS(미세전자기계시스템) 기술을 활용한 마이크로 코일, 액정 고분자 기반의 유연한 신경 전극, 무선 전력 전송 시스템 등 첨단 소재 및 공정 기술을 접목하여, 생체 적합성과 장기 내구성을 갖춘 신경 보철 기기를 개발합니다. 또한, 동물 실험과 임상 적용을 통해 실제 신경계 질환 환자에게 적용 가능한 기술로 발전시키고 있습니다. 시각 장애, 파킨슨병, 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애 등 다양한 신경계 질환의 치료 및 기능 회복에 실질적인 도움을 주는 것을 목표로 합니다.
뇌-컴퓨터 인터페이스 분야에서는 뇌의 전기적 신호를 외부 장치(로봇, 컴퓨터, 카메라 등)와 직접 연결하는 기술을 연구합니다. 이를 통해 신체적 한계를 극복하고, 인간의 인지 및 운동 능력을 확장하는 미래형 인터페이스를 실현하고자 합니다. 이러한 연구는 인공지능, 로봇공학, 재활의학 등 다양한 학문과 융합되어, 혁신적인 의료 및 공학적 솔루션을 제공할 것입니다.
1
MEMS micro-coils for magnetic neurostimulation.
Liu X, Whalen AJ, Ryu SB, Lee SW, Fried SI, Kim K, Cai C, Lauritzen M, Bertram N, Chang B, Yu T, Han A
Biosensors and Bioelectronics, 2023
2
Micro-magnetic stimulation of primary visual cortex induces focal and sustained activation of secondary visual cortex.
Lee SW*, Fried SI
Philosophical Transactions of the Royal Society A, 2022
3
MEMS inductor fabrication and emerging applications in power electronics and neurotechnologies.
Le HT, Haque RI, Ouyang Z, Lee SW, Fried SI, Zhao D, Qiu M, Han A
Microsystems & Nanoengineering, 2021
1
(통합EZ)마이크로 코일 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 개발(2023년도)
