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"생각만으로 기계 움직인다"…'인공시냅스'와 '신경세포' 연결 성공

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작성자 손어민
작성일20-06-16 00:23 조회8회 댓글0건

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스탠퍼드 연구진, 인공시냅스로 살아있는 신경 세포 신호받는 기술 개발
뇌와 기계 화학적 연결은 기초단계…뇌파 활용한 방법은 응용 개발 중
이번 연구에 참가한 알베르토 살레오(Alberto Salleo) 스탠퍼드 재료과학 및 공학과 교수(왼쪽)와 연구실 소속 대학원생인 스콧 킨(Scott Keene)이 인공 시냅스의 특성을 보고 있다. (스탠포드 뉴스 서비스 소속 엘. 에이. 시세로(L.A. Cicero) 제공) / 뉴스1
(서울=뉴스1) 김승준 기자 = '인공 시냅스' 기술은 인공 뇌와 같은 인공 신경계 제작, 생체 뇌와 기계 정보 교환의 기초가 된다. 해외 연구진이 인공 시냅스와 신경세포의 연결 및 신호전달을 구현하는 데 성공했다. 생각만으로 기계를 움직이는 뇌와 기계 상호작용 기술 진보로 평가된다.

미국과 이탈리아, 네덜란드의 국제 공동 연구진이 16일(한국시간) 살아있는 신경세포의 신호를 전달할 수 있는 인공 시냅스(synapse) 구현 실험에 성공했다고 발표했다.

뇌와 신경계를 이루는 신경세포(뉴런)들이 서로 만나 신호를 주고 받는 지점을 시냅스라고 부른다. 신경세포를 타고 온 전기신호는 신경세포 끝에서 신경전달 물질을 분비하게 만들고 이 물질이 다음 신경세포를 자극해 신호를 전달한다.

이들이 만든 인공 시냅스는 전해질 용액으로 채워진 도랑과 도랑 양 끝에 고분자 전극이 전해질 용액에 담긴 형태로 구성됐다. 전해질 용액은 신경세포 사이에서 신호가 전해지는 통로 역할을 한다.

연구진은 이번 실험을 위해 신경전달물질인 도파민을 방출하는 쥐의 신경 세포를 사용했다. 한쪽 전극에 살아있는 신경 세포를 올려두고 도파민을 분비하게 만든다. 그러면 도파민이 전극과 반응해 이온을 생성하고 그 이온이 전해질을 타고 이동해 다른 전극의 전기전도성을 바꾼다. 즉 살아있는 신경세포에서 나오는 화학적 신호를 전기적 신호로 변환해 전달한 것이다.

이번 연구에 참여한 스탠퍼드 대학 알베르토 살레오 교수 연구진은 2017년 뇌의 신경을 모방한 인공 시냅스를 만들었고 2019년에는 인공 시냅스를 서로 연결해 뇌의 신경 작용을 모방할 수 있다는 것을 보였다. 이번 연구는 그 연장선 위에서 살아있는 세포와 인공시냅스의 연결 가능성을 증명했다.

살레오 교수는 "이번 연구의 특징은 살아있는 (신경) 세포와 상호작용하는 재료를 만든 것"이라며 "뇌와 기계 상호작용(Brain Machine Interface)의 아주 작은 첫걸음"이라고 밝혔다.

뇌·기계 상호작용은 뇌와 기계가 정보를 주고 받을 수 있게 만드는 기술이다. 생각만으로 기계를 움직이는 기술이 여기에 해당한다. 지금까지의 기술은 뇌의 전기적 활동의 결과물인 '뇌파'와 같은 전기적 신호를 중심으로 발달해 왔다. 이번 연구 결과는 신경세포의 화학 신호를 전기적으로 바뀌어내는 소재를 찾았다는 데 의미가 있다. 이 결과를 응용하기 위해서는 작동 과정 연구 및 다른 신경물질 반응 실험, 생체 환경 적용 시험 등 추가 연구가 필요하다.

이 연구는 스탠퍼드 대학 전자 재료 공학 연구소의 알베르토 살레오(Alberto Salleo) 연구진과 이탈리아 기술연구소(IIT)의 프란세스카 산토로(Francesca Santoro), 네덜란드 아인트호벤 기술 대학의 요어리 반데 데 벌트(Yoeri van de Burgt) 연구진이 함께했으며 연구 결과는 네이처 머티리얼즈(Nature Materials)에 게재됐다.

