- 국내 최초 홀로그래픽 광학 소자를 적용, 경량화/소형화된 AR HMD 개발 - 세계 최고 수준의 고해상도, 고시인성, 광 시야각의 4K급 증강현실 영사구현 홀로렌즈(HoloLens), 매직리프(Magic Leap) 등으로 대표되는 차세대 증강현실(AR) HMD* 기술과 이를 기반으로 한 서비스 개발에 관심이 증대되고 있다. 전 세계적으로 홀로그래픽 광학기술을 결합한 차세대 증강현실 플랫폼 고도화를 위한 시도가 증가하고 있지만, 국내의 경우 고해상도 AR HMD 관련 연구는 시작단계에 불과하고 핵심기술인 홀로그래픽 광학 소자가 AR HMD에 적용된 사례는 전무한 실정이다. **HMD(Head Mounted Display) : ‘머리착용 디스플레이’, 안경처럼 착용하여 AR,VR 등을 볼 수 있는 모니터 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전소재연구단 박민철 박사팀은 연구 참여기관인 ㈜에픽옵틱스, ㈜미래기술연구소, ㈜에스시전시문화, 세종대(김태근 교수), 전자부품연구원(홍성희 박사)과 공동으로 세계 최고 수준의 고해상도, 원거리에서도 식별이 쉬운 고시인성, 광(廣) 시야각의 4K급 투시형 증강현실 영상구현을 위한 AR HMD 개발에 성공하였다. 기존의 AR HMD는 크기가 크고 무거울 뿐만 아니라 상대적으로 저해상도의 디스플레이를 탑재한 반면, 본 기술은 홀로그래픽 광학 소자**를 이용한 초박형 고효율의 조명 광학 시스템을 이용하여 전체적인 부피와 무게를 혁신적으로 줄이고, 초정밀 비구면 플라스틱 컴바이너 설계기술을 바탕으로 4K급 해상도의 선명한 영상을 사용자의 눈앞에 생성하여 증강현실 구현이 가능하도록 하였다. **홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element, HOE) : 홀로그래피 기술을 이용하여 제작된 일종의 회절 광학소자로, 홀로그램에 기록된 파형을 재생시키거나 변형시켜서 투과되거나 반사된 빛의 형태를 원하는 형태로 만들고자 제작된 광학소자. 현재 개발된 기술은 무엇보다도 국내 최초로 홀로그래픽 광학 소자를 이용하여 AR HMD를 구현함으로써, 크기는 작고 가벼우면서 세계 최고 수준의 고해상도 영상을 제공할 수 있게 되었다는데 큰 의미를 둘 수 있다. 이는 향후 완전한 홀로그래픽 3D 영상을 HMD 상에서 구현할 수 있는 기술적 토대를 마련하였다는데 의의가 있다. 또한, 고해상도 AR HMD의 국산화를 통해 외산 대비 가격 측면에서도 독보적인 경쟁력을 확보하였다. 최근 공중파 드라마의 소재로 등장할 만큼 대중적으로 잘 알려진 증강현실, 즉 AR(Augmented Reality)은 실제 공간이나 사물에 3차원 가상 이미지를 덧씌워 다양한 영상 정보를 제공하는 방식으로 완전한 가상의 공간이나 사물을 구현하는 VR(Virtual Reality)에 비해 현실감을 증대시킬 수 있어 방송, 교육, 제조, 광고, 의료, 자동차 등 국가산업전반에 걸친 주요 분야에서 큰 파급효과가 기대된다. 특히, CG기술을 활용한 뮤지컬, 연극과 같은 문화예술 공연이나, 증강현실 콘텐츠를 기반으로 한 체험형 게임과 테마파크, 그리고 각종 스포츠 분야에서의 활용이 기대된다. ㈜에픽옵틱스의 김동하 연구소장은 “본 기술을 통해 세계 최고 수준의 체험형 게임 시장 선점이 가능할 것으로 기대된다.”고 밝혔다. KIST 박민철 박사는 “홀로그래픽 광학 소자 기반의 고해상도 AR HMD 개발을 통해 기존 한계를 벗어난 세계 최고 수준의 홀로그램 서비스를 제공할 수 있는 기틀을 마련할 수 있게 되었다.”라고 말하며, “KIST의 차세대 기술들이 국내 기업과 연계되어 다양한 분야에서 세계적인 기술 경쟁력을 확보할 수 있도록 적극 지원할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 문화체육관광부(장관 박양우)의 지원으로 한국콘텐츠진흥원(원장 김영준) 문화기술연구개발 사업(과제명: 홀로그램 카메라 및 홀로그램 기반 AR 플랫폼 기술 개발)으로 수행되었다. <그림설명> <그림1> 4K급 고해상도 투시형 증강현실(AR) HMD (프로토타입) <그림2> HMD로 본 AR영상 <그림3> 4K급 고해상도 투시형 증강현실(AR) HMD로 증강현실을 체험중

화학분석센터 차주환 박사가 지난 5월 27일 Neuroscience 분야의 권위지인 “The Journal of Neuroscience"지에 논문을 발표하였다. 본 논문(제목: Visualization of Dopamine Transporter Trafficking in Live Neurons by Use of Fluorescent Cocaine Analogs)은 저자가 처음으로 합성한 Fluorescent Cocaine Analog 화합물을 가지고 살아있는 Neuron에서 DAT(Dopamine Transporter) Trafficking을 시각화(Visualization)한 내용이며, 또한 주요연구결과는 저널의 Cover를 장식하였다. 본 논문은 차주환 박사가 NIH(미국 국립보건원)에서 박사후 연수 과정에서 연구한 내용으로서 수록 저널은 Impact Factor 값이 7.49로써 Neuroscience 분야 211종 저널 중 15위의 Impact Factor 값을 나타내는 우수한 저널로서, 본 저자가 2006년도에 발표한 논문 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America; IF 값 9.60 ), JMC(Journal of Medicinal Chemistry; IF 값 4.90)와 함께 DAT 기능에 문제가 되어 발현되는 병인 정신분열증, 주의력결핍증, 파킨슨씨병 등의 연구에 획기적인 발전의 계기를 마련하는 연구논문이라 할 수 있다. <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

- 착용 가능한 소형 무선 초음파 뇌 자극기로 뇌졸중 재활 효능 전임상 검증 - 일상생활에서 사용하는 착용형 초음파 자극 기술 개발 발판 마련 뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다. 뇌졸중으로 손상된 뇌신경 재활을 위해 운동 요법과 뇌신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그중 저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과하여 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달하여 신경세포를 활성 혹은 억제할 수 있어 뇌졸중 등의 신경 손상 질환의 재활 치료기술로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 제작하여 뇌졸중 동물 모델에 적용, 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 무선 재활 치료기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있으며(Neurorehabil Neural Repair. 2018 Sep;32(9):777-787.), 2020년에는 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증하였다.(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, 28(9): 2073-2079.) 