고주파 음파를 사용하여 뇌의 특정 영역을 자극하는 비침습적 기술인 경두개 집속 초음파는 많은 신경 질환에 대한 유망한 치료 전략이 될 수 있습니다.특히, 약물 저항성 간질 및 재발성 떨림과 관련된 기타 질환을 치료하는 데 도움이 될 수 있습니다.

성균관대학교(SKKU), 기초과학연구원(IBS), 한국과학기술연구원(KIST) 연구진은 최근 환자에게 경두개 집속 초음파를 수행하는 데 사용할 수 있는 새로운 센서를 개발했습니다.이 센서는 논문에 소개되었습니다.출판됨~에자연 전자, 모양을 조정하고 피질 표면에 밀접하게 부착할 수 있으므로 사용자는 저강도 초음파를 통해 신경 신호를 기록하고 특정 뇌 영역을 자극할 수 있습니다.

"뇌 표면과 접촉하는 뇌 센서에 대한 이전 연구는 정확한 측정에 어려움을 겪었습니다.뇌 신호연구를 주도한 손동희 씨는 Tech Xplore에 이렇게 말했습니다.

"이러한 한계로 인해 뇌 표면 전체를 정밀하게 분석하고 뇌병변을 정확하게 진단하는 것이 어려워졌습니다.이전에 개발된 뇌 센서존 A. 로저스(John A. Rogers) 교수와 김대형 교수는 극도로 얇은 형태로 인해 이 문제를 어느 정도 해결했지만 곡률이 심한 부분에서는 여전히 밀착을 달성하는 데 어려움을 겪었습니다."

로저스 교수와 김 교수가 이전에 개발한 센서는 뇌 표면에서 보다 정확한 측정값을 수집하는 것으로 밝혀졌습니다.이러한 가능성에도 불구하고 이 센서는 곡률이 더 큰 뇌 표면에 부착하지 못하고, 뇌의 미세한 움직임과 뇌의 흐름으로 인해 원래 부착 지점에서 미끄러지기 쉬운 등 다양한 한계를 제시했습니다.뇌척수액(CSF).

이러한 관찰된 문제는 장기간 동안 대상 영역의 뇌 신호를 일관되게 측정하는 능력을 감소시키기 때문에 의료 환경에서의 잠재적인 사용을 제한합니다.연구의 일환으로 Son과 그의 동료들은 이러한 한계를 극복하고 구부러진 뇌 표면에 잘 부착되어 장기간 신뢰할 수 있는 측정값을 수집할 수 있는 새로운 센서를 개발하기 시작했습니다.

손 교수는 “우리가 개발한 새로운 센서는 굴곡이 심한 뇌 영역에 꼭 맞고 뇌 조직에 단단히 부착될 수 있다”고 말했다."이러한 강력한 접착력 덕분에 표적 부위의 뇌 신호를 장기적이고 정밀하게 측정할 수 있습니다."

Son과 그의 동료들이 개발한 ECoG라고 불리는 센서는 빈 공간을 형성하지 않고 뇌 조직에 단단히 부착됩니다.이를 통해 외부의 기계적 움직임으로 인해 발생하는 소음을 크게 줄일 수 있습니다.

손 교수는 “이런 특성은 저강도집속초음파(LIFU)를 통해 뇌전증 치료 효과를 높이는 데 특히 중요하다”고 말했다."초음파가 간질 활동을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다는 것은 잘 알려져 있지만, 환자 상태의 다양성과 개인 간의 차이로 인해 각 환자에 맞는 치료를 맞춤화하는 데 상당한 어려움이 있었습니다."

최근 몇 년 동안 많은 연구 그룹에서는 간질 및 기타 신경 질환에 대한 맞춤형 초음파 자극 치료법을 고안하려고 노력해 왔습니다.그러나 개별 환자의 필요에 따라 치료법을 마련하려면 특정 뇌 영역을 자극하면서 환자의 뇌파를 실시간으로 측정할 수 있어야 합니다.

손 교수는 “기존의 뇌 표면 부착 센서는 초음파로 인한 진동으로 인해 상당한 소음이 발생해 뇌파를 실시간으로 모니터링하기 어려웠기 때문에 어려움을 겪었다”고 말했다.

"이러한 한계는 맞춤형 치료 전략을 수립하는 데 큰 장애물이었습니다. 우리 센서는 소음을 획기적으로 줄여 맞춤형 초음파 자극을 통해 간질의 성공적인 치료를 가능하게 했습니다."

Son과 그의 동료들이 개발한 형태 변형 및 피질 접착 뇌 센서는 세 가지 주요 층으로 구성됩니다.여기에는 물리적, 화학적으로 조직과 결합할 수 있는 하이드로겔 기반 층, 아래 표면의 모양에 맞게 모양을 변경할 수 있는 자가 치유 폴리머 기반 층, 금 전극과상호 연결.

"센서를 적용하면뇌 표면, 하이드로겔 층은 겔화 과정을 거쳐 뇌 조직에 즉각적이고 강한 부착이 시작됩니다."라고 Son은 설명했습니다.

"이후 자가 치유 폴리머 기판은 변형되기 시작하여 뇌의 곡률에 맞춰 시간이 지남에 따라 센서와 조직 사이의 접촉 면적이 증가합니다. 센서가 뇌의 윤곽에 완전히 부착되면,작동하다."

본 연구팀이 개발한 센서는 최근 출시된 다른 뇌 센서에 비해 몇 가지 장점을 갖고 있다.첫째, 곡률 수준에 관계없이 뇌 표면에 꼭 맞도록 모양을 조정하면서 뇌 조직에 안전하게 부착할 수 있습니다.

센서는 곡면 모양에 맞춰 외부 초음파 시뮬레이션으로 발생하는 진동을 최소화합니다.이를 통해 의사는 정상적인 조건과 초음파 시뮬레이션 중에 환자의 뇌파를 정확하게 측정할 수 있습니다.

손 대표는 “이 기술이 뇌전증 치료뿐 아니라 다양한 뇌질환 진단 및 치료에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다."우리 작업의 가장 중요한 측면은 센서가 조직 표면에 단단히 부착될 수 있도록 하는 조직 접착 기술의 결합입니다.뇌 조직그리고 빈 공간을 만들지 않고 뇌의 윤곽에 맞게 모양을 바꾸는 기술입니다."

지금까지 Son과 그의 동료들이 개발한 새로운 센서는 살아 있거나 깨어 있는 설치류를 대상으로 테스트되었습니다.연구팀이 동물의 뇌파를 정확하게 측정하고 발작을 조절할 수 있었기 때문에 수집된 결과는 매우 유망했습니다.

연구원들은 결국 센서의 크기를 확장하여 고밀도 어레이를 만들기 위한 설계를 구축할 계획입니다.지나고 나면임상 시험, 이 업그레이드된 센서는 간질이나 기타 신경 장애를 진단하고 치료하는 동시에 잠재적으로 보다 효과적인 보철 기술의 길을 열 수 있습니다.

"우리의 뇌 센서에는 현재 16개의 전극 채널이 장착되어 있으며, 이는 고해상도 뇌 신호 매핑 측면에서 개선의 여지가 있는 영역을 제시합니다."라고 Son은 덧붙였습니다.

"이를 염두에 두고, 우리는 보다 세밀하고 고해상도의 뇌 신호 분석이 가능하도록 전극 수를 대폭 늘릴 계획입니다. 또한, 뇌 센서를 뇌 표면에 이식하는 최소 침습적 방법을 개발하는 것을 목표로 합니다.이를 임상연구에 적용하는 것이 궁극적인 목표입니다."

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