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전자칩, 심봉사 눈뜨게 하다





독일 튀빙겐대 임상 시험 성공…이달 말 학회서 발표


전자칩을 이용해 시각장애인에게 시력을 찾아줄 수 있는 길이 열렸다.

반도체 칩을 눈에 이식해 빛을 받아들인 뒤 외부의 전기를 활용 증폭하는 방식으로 사물을 인식하는 것이다. 기존에는 사물의 윤곽 정도만 파악하는데 불과했지만 이번에는 형태 등도 정확하게 볼 수 있는 것이 특징이다.

독일 튀빙겐대 연구진은 지난해 망막색소변성(retinitis pigmentosa) 환자 11명을 대상으로 넉 달간 임상 시험을 한 결과 시력을 상당히 회복한 것으로 확인됐다고 독일 슈피겔지가 최근 보도했다.




● 시술환자, 눈앞의 바나나 정확하게 인식하고 말해


튀빙겐대 에버하르트 쯔레너(Eberhart Zrenner) 박사팀은 4시간 가량의 수술을 통해 망막색소변성으로 시력을 잃은 45세의 남성의 망막 밑에 전자 칩을 삽입했다. 반도체에 연결된 전선은 안구 뒤쪽을 통해 환자의 귀 밖으로 빼냈다. 이 남자의 눈 속에 있는 반도체를 외부에서 제어하기 위해서다.

22세 이후 서서히 시력을 상실해가던 이 환자는 시술 이후 어느 정도 시력을 회복했다. 이 환자는 눈앞에 놓인 사과와 바나나를 보고 “한 물체는 둥글고, 다른 것은 길죽하다”고 말했다. 그는 이어 “그 물체는 좀 휘어졌는데”라고 말하다가 갑자기 “그것은 바나나입니다”라고 말했다.

지난 20여 년 간 많은 의료진들이 인공안구를 개발하려고 했다. 그동안의 임상실험에서는 시각장애인이 사물을 흐릿하게 인식하고 윤곽을 따라 큰 물체를 알아볼 수 있었지만 작은 사물을 인식하고 명칭을 말할 수 있는 것은 이번이 처음이다.




● 기존 인공 안구, 전기 공급 문제로 효과 미미


각막과 수정체를 통과한 빛이 망막에 도달하면, 망막 안의 광수용세포가 빛을 신경전기신호로 바꾸어 대뇌에 전달함으로써 사물을 인식한다. 눈의 다른 모든 부분이 정상이라도 광수용체가 제 역할을 못하면 앞을 볼 수가 없다.

이러한 문제를 극복하고자 일부 연구진들은 광다이오드(photodiode)를 직접 망막에 이식, 눈 안에 들어오는 빛으로 전기를 만들어 광수용체의 기능을 대체하려고 했다.

문제는 눈 안에 들어오는 빛의 양이 모자란다는 점이다. 서울대 전기공학부 서종모 교수는 “전기는 생기는데 신경세포를 자극할 만한 충분한 양이 안돼 실질적으로 시력을 회복할 수 없었다”고 설명했다.





● 외부 전기 사용으로 시신경에 확실하게 자극


그러나 이번에 독일 튀빙겐대 연구팀은 외부에서 전기를 공급해 주는 방식으로 해결다. 전기를 눈 밖에서 보내주고 눈 안에는 ‘광다이오드-전극’으로 된 미세 셀 구조를 이식하는 것이다.

서 교수는 “광 다이오드가 빛의 세기 변화를 감지하고 외부에서 들어오는 전기를 얼마나 많이 들어오게 할 지 조절해주는 스위치 역할을 한다”며 “빛이 들어오면 광다이오드가 활성화되고 차단되어 있던 전기가 흐르면서 망막을 자극해 빛을 인식하는 것”이라고 설명했다

망막에 이식하는 칩의 크기는 3x3 mm 정도로 1000픽셀 가까운 초고해상도 이미지를 구현할 수 있는 것으로 전해졌다.

이 연구 결과는 이달 27일과 28일 중국 베이징 사이언스파크 호텔에서 열리는 ‘제2회 국제신경 보철학회(The 2nd International Conference on Neuroprosthetic Devices)’에서 발표된다.

 

 

 

 



김규태 동아사이언스 기자 kyoutae@donga.com



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