이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 하지만, 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고, 고정되어있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있어 실용화가 어려웠다. KIST 연구진은 축적된 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발하여 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정한 결과, 재활 효능이 있다는 것을 검증하였다. 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가하여 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 유의미하게 향상되었고, 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 김형민 박사팀이 개발한 뇌 자극기는 가벼운데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약 없이도 초음파로 뇌 운동 영역을 자극함으로써 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 머지않아 임상 수준에서의 착용형 초음파 뇌 자극 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김형민 박사는 “최근 착용형 뇌 자극 기술의 발전이 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다 것이 본 연구의 의의”라며, “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 저널인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’ 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Wearable transcranial ultrasound system for remote stimulation of freely moving animal - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김예브기니 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김재관 부교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김형민 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예 [그림 2] (a)뇌졸중 쥐 모델의 대뇌 피질 운동 영역 저강도 집속초음파 자극 시뮬레이션 이미지(붉은 점이 초음파가 자극되는 지점) 및 (b)동물 착용형 뇌 자극 시스템을 사용하여 뇌졸중 쥐 모델 뇌 자극을 시행한 행동 분석 결과. 자동화된 동물 행동 추적 시스템으로 효능을 추적한 결과 뇌 자극을 시행한 뇌졸중 쥐(tFUS)에서 시행하지 않은 뇌졸중 쥐(Sham)에 비해 날짜가 지남에 따라 건강한 동물(Healthy) 과 유사한 활동성(붉은 선)을 회복하는 모습을 확인

- 착용 가능한 소형 무선 초음파 뇌 자극기로 뇌졸중 재활 효능 전임상 검증 - 일상생활에서 사용하는 착용형 초음파 자극 기술 개발 발판 마련 뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다. 뇌졸중으로 손상된 뇌신경 재활을 위해 운동 요법과 뇌신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그중 저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과하여 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달하여 신경세포를 활성 혹은 억제할 수 있어 뇌졸중 등의 신경 손상 질환의 재활 치료기술로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 제작하여 뇌졸중 동물 모델에 적용, 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 무선 재활 치료기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있으며(Neurorehabil Neural Repair. 2018 Sep;32(9):777-787.), 2020년에는 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증하였다.(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, 28(9): 2073-2079.) 이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 하지만, 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고, 고정되어있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있어 실용화가 어려웠다. KIST 연구진은 축적된 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발하여 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정한 결과, 재활 효능이 있다는 것을 검증하였다. 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가하여 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 유의미하게 향상되었고, 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 김형민 박사팀이 개발한 뇌 자극기는 가벼운데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약 없이도 초음파로 뇌 운동 영역을 자극함으로써 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 머지않아 임상 수준에서의 착용형 초음파 뇌 자극 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김형민 박사는 “최근 착용형 뇌 자극 기술의 발전이 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다 것이 본 연구의 의의”라며, “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 저널인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’ 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Wearable transcranial ultrasound system for remote stimulation of freely moving animal - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김예브기니 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김재관 부교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김형민 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예 [그림 2] (a)뇌졸중 쥐 모델의 대뇌 피질 운동 영역 저강도 집속초음파 자극 시뮬레이션 이미지(붉은 점이 초음파가 자극되는 지점) 및 (b)동물 착용형 뇌 자극 시스템을 사용하여 뇌졸중 쥐 모델 뇌 자극을 시행한 행동 분석 결과. 자동화된 동물 행동 추적 시스템으로 효능을 추적한 결과 뇌 자극을 시행한 뇌졸중 쥐(tFUS)에서 시행하지 않은 뇌졸중 쥐(Sham)에 비해 날짜가 지남에 따라 건강한 동물(Healthy) 과 유사한 활동성(붉은 선)을 회복하는 모습을 확인

