망막변성 환자 시력 되돌릴 ‘인공 망막 장치’ 개발 기대
국내 연구진이 망막변성 환자의 시력 회복을 위한 인공망막 장치 성능을 획기적으로 개선할 방법을 찾아냈다.
11일 한국과학기술연구원(KIST)은 바이오마이크로시스템 연구단 임매순 박사팀이 실험용 쥐 망막에서 신경세포를 전기적으로 자극할 때 자연스러운 인공 시각을 만드는 최적의 전류 크기를 확인했다고 밝혔다.
황반변성과 망막색소변성 등 망막변성 질환은 시력을 되찾을 치료제가 없다. 안구 뒤편에 있는 망막은 신경조직이 복잡해 각막처럼 이식할 수도 없다. 이 때문에 연구자들은 망막 표면에 전기 자극을 줘 시력을 회복시키는 연구를 진행하고 있다.
망막은 복잡한 신경망을 통해 눈으로 본 정보를 뇌로 보낸다. 망막 신경절 세포를 통해 정보를 전송하는데 이때 밝기가 증가하면 ‘온(on) 신경절 세포’가, 밝기가 감소하면 ‘오프(off) 신경절 세포’가 반응해 정보를 전달한다.
정상 망막에서는 온세포와 오프세포가 빛에 따라 따로 활성화된다. 하지만 현재까지 개발된 인공망막에 사용되는 전기자극은 두 세포를 동시에 활성화해 뇌에 정보를 제대로 전달하지 못했다.
KIST 연구진은 실험쥐의 망막에서 전류의 크기를 바꿔가며 세포를 선택적으로 활성화하는 전기자극을 찾았다. 온세포들의 신경 신호는 전류 크기에 따라 민감하게 변하지만, 오프세포들은 덜 민감하게 변하는 것을 확인했다. 연구진은 30㎂~40㎂ 전류를 5㎳(밀리세컨드)나 10㎳씩 흘려주면 온세포가 다른 세포에 비해 더 활성화된다는 것을 알아냈다. 오프세포 대비 온세포들의 신경 신호를 최대화하는 최적의 전류 값을 찾아 온세포를 선택적으로 활성화시킬 수 있게 된 것이다.
임매순 박사는 “최적의 전류 크기로 망막을 자극하면 뇌가 해석하기 쉬운 자연스러운 인공 시각을 형성하기에 적합하다는 것을 의미한다”며 “현재 사람의 망막 색소 변성에 해당하는 질병을 겪는 실험용 쥐를 대상으로 추가실험을 진행하고 있다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제전자기술자협회(IEEE) ‘신경시스템 및 재활공학 회보(Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)’에 실렸다.
