본 연구실은 뇌와 신경계의 전기적 신호를 정밀하게 측정하고 해석할 수 있는 고해상도 뇌-신경 인터페이스 기술 개발에 중점을 두고 있습니다. 특히, 수천 채널 이상의 마이크로-전기피질도(µECoG) 그리드와 같은 첨단 전극 어레이를 개발하여 뇌 표면의 미세한 기능적 조직 구조와 시간적 역동성을 정밀하게 파악할 수 있도록 하고 있습니다. 이러한 기술은 실험동물뿐만 아니라 인간 환자에게도 적용되어, 뇌전증 수술 중 병변과 정상 뇌 영역의 경계를 정확하게 구분하고, 실시간으로 뇌파를 시각화하는 데 활용되고 있습니다. 최근에는 유연한 마이크로-LED 어레이와 µECoG 그리드를 통합한 신경 인터페이스 장치를 개발하여, 뇌 표면에서 실시간으로 시각적 피드백을 제공하는 기술을 선보였습니다. 이 기술은 뇌 수술 중 신경학적 기능을 보존하면서 병변을 신속하고 정확하게 식별할 수 있게 하여, 임상적 진단 및 치료의 정확도를 크게 향상시킵니다. 또한, 이러한 장치는 뇌-기계 인터페이스(BMI) 분야에서 새로운 패러다임을 제시하며, 신경계 질환의 진단과 치료에 혁신적인 도구로 자리매김하고 있습니다. 이와 같은 고해상도 신경 인터페이스 및 뇌파 시각화 기술은 뇌의 미세한 신경 회로와 기능적 연결성을 이해하는 데 필수적인 기반을 제공하며, 향후 신경과학 및 의공학 분야에서 다양한 임상 및 연구 응용이 기대됩니다.

연구실은 나노와이어 전극, 나노튜브, 나노로드 등 다양한 나노스케일 반도체 소자를 활용하여, 개별 신경세포 수준에서의 전기생리학적 신호를 직접적으로 측정하고 조절할 수 있는 혁신적인 신경 인터페이스 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 그래핀과 같은 2차원 소재와 결합된 투명 전극 어레이, 초박형 및 유연한 마이크로-LED 어레이, 그리고 분자선 증착법을 이용한 반도체 나노로드 이종접합 구조 등은 세포 내외 신호를 동시에 기록하고, 광학적 이미징과 결합하여 신경 네트워크의 동적 변화를 실시간으로 관찰할 수 있게 합니다. 이러한 나노스케일 신경 인터페이스 소자는 기존의 패치 클램프 방식이 가진 한계를 극복하며, 다채널 고속 측정, 장기 안정성, 세포 손상 최소화 등 다양한 장점을 제공합니다. 또한, 신경계뿐만 아니라 심장 등 다른 생체 조직의 전기적 활동을 정밀하게 측정하고, 약물 스크리닝 등 바이오센서 플랫폼으로도 활용될 수 있습니다. 연구실은 나노소자의 전기화학적 특성, 신경세포와의 인터페이스 메커니즘, 장기 신뢰성 및 생체적합성에 대한 심층 연구를 통해 차세대 바이오-전자 융합기술을 선도하고 있습니다. 이와 더불어, 나노구조 기반의 광전자 소자(예: 마이크로-LED, 광센서 등)는 신경계의 광유전학적 조절, 실시간 신호 시각화, 유연한 웨어러블 디바이스 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 이러한 연구는 신경과학, 의공학, 재료공학의 융합을 통해 미래의 정밀 의료 및 뇌-기계 인터페이스 기술 발전에 핵심적인 역할을 할 것입니다.

본 연구실은 신경 인터페이스 장치의 하드웨어 개발을 넘어, 신경 신호로부터 의미 있는 정보를 추출하기 위한 데이터 분석 및 실시간 해독 알고리즘 개발에도 주력하고 있습니다. 인공지능(AI) 기반의 신경 신호 분석 기술을 활용하여, 자율신경계의 복잡한 신호 패턴을 해석하고, 신경계 질환의 진단 및 치료에 필요한 핵심 바이오마커를 도출하는 연구를 진행하고 있습니다. 특히, 대용량 다채널 신경 신호의 실시간 처리, 잡음 제거, 특징 추출, 패턴 인식 등 다양한 신호처리 기법을 개발하여, 뇌-기계 인터페이스(BMI) 시스템의 성능을 극대화하고 있습니다. 이러한 알고리즘은 뇌파, 근전도, 심전도 등 다양한 생체 신호에 적용되어, 신경계의 기능적 상태를 실시간으로 모니터링하고, 환자 맞춤형 치료 전략 수립에 기여합니다. 향후에는 신경 데이터의 해석을 통한 뇌-장 축(brain-gut axis) 연구, 신경계-소화계 상호작용 분석, 그리고 신경계 질환의 조기 진단 및 예후 예측 등 다양한 융합 연구로 확장될 예정입니다. 이를 통해 신경과학 및 디지털 헬스케어 분야에서 새로운 패러다임을 제시하고자 합니다.