- 착용 가능한 소형 무선 초음파 뇌 자극기로 뇌졸중 재활 효능 전임상 검증 - 일상생활에서 사용하는 착용형 초음파 자극 기술 개발 발판 마련 뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다. 뇌졸중으로 손상된 뇌신경 재활을 위해 운동 요법과 뇌신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그중 저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과하여 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달하여 신경세포를 활성 혹은 억제할 수 있어 뇌졸중 등의 신경 손상 질환의 재활 치료기술로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 제작하여 뇌졸중 동물 모델에 적용, 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 무선 재활 치료기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있으며(Neurorehabil Neural Repair. 2018 Sep;32(9):777-787.), 2020년에는 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증하였다.(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, 28(9): 2073-2079.) 이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 하지만, 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고, 고정되어있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있어 실용화가 어려웠다. KIST 연구진은 축적된 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발하여 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정한 결과, 재활 효능이 있다는 것을 검증하였다. 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가하여 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 유의미하게 향상되었고, 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 김형민 박사팀이 개발한 뇌 자극기는 가벼운데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약 없이도 초음파로 뇌 운동 영역을 자극함으로써 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 머지않아 임상 수준에서의 착용형 초음파 뇌 자극 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김형민 박사는 “최근 착용형 뇌 자극 기술의 발전이 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다 것이 본 연구의 의의”라며, “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 저널인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’ 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Wearable transcranial ultrasound system for remote stimulation of freely moving animal - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김예브기니 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김재관 부교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김형민 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예 [그림 2] (a)뇌졸중 쥐 모델의 대뇌 피질 운동 영역 저강도 집속초음파 자극 시뮬레이션 이미지(붉은 점이 초음파가 자극되는 지점) 및 (b)동물 착용형 뇌 자극 시스템을 사용하여 뇌졸중 쥐 모델 뇌 자극을 시행한 행동 분석 결과. 자동화된 동물 행동 추적 시스템으로 효능을 추적한 결과 뇌 자극을 시행한 뇌졸중 쥐(tFUS)에서 시행하지 않은 뇌졸중 쥐(Sham)에 비해 날짜가 지남에 따라 건강한 동물(Healthy) 과 유사한 활동성(붉은 선)을 회복하는 모습을 확인

- 착용 가능한 소형 무선 초음파 뇌 자극기로 뇌졸중 재활 효능 전임상 검증 - 일상생활에서 사용하는 착용형 초음파 자극 기술 개발 발판 마련 뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다. 뇌졸중으로 손상된 뇌신경 재활을 위해 운동 요법과 뇌신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그중 저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과하여 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달하여 신경세포를 활성 혹은 억제할 수 있어 뇌졸중 등의 신경 손상 질환의 재활 치료기술로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 제작하여 뇌졸중 동물 모델에 적용, 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 무선 재활 치료기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있으며(Neurorehabil Neural Repair. 2018 Sep;32(9):777-787.), 2020년에는 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증하였다.(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, 28(9): 2073-2079.) 