캐나다 토론토대(University of Toronto)에 따르면 자기장에 의해 정밀하게 제어되는 마이크로 로봇을 개발하고 있다. 로봇 외부 자석에 의해 제어되는 작은 자화 도구를 사용하는 새로운 개념이다.특히 외부 자기장에 의해 제어되는 작은 그리퍼가 있는 프로토 타입을 개발하고 있다. 개발된 도구는 그립핑 집게와 유연한 손목에 자석이 있다. 자기장이 적용되면 도구는 그리퍼를 열고 닫거나 손목을 움직일 수 있다.이 로봇은 어린이에게 최소 침습적 뇌 수술을 수행하는 데 사용될 수 있다. 소아 뇌에서 내시경을 통해 수술을 진행할때 정밀하게 제어할 수 있는 소형화된 다용도 도구가 필요하기 때문이다. 시뮬레이션된 종양으로 뇌의 고무 모델에 대해 테스트가 수행됐다. 테스트에서 그리퍼는 뇌의 심실에 성공적으로 진입하여 외부 자기장에 의해 완전히 제어되는 종양을 제거할 수 있었다. 프로젝트는 캐나다 보건 연구소(CIHR)와 캐나다 자연 과학 및 공학 연구위원회(NSERC)으로부터 자금을 지원받았다.향후 연구팀은 마이크로 가위를 포함해 더 많은 도구를 만들 계획이다. 이를 통해 보다 효율적인 수술 도구의 개발이 가능할 것으로 전망된다. ▲ 토론토대(University of Toronto)의 연구팀의 에릭 딜러(Eric Diller)부교수(출처 : 홈페이지)unction in the operating room, and to try different ways of setting up the magnetic coils,” Diller says.

일본 교토대(京都大學)에 따르면 인공지능(AI)을 이용해 뇌종양 환자에게 가장 효과적인 치료 전략을 선택하도록 돕는 방법을 개발했다.교토대의 iCeMS (物質－細胞統合システム拠点)를 포함한 인도와 일본의 과학자들이 연구팀에 참여했다. 연구팀은 머신러닝 접근법을 이용하여 일반적인 유형의 뇌종양을 거의 98%의 정확도로 낮은 등급 또는 높은 등급으로 분류할 수 있다.환자 치료는 종양의 공격성에 따라 다르므로 각 개인에 맞는 진단을 받는 것이 중요하기 때문이다. 예를들면저급 신경 교종은 1급 필로시스 성상 세포종(grade I pilocytic astrocytoma) 및 2 급 저급 신경 교종(grade II low-grade glioma)을 포함한다.고급 신경 교종은 III 등급 악성 신경 교종(grade III malignant glioma) 및 IV 등급 신경 아세포종 다형체(grade IV glioblastoma multiforme)를 포함한다.이는 진단 후 생존 시간이 비교적 짧은 경우에 훨씬 더 공격적이고 악성이다. 연구팀은 210 명의 고급 신경 교종 환자와 다른 75명의 저급 신경 교종 환자에 속하는 MRI 스캔 데이터를 사용했다.MRI 스캔에서 사용 가능한 많은 데이터는 종양 모양, 질감 또는 이미지 강도와 관련된 세부 사항과 같이 육안으로 감지하기 어렵다. 인공지능(AI) 알고리즘은 이 데이터를 추출할 수 있다.연구팀은 CGHF라 명명된 접근법을 개발했다. 하이브리드 방사선( hybrid radiomics)과 고정 웨이블릿 기반 특징(stationary wavelet-based features)을 이용한 신경 교종 분류(glioma classification)를 위한 전산 결정 지원 시스템이다.이와 같이 인공지능은 반자동 또는 자동 기계 예측 소프트웨어 모델을 개발하는 데 널리 사용될 것으로 전망된다. 참고로 정부는 4차 산업혁명의 고도화에 전 역량을 집중하고 있다.▲ Japan-TokyoUniversity-iceMS-AI▲교토대의 iCeMS(物質－細胞統合システム拠点)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 캘리포니아대(University of California, San Diego, 이하 UCSD)에 따르면 실험실에서 자란 줄기세프가 신생아의 뇌파외 비슷한 전파를 방출할 수 있다는 것을 발견했다.