考えだけでロボットアームを動かしたり、脳深部を刺激して認知症やパーキンソン病を治療する脳-コンピュータインターフェース（BCI）の精度を向上させる技術が開発された。神経細胞が活動した時点だけでなく、どの種類の細胞から信号が発生したかを同時に把握できる半導体チップである。
韓国科学技術研究院（KIST）は、脳科学研究所のイ・チャンヒョク責任研究員の研究チームが、電気と光信号を一つの半導体チップで同時に感知する次世代BCIチップを世界で初めて開発したと発表した。
パーキンソン病や認知症、てんかんなどの脳疾患を精密に診断・治療するためには、神経細胞が活動した時点と細胞の種類を同時に把握する必要がある。電気信号を通じて活動時点を確認し、光信号で細胞の種類を区別できるが、従来の技術では二つの信号を一つのチップで同時に読み取ることが難しかった。
研究チームは、電気信号を感知する電極と光信号を読み取る光センサーを一つの半導体チップに集積した。髪の毛の太さのシリコン針13本に電極416個と光検出画素832個を配置し、どの神経細胞がいつ反応したかを同時に把握できるようにした。
電極だけを脳に挿入し、信号処理チップは脳の外に置くニューロリンク方式とは異なり、今回のチップは最小限の侵襲で脳に移植される。細胞サイズのセンサーを脳内に3次元で配置し、神経細胞内部の情報処理過程まで光信号で読み取ることができるという説明である。
製作費も大幅に削減された。研究チームはスマートフォンなどに利用される汎用補完型金属酸化物半導体（CMOS）プロセスと3Dプリンティングに基づく後工程技術を組み合わせ、性能を維持しながら製作費を従来の100分の1にまで引き下げた。国内の半導体ファウンドリー・ファブレスインフラを活用してチップを生産し、高度化できる基盤も整えた。これにより、小規模な研究機関でも目的に応じた神経探針を比較的少ないコストで製作できるようになった。
研究チームは、この技術がパーキンソン病、認知症、うつ病などの精密診断や特定の細胞だけを選択的に刺激するカスタマイズ電子薬、高度化された脳-AIインターフェースの開発に活用されることを期待している。
イ責任研究員は「精密BCIと脳疾患治療のためには、どの種類の細胞が活動しているかを区別できる必要がある」と述べ、「光半導体BCIという新しい技術分野を提示し、韓国の半導体産業の強みをBCI産業に結びつける基盤を整えた」と語った。
* この記事はAIによって翻訳されました。
