두피에 임시 문신으로 뇌파를 측정하는 모발 친화적인 솔루션

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Electrodes can now be printed directly onto the scalp to measure brain activity.

이제 전극을 두피에 직접 인쇄하여 뇌 활동을 측정할 수 있습니다.

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사진출처) Nanshu Lu / Medical Xpress

 

환자의 두피에 직접 인쇄하여 뇌 활동을 측정할 수 있는 액체 잉크가 발명되었습니다. 이 기술은 지난 12월 2일 Cell Biomaterials 라는 논문에 발표되었으며, 현재 뇌파를 모니터링하고 신경학적 상태를 진단하는 번거로운 과정을 대체할 유망한 대안으로 주목받고 있습니다. 또한, 이 기술은 비침습적인 방식으로 뇌-컴퓨터(brain-computer) 인터페이스 애플리케이션으로 발전될 가능성도 있습니다.

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텍사스 오스틴(Texas Austin) 대학의 난슈 루(Nanshu Lu) 교수는 이번 연구를 통해 센서 설계, 생체 적합성 잉크, 고속 인쇄 기술에서 혁신을 이뤘으며, 전자 문신 센서를 몸에 직접 제조하는 길을 열었다고 설명합니다. 이 기술은 임상시험을 비롯한 임상환경 안팎에서 널리 활용될 수 있습니다.

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뇌파 검사(EEG)는 발작, 뇌종양, 간질, 뇌손상 등 다양한 신경학적 상태를 진단하는 데 필수적인 도구입니다. 기존 뇌파 검사는 두피를 측정하고 전극을 붙일 지점을 표시한 뒤, 긴 전선을 통해 생체 데이터를 측정하는 방식으로 이루어졌습니다. 이러한 과정은 긴 측정 시간과 오작동 및 환자에게 불편함을 초래할 수 있습니다.

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루 교수와 연구팀은 전자 문신 기술의 개발을 이끌어 왔습니다. 전자 문신은 피부 표면의 신체 신호를 추적하는 소형 센서로, 심장 활동을 측정하기 위해 가슴에, 피로도를 측정하기 위해 근육에, 땀의 성분을 측정하기 위해 겨드랑이에 적용된 사례가 있습니다. 기존 전자 문신 기술은 얇은 접착 재료에 인쇄한 후 피부에 옮기는 방식이었지만, 머리카락이나 털이 없는 부위에만 효과적이라는 한계가 있었습니다.

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이를 해결하기 위해 연구팀은 전도성 폴리머로 만든 새로운 액체 잉크를 개발했습니다. 이 잉크는 머리카락을 통과해 두피에 도달하며, 건조된 후 박막 센서로 작동해 두피를 통해 뇌 활동을 포착합니다.

 

사진출처) https://cdn.jwplayer.com/previews/VOXuFPvf ❘ 동영상 캡쳐

 

연구진은 컴퓨터 알고리즘을 이용해 환자의 두피에 뇌파 전극을 부착할 위치를 디자인하고, 디지털로 제어되는 잉크젯 프린터를 사용해 전자 문신 잉크를 해당 부위에 얇게 분사했습니다. 이 과정은 빠르고 접촉이 필요 없으며, 환자에게 불편함을 주지 않는다고 연구진은 설명합니다.

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연구팀은 짧은 머리를 가진 5명의 참가자의 두피에 전자 문신 전극을 인쇄하고, 같은 부위에 기존 뇌파 전극도 부착해 비교 실험을 진행했습니다. 그 결과, 전자 문신 전극은 최소한의 노이즈로 뇌파를 감지하며 기존 전극과 비교해 우수한 성능을 보였습니다.

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기존의 전극의 젤은 6시간이 지나면 건조되기 시작했고, 전극의 3분의 1 이상이 신호를 감지하지 못했습니다. 나머지 전극도 피부와의 접촉이 약해져 신호 감지 정확도가 떨어졌습니다. 반면 전자 문신 전극은 최소 24시간 동안 안정적인 연결 상태를 유지했습니다.

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연구진은 전자 문신 잉크의 공식을 조정하고, 전극에서 머리 밑으로 이어지는 전자 문신 라인을 인쇄해 기존 뇌파 검사의 긴 전선을 대체했습니다. 로스앤젤레스 캘리포니아 대학(UCLA)의 시민 허(Ximin He) 박사는 인쇄된 전선이 새로운 신호를 추가로 포착하지 않으면서도 기존 신호를 정확히 전달할 수 있도록 개선되었다고 설명했습니다.

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이후 연구팀은 전자 문신 사이에 짧은 물리적 전선을 연결하여 뇌파 데이터를 수집하는 소형 장치에 연결했습니다. 향후 연구에서는 전자 문신에 무선 데이터 송신기를 내장해 완전한 무선 뇌파 기록 과정을 구현할 계획입니다.

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텍사스 오스틴 대학의 호세 밀란(José Millán) 박사는 이번 연구가 비침습적 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치 설계 방식을 혁신할 가능성이 높다고 합니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 뇌 활동을 기록해 말이나 움직임 없이도 외부 장치를 제어할 수 있도록 돕는 기술입니다.

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현재 대부분의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 크고 무거운 헤드셋을 사용해야 하지만, 전자 문신은 외부 장치를 대체할 수 있으며, 전자 장치를 환자의 머리에 직접 인쇄하는 방식으로 접근성을 높일 잠재력을 가지고 있다고 밀란은 덧붙였습니다.

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※ 기사 참조

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[Medical Xpress] Temporary tattoo printed directly on the scalp offers easy, hair-friendly solution for measuring brainwaves | by Cell Press | December 2, 2024 | https://medicalxpress.com/news/2024-12-temporary-tattoo-scalp-easy-hair.html

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[동영상 링크] 머리카락이 많은 두피에 전극 인쇄 (Printing electrodes on a hairy scalp) | https://cdn.jwplayer.com/previews/VOXuFPvf

Printing Electrodes On A Hairy Scalp Credit Nanshu Lu (1)

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