이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 하지만, 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고, 고정되어있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있어 실용화가 어려웠다. KIST 연구진은 축적된 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발하여 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정한 결과, 재활 효능이 있다는 것을 검증하였다. 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가하여 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 유의미하게 향상되었고, 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 김형민 박사팀이 개발한 뇌 자극기는 가벼운데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약 없이도 초음파로 뇌 운동 영역을 자극함으로써 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 머지않아 임상 수준에서의 착용형 초음파 뇌 자극 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김형민 박사는 “최근 착용형 뇌 자극 기술의 발전이 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다 것이 본 연구의 의의”라며, “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 저널인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’ 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Wearable transcranial ultrasound system for remote stimulation of freely moving animal - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김예브기니 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김재관 부교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김형민 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예 [그림 2] (a)뇌졸중 쥐 모델의 대뇌 피질 운동 영역 저강도 집속초음파 자극 시뮬레이션 이미지(붉은 점이 초음파가 자극되는 지점) 및 (b)동물 착용형 뇌 자극 시스템을 사용하여 뇌졸중 쥐 모델 뇌 자극을 시행한 행동 분석 결과. 자동화된 동물 행동 추적 시스템으로 효능을 추적한 결과 뇌 자극을 시행한 뇌졸중 쥐(tFUS)에서 시행하지 않은 뇌졸중 쥐(Sham)에 비해 날짜가 지남에 따라 건강한 동물(Healthy) 과 유사한 활동성(붉은 선)을 회복하는 모습을 확인

- 착용 가능한 소형 무선 초음파 뇌 자극기로 뇌졸중 재활 효능 전임상 검증 - 일상생활에서 사용하는 착용형 초음파 자극 기술 개발 발판 마련 뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다. 뇌졸중으로 손상된 뇌신경 재활을 위해 운동 요법과 뇌신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그중 저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과하여 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달하여 신경세포를 활성 혹은 억제할 수 있어 뇌졸중 등의 신경 손상 질환의 재활 치료기술로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 제작하여 뇌졸중 동물 모델에 적용, 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 무선 재활 치료기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있으며(Neurorehabil Neural Repair. 2018 Sep;32(9):777-787.), 2020년에는 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증하였다.(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, 28(9): 2073-2079.) 이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 하지만, 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고, 고정되어있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있어 실용화가 어려웠다. KIST 연구진은 축적된 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발하여 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정한 결과, 재활 효능이 있다는 것을 검증하였다. 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가하여 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 유의미하게 향상되었고, 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 김형민 박사팀이 개발한 뇌 자극기는 가벼운데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약 없이도 초음파로 뇌 운동 영역을 자극함으로써 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 머지않아 임상 수준에서의 착용형 초음파 뇌 자극 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김형민 박사는 “최근 착용형 뇌 자극 기술의 발전이 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다 것이 본 연구의 의의”라며, “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 저널인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’ 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Wearable transcranial ultrasound system for remote stimulation of freely moving animal - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김예브기니 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김재관 부교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김형민 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예 [그림 2] (a)뇌졸중 쥐 모델의 대뇌 피질 운동 영역 저강도 집속초음파 자극 시뮬레이션 이미지(붉은 점이 초음파가 자극되는 지점) 및 (b)동물 착용형 뇌 자극 시스템을 사용하여 뇌졸중 쥐 모델 뇌 자극을 시행한 행동 분석 결과. 자동화된 동물 행동 추적 시스템으로 효능을 추적한 결과 뇌 자극을 시행한 뇌졸중 쥐(tFUS)에서 시행하지 않은 뇌졸중 쥐(Sham)에 비해 날짜가 지남에 따라 건강한 동물(Healthy) 과 유사한 활동성(붉은 선)을 회복하는 모습을 확인

