`19년 시행된 전 세계 질병 연구에서 시각 장애는 세 번째로 높은 장애 요인으로 나타남
※ 유럽에는 250만 명 이상의 시각 장애인이 있음
- 실명의 주요 원인으로는 눈의 수정체가 불투명해지는 백내장, 시신경을 손상시키는 녹내장, 망막에 손상을 주는 연령 관련 황반변성이 있음
- 다른 원인으로는 당뇨병으로 인한 손상, 유전적 질환, 사고 및 감염 등이 있음
시각 장애 중 일부는 뇌 임플란트로 치료할 수 있음
- 1990년대 과학자들은 시각을 담당하는 뇌 부분(시각 피질)에 전극을 이식함으로써 시각 장애인을 위한 인공 눈의 가능성을 열었음
- 이 작은 금속 접점은 뇌세포와 상호작용하여 시각적 정보를 전달함
- 문제는 전극이 상대적으로 크기가 너무 커서 소수의 전극만을 뇌 조직에 이식할 수 있었음
시력을 잃은 지 16년 된 스페인의 전직 과학 교사인 고메즈는 `21년 시력 회복 실험에 참여함
- 당시 57세였던 고메즈는 시각 처리를 담당하는 뇌 부위에 96개의 미세 전극 배열로 구성된 임플란트를 장착함
- 이를 위해 고메즈는 스페인 남동부의 엘체시에서 6개월 동안 임플란트 수술을 받음
안경의 비디오 카메라에 연결된 미세 전극을 사용하여 고메즈는 뇌에 전달되는 신호를 시각적으로 해독할 수 있었음
- 그녀는 물체의 윤곽을 식별하고, 왼손과 오른손 제스처를 구분하고, 심지어 미로와 같은 비디오 게임도 할 수 있었음
그러나 고메즈의 임플란트에는 물체를 인식하거나 일생샐활에 사용하기에 충분한 시력을 회복하는 데 필요한 전극 수가 부족했음
- 그녀의 사례는 주목할만한 진전을 이루었지만 연구자들은 시각장애인에게 더 많은 수의 전극을 장착할 수 있도록 전극을 더 작게 만드는 등 한 단계 더 발전하고 있으며, EU 지원을 통해 연구원들은 시각 보철물을 개선하고 있음
NeuraViPeR 프로젝트는 인간 머리카락보다 약 4배 더 얇은 고성능 전극을 개발하고 있음
- “전극이 많을수록 시각적 해상도가 높아진다”(스위스 취리히 대학 신경정보학 연구소, Shih-Chii Liu 교수)
- 오늘날 신경기술의 발전으로 전극의 크기를 줄여 약 100개의 전극을 외과적으로 뇌에 이식할 수 있게 되었음
- 하지만 예를 들어 현실에서 물체의 윤곽이나 얼굴을 구분할 수 있으려면 시각 피질에 외과적으로 임플란트된 전극이 1,000~2,000개 정도 필요함
- NeuraViPeR에서 개발 중인 임플란트에는 유연한 스트립에 내장된 수천 개의 전극이 포함되어 있음
- 이는 시각적으로 해상도를 크게 높이고 흉터 위험이나 부정적인 면역 반응을 줄여 임플란트의 안정성을 향상시킴
NeuraViPeR
- 펀딩 : EXCELLENT SCIENCE - FET
- 기간 : 2020.09.01.~2025.02.28.
- 예산 : 약 400만 유로 (EU 지원 100%)
- 총괄 : UNIVERSITAT ZURICH (스위스)
한편, 전극 수를 늘리는 것은 해결책의 일부일 뿐이며 효과적인 시각 정보의 전달을 위해서는 전극의 용량을 늘려야 함
- 시각 보철물이 시각 장애인의 시력을 회복시키려면 현재보다 훨씬 더 많은 정보를 전달할 수 있어야 함
- 즉, 뇌를 자극하고 카메라에 포착된 이미지를 효과적으로 전달하려면 전극의 용량을 늘려야 함
- “실명은 정말 큰 문제이며, 이 사람들을 위한 치료 방법이 거의 없다”(벨기에 루벤 뇌 연구소, Peter Janssen 신경과학 교수)
HyperStim 프로젝트는 뇌의 뉴런에 더 많은 정보를 전달할 수 있도록 전극의 자극 패턴을 개선하는 방법을 조사하고 있음
- 얀센(Janssen) 교수가 주도하는 이 프로젝트는 `22년 11월 시작되어 4년간 운영됨
- 현재의 시각 보철물은 매우 간단한 자극 패턴을 사용하고 있음
- Hyperstim 프로젝트는 사용가능한 전극에 대해 보다 정교한 전극을 사용하려고 함
Hyperstim은 물리적으로 존재하는 전극 수의 최소 20배에 달하는 해상도를 얻어 결과적으로 달성가능한 시력의 질을 근본적으로 향상시키는 것을 목표로 함
- 얀센 교수에 따르면 외부 카메라에 연결된 시각 보철물을 뇌에 이식한 최초의 시각 장애인이라도 즉시 시력이 완전히 회복되지는 않음
- 뇌 자체가 이식 후 카메라에서 받은 메시지를 해독하는 데 시간이 필요하기 때문
- “뇌는 전기 자극을 해석하는 방법을 배워야 한다” (Janssen)
- 시력이 완전히 회복되는 대신 물체의 윤곽과 윤곽이 있는 거친 흑백 이미지가 뇌에 생성될 가능성이 높지만 그럼에도 이는 환자에게 더 큰 이동성과 독립성을 제공하기에 충분함
HYPERSTIM
- 펀딩 : The European Innovation Council (EIC)
- 기간 : 2022.11.01.~2026.10.31.
- 예산 : 약 210만 유로 (EU 지원 100%)
- 총괄 : KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN (벨기에)
