인공 신경세포와 생체 뇌세포의 성공적인 통신 구현

미국 노스웨스턴 대학교 연구진이 실제 뇌세포와 직접 소통할 수 있는 인공 신경세포를 개발했습니다. 이 장치는 유연하고 저렴한 소재로 제작되었습니다. 생체 신경세포와 유사한 전기 신호를 생성하여 실제 뇌 조직을 활성화하는 데 성공했습니다.

연구팀은 에어로졸 제트 프린팅(aerosol jet printing, 분사식 인쇄) 기술을 활용했습니다. 유연한 고분자 기판 위에 전자 잉크를 인쇄하는 방식입니다. 이 과정에서 몰리브덴 이황화물(molybdenum disulfide)과 그래핀(graphene)을 사용하여 신경세포의 복잡한 전기적 특성을 모사했습니다.

실험 결과, 인공 신경세포가 생성한 신호는 생쥐의 뇌 조직 내 신경세포를 성공적으로 자극했습니다. 이는 전자 장치와 생물학적 신경계 사이의 호환성을 입증한 중요한 성과입니다.

이번 연구는 뇌-기계 인터페이스(brain-machine interfaces) 및 신경 보철(neuroprosthetics) 분야의 발전을 앞당깁니다. 향후 청각, 시각, 운동 기능을 회복시키는 임플란트 기술에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대합니다.

이번 기술은 뇌의 작동 원리를 모방한 차세대 컴퓨팅 시스템 개발에도 기여합니다. 인간의 뇌는 기존 컴퓨터보다 에너지 효율이 월등히 높습니다. 이를 모방하면 인공지능의 막대한 전력 소비 문제를 해결할 수 있습니다.

현재의 인공지능은 방대한 데이터를 처리하기 위해 엄청난 전력을 소모합니다. 데이터 센터의 냉각 문제까지 야기하는 실정입니다. 연구진은 뇌의 구조를 모방한 하드웨어가 이러한 에너지 문제를 해결할 대안이 될 것으로 봅니다.

기존의 실리콘 기반 컴퓨터는 고정된 구조를 가진 수십억 개의 동일한 트랜지스터로 구성됩니다. 반면, 뇌는 유연하고 역동적인 3차원 네트워크를 통해 정보를 처리합니다. 학습 과정에서 끊임없이 연결을 조정하는 특징이 있습니다.

이번에 개발된 인공 신경세포는 인쇄 공정을 통해 제작합니다. 비용이 저렴하고 폐기물을 줄일 수 있는 지속 가능한 방식입니다. 연구진은 이 기술이 인공지능 하드웨어의 효율성을 극대화하고 기술적 한계를 돌파하는 중요한 이정표가 될 것이라고 강조합니다.

이 기사는 일반적인 건강 정보를 제공하며, 의학적 조언을 대체하지 않습니다. 구체적인 건강 문제는 의료 전문가와 상담하십시오.

출처: Northwestern University, Nature Communications (2024)