- 착용 가능한 소형 무선 초음파 뇌 자극기로 뇌졸중 재활 효능 전임상 검증 - 일상생활에서 사용하는 착용형 초음파 자극 기술 개발 발판 마련 뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다. 뇌졸중으로 손상된 뇌신경 재활을 위해 운동 요법과 뇌신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그중 저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과하여 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달하여 신경세포를 활성 혹은 억제할 수 있어 뇌졸중 등의 신경 손상 질환의 재활 치료기술로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 제작하여 뇌졸중 동물 모델에 적용, 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 무선 재활 치료기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있으며(Neurorehabil Neural Repair. 2018 Sep;32(9):777-787.), 2020년에는 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증하였다.(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, 28(9): 2073-2079.) 이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 하지만, 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고, 고정되어있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있어 실용화가 어려웠다. KIST 연구진은 축적된 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발하여 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정한 결과, 재활 효능이 있다는 것을 검증하였다. 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가하여 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 유의미하게 향상되었고, 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 김형민 박사팀이 개발한 뇌 자극기는 가벼운데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약 없이도 초음파로 뇌 운동 영역을 자극함으로써 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 머지않아 임상 수준에서의 착용형 초음파 뇌 자극 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김형민 박사는 “최근 착용형 뇌 자극 기술의 발전이 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다 것이 본 연구의 의의”라며, “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 저널인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’ 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Wearable transcranial ultrasound system for remote stimulation of freely moving animal - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김예브기니 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김재관 부교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김형민 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예 [그림 2] (a)뇌졸중 쥐 모델의 대뇌 피질 운동 영역 저강도 집속초음파 자극 시뮬레이션 이미지(붉은 점이 초음파가 자극되는 지점) 및 (b)동물 착용형 뇌 자극 시스템을 사용하여 뇌졸중 쥐 모델 뇌 자극을 시행한 행동 분석 결과. 자동화된 동물 행동 추적 시스템으로 효능을 추적한 결과 뇌 자극을 시행한 뇌졸중 쥐(tFUS)에서 시행하지 않은 뇌졸중 쥐(Sham)에 비해 날짜가 지남에 따라 건강한 동물(Healthy) 과 유사한 활동성(붉은 선)을 회복하는 모습을 확인

- 착용 가능한 소형 무선 초음파 뇌 자극기로 뇌졸중 재활 효능 전임상 검증 - 일상생활에서 사용하는 착용형 초음파 자극 기술 개발 발판 마련 뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다. 뇌졸중으로 손상된 뇌신경 재활을 위해 운동 요법과 뇌신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그중 저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과하여 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달하여 신경세포를 활성 혹은 억제할 수 있어 뇌졸중 등의 신경 손상 질환의 재활 치료기술로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 제작하여 뇌졸중 동물 모델에 적용, 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 무선 재활 치료기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있으며(Neurorehabil Neural Repair. 2018 Sep;32(9):777-787.), 2020년에는 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증하였다.(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, 28(9): 2073-2079.) 이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 하지만, 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고, 고정되어있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있어 실용화가 어려웠다. KIST 연구진은 축적된 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발하여 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정한 결과, 재활 효능이 있다는 것을 검증하였다. 