세미나 필기 | 2020 9월 16일 wireless multifunctional MEMS neural probe system for studying neural circuits in-Vivo
바로 KIST의 조일주 박사님이시다.
오늘의 강연은 wireless multifunctional MEMS neural probe system for studying neural circuits in-Vivo 이다.
지지난주 강연과 달리 거의 알아듣지 못했기때문에 필기가 짧다 + 프레젠테이션이 휙휙 넘어가서 캡쳐 없음 (참고로 지난주에 세미나있는거 까먹어서 못들었음)
how to read the brain
뇌의 신호?를 읽는 방법들이 이렇게 있다고 한다
- EEG (electroencephalogram) : 머리에 전기 probe를 붙이는 방식? 많이 붙일 수 없으므로 resolution이 낮다.
- ECoG : 뇌표면에 probe를 많이 붙이는것같다. 그래도 뇌 안쪽의 신호는 알수가 없다.
- Single Neural Spike : 뇌 안쪽 1개의 뉴런에서의 신호 한개를 알수있다는것같다. ==> 오늘의 주제!
뉴런 시그널
뉴런 멤브레인 바깥쪽의 포텐셜 변화를 통해 Neuron signal을 측정할 수 있다
electrode를 원하는 뉴런쪽에 박아서 recording range를 설정한 후 뉴런 근처의 이온 농도를 측정함으로써 뉴런 신호를 측정하게 된다는 것 같다
이때, 레코딩되는 뉴런 신호 퀄리티를 위해 전극의 임피던스를 최소화하여야 한다고 함. (뉴런 신호는 AC니까 저항이 아니고 임피던스)
그런데, 유선이면 동물 머리에 여러개 박아놓기가 힘들다 (크기도 커지고 동물이 움직이면 측정할수없음)
MEMS(microelectromechanical systems) neural probe
(MEMS가 뭔지 검색해보니까 미세전자기계시스템이라고 한다. 나노기술 같은 것인가 보다. microelectromechanical이 무려 한 단어다.)
뇌에 뉴런이 짱많으니깐 최대한 많은 뉴런에서 신호를 측정하고싶다. 어려운일이다.
어케? 사이즈를 줄여서 electrode density를 늘린다. 그런데 electrode가 많아지면 밖으로 연결하는 전선도 많아져야하는데 그럼 측정장치가 너무 커진다. 전선은 없는게 좋겠다. probe가 작으면 조직의 손상도 줄일수있다.
previous mems probes
다른 내용은 못 알아들었는데, 이게 너무 신기해서 캡쳐함
기존의 probe라는 것 같은데 진짜 개짝다...
환자이거나 하면?? 이런걸 몇년씩 장기적으로 착용해야하기도 하나봄
그래서 착용시 조직의 손상을 줄이기 위해 작게 만들어야 한다고 함
저걸로 그대로 찔러도 찔린줄도 모를거같은데 더 줄이려나봄
mems neural probes in KIST
이제 KIST에서 이러한 뉴럴 프로브를 만들고있는디...
이 probe에 관한 6가지 topic이 있었는데 그 중에 drug delivery가 있었고 난 잠깐동안 신분 위조해서 머나먼 타국에서 드럭딜러 말단으로 일하다가 일을 너무 잘해서 결국 거대한 마약유통조직의 보스가 되는 망상을 하다가 설명을 놓쳐버림
multifuctional neural probe
아무튼 여러가지 기능을 가진 neural probe를 개발하였다고 하시는데 기능은 다음과 같음
optical stimulation
- optogenics ????? ??
전기 자극을 통해 신경을 자극할 수 있지만 뇌의 전도성때문에 뇌의 다른 부분까지 자극됨. 그래서 뇌의 특정부분만 자극하기 힘듦. 아무튼 그래서 광자극을 통해 뉴런 멤브레인을 조종해서 특정 뉴런을 조종? 자극? 하는 기능을 탑재했다는 뜻인것 같음
drug delivery to brain
혈관을 통해서 뇌로 약을 보내기가 힘들다는 듯. 따라서 뇌로 직접적으로 약을 주입해야하는데 주사기 사이즈가 크면 조직이 손상됨. 이 멀티펑셔널 뉴럴 프로브를 통해 뇌로 약도 주입할수있음.