© News1 DB
이번에 발표된 결과는 신경 세포의 화학적 신호 전달을 인공적으로 만든 기초 단계 연구다. 반면 뇌 컴퓨터 연결분야에서는 뇌의 전기적 신호인 뇌파를 이용하는 방식이 상당한 진척을 이룬 상태다. 뇌파를 치료에 이용하는 연구는 주로 뇌전증이나 뇌의 기능 이상을 고치기 위해 이뤄졌다. 신체 절단이나 마비 환자가 몸에 장착한 보조기구를 생각으로 조종할 수 있는 기술을 개발하는 목적으로 쓰이기도 한다. 현재에는 치료·재활 목적 외의 두뇌와 기계를 연결하는 수단으로도 주목받고 있다.

뇌의 전기 신호를 읽는 방법을 크게 나누면 머리나 신체 외부에서 전극을 부착하는 비침습적 방법과 전극을 뇌에 장착해 신호를 읽어내는 침습적 방법, 두개골과 뇌 사이에 장치를 넣어 신호를 읽어내는 부분 침습적 방법이 있다. 침습적 방법은 신체 거부반응과 뇌에 미칠 잠재적 위험이라는 기술적 어려움이 있고 비침습적 방법은 세밀한 뇌파 신호와 잡신호를 구분해내야 한다.

일론 머스크가 설립한 뉴럴링크(Neuralink)는 인체에 전자 장치를 이식하는 방법으로 접근하고 있다. 쥐와 원숭이를 대상으로 전극 이식을 통한 컴퓨터 연결 실험부터 부작용이 적은 인체 이식 기술 개발까지 기술을 발전시키고 있다. 뉴럴링크는 뇌파 인식을 위한 유연한 전선을 재봉틀 비슷한 기계를 이용해 두뇌에 이식시키고 뇌에서 나오는 생체 신호를 귀에 이식된 분석 장치로 모은다는 구상을 가지고 있다. 뉴럴링크가 지난해 7월 2020년 인간 대상 실험을 발표한데 이어 일론 머스크는 2월에는 자신의 트위터를 통해 뉴럴링크가 이르면 2020년 내에 인간을 대상으로 한 이식에 들어간다고 밝힌 바 있다.

페이스북은 2017년 개발자 콘퍼런스에서 뇌파로 단어를 입력하게 만드는 장치에 대한 구상을 발표하고 연구·개발에 투자를 이어오고 있다. 지난해에는 비침습적 신경 신호 인식 플랫폼을 개발하는 컨트롤 랩스(CTRL-Labs)라는 스타트업을 인수하기도 했다. 이 기업은 팔에 입는 장치를 통해 신경 신호 등을 읽어 기초적인 컴퓨터 조작에 응용하는데 성공했다.

seungjun241@news1.kr

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오뚜기와 농심은 매년 완도에서 각각 '오동통면'(왼쪽)과 '너구리'에 들어가는 다시마를 구매하고 있다. /오뚜기, 농심 제공

매출 증대·이미지 제고까지 '두 마리 토끼'

[더팩트|문수연 기자] 식품업계가 농어촌 및 소상공인 지원에 발벗고 나서고 있다.

일방적인 지원 형태를 벗어나 지역 특산물을 활용해 안정적인 식자재를 확보하고 이를 통해 지역경제를 활성화함으로써 브랜드 이미지를 높이는 상생 모델을 구축하는 데 속도를 높이고 있다.

16일 식품업계에 따르면 오뚜기와 농심, CJ제일제당 등 여러 식품 기업이 농어촌과 상생협력을 하며 동반성장에 앞장서고 있다. 기업은 안정적으로 공급망을 확보하고, 농어촌은 재고 처리와 수입 확보 효과로 상호 '윈윈'할 수 있는 발판을 마련하겠다는 전략이다.

최근 가장 주목을 받은 사례는 오뚜기와 백종원 더본코리아 대표가 협업해 출시한 '오동통면 맛남의 광장 한정판'이다.