이러한 유형의 만능 줄기세포는 폐, 심장 또는 뇌안에 있을지라도 신체의 모든 유형의 세포 또는 조직으로 변형될 가능성이 있다. UCSD의 연구팀은 단일 만능 줄기세포의 성장을 추적하기로 결정했을 때 관련 현상을 발견했다.특히 뇌 세포가 10개월 동안 “피질 오가노이드(cortical organoids)”로 알려진 작은 덩어리로 발전하는 것이 발견되었다. 이때 줄기세포는 크기가 부풀어 오르면서 뇌파와 유사한 신호를 방출했다.대뇌 피질의 오가 노이드가 성숙함에 따라 방출되는 전기 스파이크가 더 복잡해졌다. 오가노이드는 신생아가 생성하는 뇌 신호와 비슷한 것으로 분석된다.이와같은 연구결과를 이용하면 초기 뇌 발달에 존재하는 신경학적 또는 심리적 상태를 연구하는 데에 유용할 것으로 전망된다. 특히 자폐증과 간질이 있는 사람들에게도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.▲ USA-UCsandiego-stemCell▲ 캘리포니아대(UCSD)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

중국 칭화대(清华大)에 따르면 새로운 유형의 뇌-영감(brain-inspired)을 가진 칩을 개발했다. 연구는 칭화대의 뇌-영감 컴퓨팅 연구센터(the Center for Brain Inspired Computing Research of Tsinghua University)에서 수행됐다.인공지능을 개발하는 데는 2가지 주요 접근법이 있는 것으로 알려져 있다. 하나는 신경과학에 뿌리를 두고 있으며 두뇌를 밀접하게 모방하는 회로를 만드는 것이다. 다른 하나는 컴퓨터 과학에 기초를 두고 컴퓨터 학습 알고리즘을 실행하기 위한 컴퓨터를 사용하는 것이다.전자 칩은 상기 2가지 모두를 이용해 기계학습 알고리즘과 뇌의 영향을 받은 회로를 모두 수용할 수 있는 것으로 평가된다. 전자 칩은 성공적으로 개발되어 자율주행 자전거에 통합됐다.개발된 자율주행 자전거는 목표물을 탐지 및 추적하고, 장애물을 피하며, 자기 균형을 유지할 수 있다. 또한 자율주행 자전거는 음성 명령을 이해하고, 다양한 알고리즘과 모델을 동시에 처리함으로써 독립적인 의사결정을 내릴 수 있는 것으로 평가된다.전자 칩은 시장의 비슷한 칩에 비해 칩의 밀도는 20배 더 높으며 적어도 10배 더 빠르며 대역폭은 100배 이상 증가한 것으로 평가된다.특히 인공지능 연구뿐만 아니라 다양한 애플리케이션의 개발을 위한 보다 효율적이고 신속한 컴퓨팅 플랫폼을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.▲ China-TsinghuaUniversity-Cbicr▲  칭화대의 뇌-영감 컴퓨팅 연구 센터의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 ICT기업인 잉크빗(Inkbit)에 따르면 '눈'과 '두뇌'를 구비한 3D 프린터를 설계했다. 잉크빗은 MIT대(Massachusetts Institute of Technology)에서 출발한 스타트업이다.회사는 머신비전(machine vision) 및 기계학습(machine learning) 시스템을 갖춘 인공지능(AI) 지원 가능한 3D 프린터를 개발했다. 스템을 통해 이전에 프린트된 적이 없었던 제품의 대량 인쇄가 가능한 것으로 분석된다.비전시스템은 실시간으로 오류를 수정하기 위해 객체의 각 레이어를 스캔할 수 있다. 기계학습 시스템은 이 정보를 사용해 재료의 뒤틀림 거동을 예측하고 보다 정확한 최종 제품을 산출할 수 있는 것으로 평가 받고 있다.특히 시스템은 실시간으로 오류를 자동으로 수정하고 변덕스러운 소재의 뒤틀림 및 수축 작용을 사전에 보완할 수 있다. 