관이 좁아서? turbulance가 일어나지 않기때문에 약이 섞이지가 않음 그래서 micromixer를 만들었다는 것 같음..
study of functional connectivity
뇌의 hippocampus부분의 각 부(CA3, CA1)의 연결성을 측정하는 실험을 통해 이 probe를 연구에 사용할만한지 알아보았다 (이 CA3, CA1의 연결성은 이미 잘 알려진 부분임)
CA3을 자극한뒤(광자극인가?) CA1을 측정하면 동시에 신호가 측정이 되어야 한다.
근데 됐다.
그리고 blocker를 주입하면 신호가 전달이 안되고,
얼마후 blocker의 영향이 사라지면 다시 신호가 전달되는것을 확인하였다.
tissue damage
기존의 127um 스테인리스 프로브와 비교해서 damage가 작다고 사진을 보여주심.
캡쳐는 안했지만 작은 거 같음.
histology for target region
뇌를 잘라서 target region을 제대로 측정했는지 confirm했다는듯
뇌를... 자르는구나... 그 쥐는 죽었겠군... ㅠㅠ
wireless optical stimulation system
작은 LED가 들어있음, 블루투스로 무선으로 작동
아까 말한 옵토제닉에 쓰이는 부분인듯. 생각보다 개 밝음
requirements of wireless system
- large number of channel
- light weight
- large number of animals
- long working distance
--> real-time spike detection(not the whole signal, reduce the trasmitted data) + bluetooth(BW limited, 1Mbps)
블루투스를 이용하다보니 주파수 대역이 작아서 측정된 모든 신호를 전송하기보다는 spike를 검출하여 전송하도록 했다고함
배터리 1g밖에 안된다고 하는데 진짜 신기하다 거의 버튼형 건전지 한개 수준 아닌가
인간의 기술력이 여기까지 왔다
comparison with wired system
유선 시스템과 비교하여 거의 근접하게 작동하는 것을 확인함
wireless stimulation system
동시에 6마리의 쥐의 신호를 측정할 수 있고, 생쥐 뇌에 연결하여 생쥐를 시계방향으로 빙글빙글 돌게 만들거나 쥐 2마리가 싸우는 동안 mPFC region을 측정할 수 있었음, 유선 시스템에서는 생쥐가 probe를 단 채로 움직일 수 없기 때문에 이러한 실험은 불가능
wireless drug delivery
hydro.. 무슨...펌프... 기체를 발생시켜서 기압으로 막을 파괴해서 약을 전달한다고 함...
long-term drug delivery
쥐 머리에 저걸 꽂고 4주 내내 무선으로 약을 줬다 안줬다 했다는것인가??????
그런 뜻인가???
결론
쥐 뇌에 연결하여 신경신호를 연구할... ... . 무선장비... .... 를. . . . 개발하였음
QNA:
Q. 쥐말고 사람?
A. 조직손상이 있기때문에 몇년 이상 측정할수 없다. 연구자들은 수십년간 측정해야 하는 경우를위해 flexible한 폴리머를 사용하여 뉴럴 프로브를 만들려고 하고 있다.
Q. ECoG 어쩌구..
A. 돼지 cortex가 사람과 비슷하고 지능이 높은거 어쩌구... 자동화된 이식 시스템이 있음... probe는 혈관을 지나가지 않도록 설치해야해서 어려운데 이러한 자동화된 이식 시스템이 멋진것같다... 사람한테도 몇년안에 할것같다... 어쩌구...
근데 진짜작네...
ㄹㅇ 인간의 기술력이 여기까지 왔다 ㄷㄷ
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