SBS 예능프로그램 '맛남의 광장'에 출연 중인 백종원은 완도 다시마 2년 치 재고 2000t이 그대로 쌓여 있자 재고를 해결하기 위해 함영준 오뚜기 회장에게 전화를 걸어 도움을 요청했고, 함 회장은 다시마가 들어간 제품인 '오동통면'에 다시마를 한 장씩 더 넣기로 했다.

라면업계에서 경쟁을 벌이는 농심도 완도와 협업을 강화하고 있다. '너구리'에 들어가는 다시마를 위해 매년 완도에서 400t을 구입하고 있는 농심은 '짜파구리' 열풍으로 인해 확보해놓은 다시마를 소진하면서 경매를 통한 확보에 나섰다.

농심 관계자는 "완도산 다시마를 38년째 꾸준히 사용하고 있는데 완도 어가에 많은 도움이 된다고 한다. 향후에도 비슷한 수준으로 꾸준히 다시마를 구입할 예정"이라고 말했다.

CJ제일제당은 농가를 돕기 위해 '대한민국 제철음식' 캠페인을 진행하는 것은 물론 '햇반' 생산을 위해 쌀 구매량을 꾸준히 늘려가고 있다. /CJ제일제당 제공

CJ제일제당은 지역 특산물 농가 상생 프로그램 '대한민국 제철음식' 캠페인을 진행한다. 제철을 맞은 농·축·수산 특산물을 발굴해 판매하는 프로그램으로 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)으로 어려움을 겪는 농가를 돕는 동시에 소비자에게 고품질의 상품을 추천하기 위해 기획됐다는 게 회사 측의 설명이다.

이달에는 1탄으로 수박 기획전을 진행하며 7월에는 포도, 8월에는 복숭아를 선보일 계획이다. 또한 '햇반' 생산을 위해 약 2500여 개 농가와 쌀 공급 계약을 맺었으며, 1996년 '햇반'을 출시한 이후 꾸준히 구매량을 늘려가고 있다. 올해도 5만t 이상을 구매할 예정이다.

CJ제일제당 관계자는 "최근 소비자들이 '가치 소비'를 하는 경우가 늘어나고 있다. 기업 입장에서는 농가를 도와주면서 매출 증대는 물론 대외적으로 긍정적인 이미지를 구축할 수 있고, 소비자들도 '가치 소비'를 하면서 질 좋은 제품을 할 수 있다"며 "앞으로도 건강한 식품 유통 생태계 구축에 힘쓰겠다"고 말했다.

현대그린푸드(위)는 저탄소 인증을 받은 양파를 매년 3000t 구입할 예정이며, 롯데제과는 소상공인을 돕기 위해 지역 상생 프로젝트를 전개한다. /현대그린푸드, 롯데제과 제공

현대그린푸드는 운영 중인 전국 500여 단체 급식 사업장에 사용되는 양파를 저탄소 인증을 받은 제품으로 전량 대체한다. 연간 예상 매입량은 3000t으로 이는 국내 생산량의 90%에 달하는 규모다.

저탄소 인증 양파 외에도 올해 단체 급식 식자재로 사용되는 저탄소 인증을 받은 농산물 매입 규모를 지난해 20억 원보다 두 배 이상 확대한 50억 원으로 늘린다는 목표다.

현대그린푸드 관계자는 "올해 중 무·양배추·대파·오이 등 10개 이상의 저탄소 인증 농산물을 추가로 단체급식 메뉴로 선보이기 위해 지난해부터 농가 발굴에 힘을 쏟고 있는 상황"이라고 말했다.

이외에도 '상생경영'의 일환으로 소상공인 지원에 나서는 기업도 있다. 롯데제과는 소상공인이 운영하는 카페와 손잡고 지역 상생 프로젝트를 전개했다. 롯데제과는 서울 지역 소상공인이 운영하는 카페 10곳을 선정해 '칙촉' 포장지에 간단한 카페 정보를 소개했고, 카페에는 ‘칙촉’과 함께 머그잔, 그립톡 등을 지원하여 방문객에게 제공할 수 있도록 했다.

이번 이벤트는 코로나19로 어려운 소상공인 지역 카페를 돕고 '칙촉' 이미지 홍보를 위한 상생 취지에서 기획됐으며, 롯데제과는 향후에도 지역 소상공인과 함께하는 다양한 상생프로젝트를 지속적으로 이어나갈 계획이다.

munsuyeon@tf.co.kr



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