초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
치매 및 파킨슨병 치료 향상을 위하여 기존 전기자극술의 침습적 방법을 탈피한 비침습적 방식의 심층학습 기반 자극 파라미터 자동제어가 적용된 초음파자극 제어기술을 개발하고 비임상 실험 결과행동학적 유효성을 확보함
- 뇌신경 활성신호 정밀계측 및 정량화 기술을 바탕으로 개발된 신경자극 파라미터 자동제어 알고리즘에 심층학습을 적용하여 최적화함으로써 기존 자극치료의 단점인 조직괴사, 치료효과 저하를 효율적으로 개선하고 퇴행성 뇌질환의 진행을 최대한 억제할 수 있음
- 치매, 파킨슨병

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
치매 및 파킨슨병 치료 향상을 위하여 기존 전기자극술의 침습적 방법을 탈피한 비침습적 방식의 심층학습 기반 자극 파라미터 자동제어가 적용된 초음파자극 제어기술을 개발하고 비임상 실험 결과행동학적 유효성을 확보함
- 뇌신경 활성신호 정밀계측 및 정량화 기술을 바탕으로 개발된 신경자극 파라미터 자동제어 알고리즘에 심층학습을 적용하여 최적화함으로써 기존 자극치료의 단점인 조직괴사, 치료효과 저하를 효율적으로 개선하고 퇴행성 뇌질환의 진행을 최대한 억제할 수 있음
- 치매, 파킨슨병 기존 치료에 사용되는 침습적 전기자극술을 수술이 필요 없는 비침습적 초음파자극술로 대체함으로써 낮아진 위험도 덕분에 수술 불가능한 환자 및 고령 환자의 치료에 사용 가능하며, 다양한 헬스케어 산업에 활용할 수 있음(예: 치매 예방 자극기)

전체 내용
1. 뇌질환 동물 모델 개발
- 백서 알츠하이머병(AD) 모델 확립: 콜린성 기능 장애(Cholinergic dysfunction-related)에 의한 동물 질환모델 제작
- 백서 파킨슨병(PD) 모델 확립: 신경전달 물질 차단 정위법(서울대병원 신경외과 연구팀 방법)을 응용한 동물 질환모델 제작
2. 심층학습 기반 자극제어 연구
- 신경활성 신호분석 최적화를 위한 인공신경망 기반 심층학습 분석기법 개발: SNN(spiking neural network) 기반
- 최적 자극 파라미터 산출을 위한 인공신경망 기반 심층학습 분석 기법 개발: CNN(convolutional neural network) 기반
- 생체신호 데이터 심층학습 알고리즘 설계 및 펌웨어 구현
3. 뇌심부 초음파 전송제어 연구
- 초저강도 저주파 펄스 초음파 빔포밍 및 송신제어 기술 개발
- 송신제어 전자회로 설계 및 빔포밍 알고리즘 펌웨어 구현
4. 초음파자극 자동제어 시스템 설계
- 심층학습 기반 자극제어 최적화 알고리즘의 시스템 펌웨어 구현
- 초음파자극 자동제어 시스템 통합제어 메인보드 구현
5. 비임상 실험을 통한 성능평가
- AD 모델 및 PD 모델 비임상 실험환경 및 프로토콜 구축
- 개발 시스템 성능 및 유효성 평가

연구개발성과
- 개발목표 및 달성도: 전체 항목에 대하여 100% 달성
- 특허출원 1건: 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템, 장치 및 방법
(PCT/KR2021/002287, 2021.02.24.)
- 시제품 1식: 회로도, PCB artwork(Gerber), VHDL(펌웨어) 포함
- 비임상 동물실험 데이터: 생체신호 데이터 및 영상자료 등
- 2021년 과학기술일자리진흥원 기술이전AS바우처사업 수행완료

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
[보건·사회]
- 65세 이상 인구의 7%가 알츠하이머성 치매, 1%가 파킨슨병
- 고령화 시대 퇴행성 뇌질환 예방관리 및 건강수명 연장 가능
- 비침습적 방법으로 수술의 위험 및 부담 없이 치료 가능
- 증가하고 있는 우울증 자살의 예방과 치료에 확대 적용 가능
[산업·경제]
- 약물, 줄기세포치료에 비해 낮은 보험수가 가능 (양산가능)
- 170조 뇌 의약품 시장에서 일부 치료장비 수요로 전환 가능
- 29조 연구장비 시장에서도 뇌과학 연구용 수요 발생 가능
- 非의료기기로 허가 및 판매 가능 (예: 집중력 향상 보조기기)
[과학·기술]
- 영상처리 위주 ANN 심층학습 기술을 생체신호처리에 적용
- 심층학습으로 향상된 자극제어기술 저전력 설계 가능
- 근본적 치료 없는 치매는 증상 완화 치료 가능, 예방이 중요
- 조기발견 및 복합치료 융합연구 필요 (약물전달, 줄기세포 등)
- 기존 침습적 전기자극 형태의 치료 장치를 비침습적 초음파자극 형태로 대체함으로써 외과적 뇌수술 없이 치료 가능한 기술의 개발과 헬스케어 산업 수요기술로 발전 가능함
- 1만여 건의 수술환자 데이터를 바탕으로 심층학습하여 최적화된 자극제어 알고리즘을 적용함으로써 기존 치료방법의 조직괴사, 효과저하 등 심각한 부작용을 극복할 수 있음

(출처 : 요약문 2p)