연구소개

과제구성 및 연구내용

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3-2 스마트 브레인 센서 네트워크

연구참여자
Topic 1 : 다중채널 신경접속 마이크로시스템
연구책임자
  • 송윤규 교수, 서울대학교
  • 전상범 교수, 이화여자대학교
  • 김경환 교수, 연세대학교
연구목표
본 연구는 인간의 신경계와 인공 시스템을 연결하는 신경 인터페이스를 개발하기 위한 핵심 요소 기술의 확립을 목표로 하며, 이를 위해 뇌 삽입에 적합한 초저전력 아날로그 회로 기술을 기반으로 신경 접속 마이크로시스템을 개발한다.
연구내용

  • 초저전력 신경접속 AFE 칩 제작
  • 초저전력 디지털 컨트롤러 칩 제작
  • 신경전극 어레이 집적 공정 개발
  • 초소형 밀봉 패키징 기술 개발
  • 전력 및 데이터 송수신 기술 개발
기대효과
  • 신경보철 분야의 중요한 원천기술로 발전 가능, 신경공학 분야의 새로운 방향 제시
  • 신경신호처리 및 인공지능 분야에 새로운 패러다임을 제공
  • 인체 삽입형 능동형 임플랜트 시스템 기술의 새로운 프로토콜 구축
  • BMI/BCI 분야의 핵심원천기술로 인간 중심적 사용자 인터페이스 관련 시장을 선점
  • IT, 자동차, 의료, 로봇, 교육, 보안 등 인공지능이 관련된 전반적인 산업에 파급 효과
  • 신경계 기능 이상 환자들의 삶의 질 개선 및 의료비지출 등 사회적 비용 절감 효과
  • 생체신호 처리 시스템 관련 연구 개발을 수행할 수 있는 고급 전문 인력의 양성
Topic 2 : 신경신호 기록 및 자극을 위한 액정폴리머 기반의 다채널 전극 어레이의 개발
연구책임자
  • 전상범 교수, 이화여자대학교
  • 송윤규 교수, 서울대학교
연구목표
본 과제는 기존의 실리콘 기반의 다채널 신경전극과 비교하여 뛰어난 생체적합성과 장기간 생체 내에 삽입되기 용이한 유연성을 지닌 액정폴리머를 이용하여 기존의 기술을 뛰어넘는 고밀도의 3차원 신경 전극을 제작하는 것을 목적으로 한다.
연구내용

  • 액정폴리머를 이용한 뇌 삽입형 신경 인터페이스 제작 기술의 개발
  • 3차원 구조의 다채널 다 shank 기반의 고밀도 집적 신경 인터페이스의 개발
  • 측정과 자극 이중 모드가 사용 가능한 신경인터페이스 제작 기술의 개발
기대효과
  • 다채널의 액정폴리머 기반의 신경전극이 성공적으로 개발될 경우 장기간 체내에 이식하여 다수 신경세포 활동의 관찰 및 조절 가능
  • 기존의 방법으로는 불가능했던 다양한 신경과학 연구가 가능해 질 것으로 예상
  • 신경보철시스템에 적용될 경우 제작과정이 획기적으로 개선될 뿐만 아니라 고 성능의 시스템을 저가로 제작하는 것이 가능
  • 보다 많은 신경질환을 가진 환자들이 혜택을 받을 수 있을 것으로 예상
Topic 3 : 휴대용 고해상도 근적외선을 이용한 뇌영상장치
연구책임자
  • 배현민 교수, KAIST
  • 김경환 교수, 연세대학교
연구목표
본 연구의 최종목표는 근적외선을 이용하여 인간의 뇌의 기능을 관찰하는 장치를 개발하는 것이다. 뇌의 기능적 이미지를 쓰기 위해 비교적 적은 하드웨어 크기를 갖는 근적외선을 이용한 NIRS는 fMRI와 비교하였을 때 공간해상도가 낮다는 근본적인 한계점이 있기에 이를 해결하기 위한 측정 모듈의 배치, 뇌의 정보 추출 알고리즘 그리고 이를 가능하게 하는 전체 시스템 개발을 목표로 하고 있다.
연구내용



  • Light propagation simulator를 이용하여 인간의 뇌를 모사한 channel을 구현.
  • 반복적인 photon simulation을 이용하여 인간의 뇌에서 빛이 투과하는 정도 및 각 경로에 들어있는 뇌 정보가 어느 정도인지 파악.
  • 이러한 정보들을 바탕으로 포토 디텍터로 이루어진 NIRS 측정 모듈의 배치를 설계.
  • 측정용 Prototype을 구성하고 이를 이용한 실험결과를 바탕으로 ASIC구현
  • 임상실험을 통해 축적된 생체신호들을 바탕으로 하여 인간 뇌의 functional 정보를 축적.
기대효과
  • 휴대가 가능한 function brain imaging system이 개발됨으로써 인간의 뇌의 기능을 다양한 자극을 기반으로 하여 확인해 볼 수 있는 기회가 생김
  • 미래형 의료진단 환경 구축에 중요한 축이 될 것으로 예상
  • 다수의 개개인들의 뇌를 동시에 모니터링 할 수 있기 때문에 hyper scanning 기법을 통한 뇌 연구의 획기적인 발전을 가져올 수 있음
  • 보다 많은 신경질환을 가진 환자들이 혜택을 받을 수 있을 것으로 예상
Topic 4 : 신경접속 마이크로 시스템을 위한 뇌신경 신호처리
연구책임자
  • 김경환 교수, 연세대학교
  • 전상범 교수, 이화여자대학교
  • 배현민 교수, KAIST
연구목표
고성능 뇌신경인터페이스 시스템을 위한 다중 신경신호 처리 및 디코딩 기술 개발을 목표로 한다. 연구개발 범위는 뇌파, 미세전극 등 다양한 시-공간적 해상도를 갖는 뇌신경신호를 대상으로 하며 뇌신경계의 활동 관련 정보를 추출하기 위한 잡음제거, 검출, 분류, 뇌신경계 정보 디코딩 기술 등을 포함한다.
연구내용

  • 뇌신경신호의 시간, 공간, 주파수 특성, 네트워크 분석을 통한 의도 및 신경계 질환 반영 바이오마커 추출
  • 뇌파의 정량적 특징들로부터 뇌기계인터페이스, 뉴로피드백 기기에 활용할 수 있는 운동, 감정, 선호도 등의 다양한 의도 디코딩 알고리즘 개발.
  • 추출된 질환특이적 지표에 기반하여 최적화된 전기적 뇌자극 기법 개발.
기대효과
  • 뇌신경계 정보추출 및 뇌영역 간 기능적연결성 분석을 수행하기 위한 신뢰성 있는 방법을 제시함으로써 인지 및 시스템신경과학 분야의 발전에 기여.
  • 전기자극에 의한 뇌신경계 치료효과의 기전 규명 및 자극기법의 최적화에 기여.
  • 뇌신경신호의 획득, 신경과학적 실험 설계 및 수행, 생체신호처리시스템의 설계 및 구현 등의 연구개발을 수행할 수 있는 지식과 경험을 보유한 인력 양성.
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