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가하여 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 유의미하게 향상되었고, 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 김형민 박사팀이 개발한 뇌 자극기는 가벼운데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약 없이도 초음파로 뇌 운동 영역을 자극함으로써 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 머지않아 임상 수준에서의 착용형 초음파 뇌 자극 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김형민 박사는 “최근 착용형 뇌 자극 기술의 발전이 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다 것이 본 연구의 의의”라며, “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 저널인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’ 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Wearable transcranial ultrasound system for remote stimulation of freely moving animal - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김예브기니 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김재관 부교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김형민 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예 [그림 2] (a)뇌졸중 쥐 모델의 대뇌 피질 운동 영역 저강도 집속초음파 자극 시뮬레이션 이미지(붉은 점이 초음파가 자극되는 지점) 및 (b)동물 착용형 뇌 자극 시스템을 사용하여 뇌졸중 쥐 모델 뇌 자극을 시행한 행동 분석 결과. 자동화된 동물 행동 추적 시스템으로 효능을 추적한 결과 뇌 자극을 시행한 뇌졸중 쥐(tFUS)에서 시행하지 않은 뇌졸중 쥐(Sham)에 비해 날짜가 지남에 따라 건강한 동물(Healthy) 과 유사한 활동성(붉은 선)을 회복하는 모습을 확인

- 착용 가능한 소형 무선 초음파 뇌 자극기로 뇌졸중 재활 효능 전임상 검증 - 일상생활에서 사용하는 착용형 초음파 자극 기술 개발 발판 마련 뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다. 뇌졸중으로 손상된 뇌신경 재활을 위해 운동 요법과 뇌신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그중 저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과하여 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달하여 신경세포를 활성 혹은 억제할 수 있어 뇌졸중 등의 신경 손상 질환의 재활 치료기술로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 제작하여 뇌졸중 동물 모델에 적용, 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 무선 재활 치료기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있으며(Neurorehabil Neural Repair. 2018 Sep;32(9):777-787.), 2020년에는 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증하였다.(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, 28(9): 2073-2079.) 이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 하지만, 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고, 고정되어있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있어 실용화가 어려웠다. KIST 연구진은 축적된 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발하여 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정한 결과, 재활 효능이 있다는 것을 검증하였다. 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가하여 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 유의미하게 향상되었고, 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 김형민 박사팀이 개발한 뇌 자극기는 가벼운데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약 없이도 초음파로 뇌 운동 영역을 자극함으로써 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 연구 결과는 머지않아 임상 수준에서의 착용형 초음파 뇌 자극 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김형민 박사는 “최근 착용형 뇌 자극 기술의 발전이 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다 것이 본 연구의 의의”라며, “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 저널인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’ 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Wearable transcranial ultrasound system for remote stimulation of freely moving animal - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김예브기니 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김재관 부교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김형민 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예 [그림 2] (a)뇌졸중 쥐 모델의 대뇌 피질 운동 영역 저강도 집속초음파 자극 시뮬레이션 이미지(붉은 점이 초음파가 자극되는 지점) 및 (b)동물 착용형 뇌 자극 시스템을 사용하여 뇌졸중 쥐 모델 뇌 자극을 시행한 행동 분석 결과. 자동화된 동물 행동 추적 시스템으로 효능을 추적한 결과 뇌 자극을 시행한 뇌졸중 쥐(tFUS)에서 시행하지 않은 뇌졸중 쥐(Sham)에 비해 날짜가 지남에 따라 건강한 동물(Healthy) 과 유사한 활동성(붉은 선)을 회복하는 모습을 확인