빠른 OCT(optical coherence tomography) 스캐너와 기계학습 시스템을 사용하기 때문이다.또한 3D 프린터에는 다중 재료 부품을 만드는 16개의 프린트 헤드가 있어 사용자가 동일한 기계에서 새 객체의 프로토타입을 제조할 수 있다.향후에는 모든 사람의 아이디어 제품이 사용될 수 있도록 3D 프린터를 이용해 제품을 신속하게 생산할 수 있을 것으로 기대된다.▲ USA-Inkbit-3Dprint▲ 잉크빗(Inkbit) 3D 프린터 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 UCSF베니오프어린이병원(UCSF Benioff Children’s Hospitals)에 따르면 가상현실(VR) 기술을 이용해 전체 소아 건강관리 경험을 재구성했다.병원은 가상현실 기술의 베타 테스트를 성공적으로 마쳤으며 가상현실 기술을 수술 전 외과수술 계획 및 수술실 절차 등과 완전히 통합했다.환자의 신경외과의가 인도한 가상현실 수술 경험을 통해 뇌수술을 받기 전의 환자 및 가족의 불안 수준을 낮출수 있는 것으로 판단된다.또한 가상현실 기술은 의료진을 보다 철저하게 교육하고 다가올 수술에 대해 명확하게 의사소통하는 데 사용될 수 있다. 특히 가상현실 기술을 사용한 실제 몰입 경험을 통해 세부적인 문제영역에 대한 의사의 시각을 향상시킬 수도 있다.수술을 계획하고 이전에는 할수 없었던 방식으로 목표물에 가장 적합한 로드맵을 결정하는 데 가상현실 기술을 사용할 수 있기 때문이다.▲ USA-UCSFchidrenhospital-VR▲ 캘리포니아 미션베이에 위치한 UCSF베니오프어린이병원(UCSF Benioff Children’s Hospitals) 전경(출처 : 홈페이지)

미국 노턴신경과학연구소(Norton Neuroscience Institute)에 따르면 뇌졸증 위험이 적은 뇌동맥류 치료방법을 공개했다. 노턴신경과학연구소는 동맥류 혈관내 치료 WEB(Woven Endobridge)을 소개한 켄터키의 2개 센터 중 하나이다.동맥류는 혈관이 부풀어 오른 것을 가리킨다. 동맥류의 폭발로 인한 뇌 동맥류로 고통을 받고 있는 3만명의 사람들 중 매년 1만2000명이 죽는 것으로 알려졌다.WEB는 뇌 또는 동맥류에 팔 또는 사타구니를 통해 카테터로 짠 와이어의 구체이다. 직조된 와이어는 동맥류의 풍선 모양을 형성해 혈관 및 정상 혈류의 치유를 촉진할 수 있다.노턴브라운스보로(Norton Brownsboro) 병원의 의사들은 뇌 동맥류 치료에 큰 발전을 불러 일으키고 있다. 지금까지 노턴브라운스보로 병원에서는 세번의 수술을 성공해 향후 동맥류 치료에서 큰 성과가 기대된다.▲ USA-NotronNeuroscienceInstitute▲ 노턴신경과학연구소(Norton Neuroscience Institute)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 MIT대(Massachusetts Institute of Technology)에 따르면 뇌의 칼슘 활동을 이미지화하기 위해 새로운 자기 공명영상(MRI) 기술을 고안했다. 연구 결과는 Nature Communications 학술지에 발표됐다.칼슘은 대부분의 세포에서 중요한 신호 분자이며 특히 뉴런에서 중요한 것으로 알려져 있다. 그러나 종래의 영상 기술은 뇌에 몇 밀리미터 밖에 침투할 수 밖에 없어 뇌 깊은 곳의 뉴런을 감지하기 어려웠다.연구팀은 깊은 생체조직 내에서 세포 내 칼슘 신호 전달에 대한 최초의 MRI 기반 검출 기술을 개발했다. 이 기술에 따른 새로운 MRI 센서는 세포외 칼슘 농도를 측정할 수 있다.연구팀은 쥐 실험을 통해 운동을 계획하고 새로운 행동을 배우는 뇌의 선조체(striatum)에 MRI 센서를 주입했다. 이어서 칼륨 이온을 사용해 선조체의 뉴런에서 전기 활동을 자극하고 그 세포에서 칼슘 반응을 측정했다.