▲ 뇌보철(Brain Prosthesis) (출처: NEURAL-PROSTEHSIS.COM).

■ 기술소개

신경계에서 기억을 관장하는 신경회로가 손상되면 기억의 저장과 추출이 원활하게 이루어지지 않는다. 뇌의 신경계를 모방하는 뉴로모픽 전자 소자를 이식하여 손상된 신경회로를 대체하면 기억 저장을 유도할 수 있는 신경신호를 생성할 수 있다. 이를 이용하여 새로운 기억이나 지식을 생성하게 하거나, 기존의 기억을 삭제할 수 있는 기술이 메모리 임플란트이다.

메모리 임플란트 기술의 핵심은 해마의 회로에 이식한 마이크로칩이다. 해마는 기억 형성에 가장 중요한 역할을 하는 뇌 영역으로, 칩을 이식하여 기억 생성과 소멸을 조절할 수 있다. 고령화 사회로 접어들면서 알츠하이머병이나 치매를 앓는 환자들이 증가해 사회 문제로 대두되고 있는데, 메모리 임플란트 기술을 이용하면 인지와 기억 능력을 회복시킬 수 있을 것이다. 그뿐만 아니라 선천적 학습 장애나 인지 장애가 있는 환자에게도 적용하여 뇌 기능을 항진시킴으로써 치료 효과를 기대할 수 있다.

▲ 기억력 보조장치(Memory-Prosthesis) (출처 : New Scientist).

그러나 메모리 임플란트 기술을 제대로 활용하려면 메모리를 저장하거나 추출할 때 신경세포들이 사용하는 신경 암호(Neural Code), 즉 ‘뇌의 언어’를 정확히 이해해야한다. 따라서 신경신호처리 이론에 대한 상세한 연구를 병행해야 한다. 메모리 임플란트 기술을 성공적으로 개발한다면 신경보철(neuro-prosthetics) 분야에도 응용하여 신경재활 분야에 지대한 공헌을 할 것으로 기대된다.

■ 기술개발현황

최근 고려대학교 뇌공학과 신경계산연구실은 해마 영역 신경세포들의 전기생리
학적, 신경회로적 특성들을 수리적으로 모델링하여, 해마의 구조와 기능을 생물학적
으로 모사하는 뉴로모픽 기억저장 해마 모델을 개발하는 데 성공하였다. 국내에서는
유사한 종류의 연구가 시도된 적이 없으며, 향후 개발된 모델을 이용하여 마이크로칩
회로를 설계하면 메모리 임플란트에 응용할 수 있다.

■ 해외기술개발현황

해외에서는 이미 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다.

미국 고등기술연구원 (DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency)은 뇌 임플란트 기술을 개발하기 위해 리마인드 프로젝트(REMIND: Restorative Encoding Memory Integration Neural Device)를 가동하였으며, 메모리 임플란트 관련 연구로 기억 회복 기술(restoring active memory) 프로젝트를 추진하기도 하였다(USA Today, 2013).

미국 남가주 대학의 데오도르 버저 교수와 노스캐롤라이나 웨이크 포레스트 대학의 로버트 햄프슨 교수의 주도로 쥐와 원숭이에 마이크로칩을 이식하여 기초적인 기억 이식 기술이 연구되기도 하였으며(한국일보, 2013), 햄프슨 교수는 해마 영역의 입출력 신호를 측정하고 메모리실리콘 칩(memory silicon chip)을 삽입하여 단기 기억을 장기기억으로 형성하는 연구를 진행하고 있다(Hampson et al. 2012).

최근 매사추세츠 공과대학(MIT)의 토네가와 교수 연구진은 쥐의 뇌 해마에 광유전학적 자극을 주어 다른 장소에서 형성된 공포 기억을 주입하자, 안전한 장소에서도 공포심을 보이는 현상을 관찰할 수 있었다(Ramirezet al. 2013, BBC News 2013). 가짜 기억을 형성시키는 데 성공한 것이다.