이 방법은 뇌의 혈류를 측정하는 전통적인 기능적 MRI(fMRI)보다 훨씬 더 정확한 뉴런 활동의 위치와 시간에 대한 정보를 제공할 수 있는 것으로 분석된다. 세포 내 신호 전달을 직접 측정할 수 있기 때문이다.또한 해당 기술은 면역 세포의 활성화를 촉진하는 등 다른 많은 역할을 수행할 때 칼슘을 이미지화하는 데 사용될 수 있을 것으로 기대된다.향후에는 심장과 같은 칼슘에 의존하는 기능을 가진 다른 기관의 진단영상을 수행하는 데 사용될 수 있을 것으로 전망된다.▲ USA-MIT-brain-MRI▲ MIT대(Massachusetts Institute of Technology)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

독일 막스플랑크 인간인지뇌과학연구소(Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences)에 따르면 정상보다 높은 혈압을 가진 사람들은 뇌의 특정 부위에 있는 회색물질(gray matter)의 체적이 감소할 수 있는 것으로 드러났다.연구 결과는 미국 신경 아카데미의 의학저널(the medical journal of the American Academy of Neurology)에 게재됐다.일반적으로 건강한 혈압은 120/80 밀리미터(mmHg) 미만이다. 이 연구에서는 고혈압이 140/90 mmHg 이상으로 정의됐다.고혈압 진단을 받은 적이 없는 젊은 성인들에게서 뇌의 회색물질의 미세한 변화가 나타날 수 있는 것으로 분석됐다. 예를 들어 정상적인 혈압과 비교할 때 고혈압은 총 581개의 뇌 복셀(brain voxels)에서 회색질 물질의 양이 감소했다.연구결과는 고혈압 치료 또는 성인기 초기 혈압을 낮추는 것이 필수적일 수 있음을 시사한다. 치매와 같은 증상없이 조용한 뇌변화로부터 보호받아야 하기 때문이다.향후 뇌졸중, 치매 및 기타 뇌 혈관 질환의 위험을 증가시킬 수 있는지를 조사하기 위해 더 많은 연구가 이뤄져야 할 것으로 판단된다.▲ Germany-MaxPlanckInstitute-Brain Science▲ 막스플랑크 인간인지뇌과학연구소(Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences)의 외부전경(출처 : 홈페이지)

캐나다 클렘빌뇌연구소(Krembil Brain Institute)에 따르면 만성통증을 위한 맞춤형 치료법에 근접하고 있다고 밝혔다. 이 연구소는 대학보건네트워크(University Health Network)에 소속돼 있다.연구소는 최신 영상기술을 이용한 뇌파신호를 사용해 개인의 특정 요구에 맞는 치료법을 찾고 있다. 자기 공명 영상(MRI)과 자기 뇌파 검사(MEG)를 활용해 뇌지도를 만드는 것에서 부터 시작된다.관련 기술을 사용해 통증을 나타내는 뇌의 마커가 식별된다. 이 를통해 특정 치료법에 대한 뇌의 반응이 확인되는 것으로 분석된다.기술의 미래는 유망하지만 통증에 대한 맞춤 솔루션을 개발하는 것은 쉬운 일은 아닌 것으로 평가 받고 있다. 어떤 치료법이 효과가 있는지를 목표로 하는 데 도움이 되는 바이오 마커를 찾을 수 있어야 하기 때문이다.일부 치료법은 뇌가 비슷한 방식으로 작용하는 특정 그룹의 사람들에게는 효과가 있을 수 있다. 그러나 다른 사람들에게는 그렇지 않을수 있을 것으로 추정된다.기술개발이 완료되면 만성통증을 겪고 있는 600만 명이 넘는 캐나다인을 구제할 수 있을 것으로 기대된다. 이를통해 만성통증에 따른 약 $C 400억달러의 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 예측된다.▲ Canada-KrembilBrainInstitute-Bio▲ 캐나다 클렘빌뇌연구소(Krembil Brain Institute)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)