지난 25일, 독일의 W3+ Fair 박람회에서 프라운호퍼 IPMS와 막스 플랑크 다학제 자연과학 연구소(MPI-NAT)가 협력하여 인공와우 이식을 위한 OLED on Silicon(OLEDoS) 기술을 기반으로 새로운 장치를 개발하여 인공와우 임플란트를 할 수 있다고 연구 결과를 공개했다.

(사진 : 광유전학을 위한 OLEDoS 기술,©Fraunhofer IPMS, Sebastian Lassak)

  OLEDoS 기술은 기존의 OLED를 실리콘 기반 칩 위에 통합한 최신 기술로 기존의 OLED 픽셀을 실리콘 기판 위에 매우 정밀하게 배열하여 고해상도 기스플레이와 같은 정밀 광학 장치와 생체 신경 자극 시스템에 적용할 수 있다. OLEDoS 기술은 마이크로 OLED로 불리기도 하는데 기존의 OLED보다 화소 수가 8배 이상 많아 고해상도 기술이 필요한 확장현실, 즉 XR 기기 디스플레이의 핵심적인 부품으로 잘 알려져 있다. 

  즉, 현재 기술의 인공와우 내부 임플란트는 전기적 신호로 자극을 하기 위해 달팽이관에 고르게 신호를 자극하는데 한계점이 있는 부분을 새로운 OLEDoS 기술을 적용하여 곡선 구조에서 원하는 위치에 소리를 폭넓게 자극할 수 있도록 유연하게 설계 가능하다. 

(사진 : ©Fraunhofer IPMS)

  이번 연구는 NeurOpto 프로젝트의 일환으로 광유전학(Optogenetics) 기술을 활용하여 기존 인공와우(eCI)의 성능을 개선하는 것을 목표로 하고 있다. 기존의 인공와우 내부임플란트는 전기적 자극으로 달팽이관에 주파수 해상도가 충분하지 않다는 문제를 발견하고 소음 환경 속에서 말소리 인식이 어렵고, 음악 등을 청취하는게 한계가 있다는 것을 개선하고자 시작했다. 이에 NeurOpto 프로젝트는 OLEDoS 기술을 사용하여 미세한 광원으로 청각 신경 세포를 정밀하게 자극하여 기존의 내부임플란트 시스템을 개선할 수 있다고 한다.

  OLEDoS 기술은 기존의 전자기기에서 도입 단계에 있으며, 의료 기기. 즉 인공와우에도 적용하려면 인체 조직과의 상호작용에서 안전성이 검증되야 한다. 이 기술은 미세한 전자 장치를 달팽이관에 삽입해야 하는 관계로 장치가 신체 조직에 해를 끼치지 않고 장기간 안정적으로 기능성을 확인해야 한다. 

  2020년부터 2023년까지 4년 동안의 혁신적인 기술로 주목을 받으며 연구결과가 공개되었으나 아직 생체 적합성(Biocompatibility) 및 유연성(Flexbility) 문제로 추가 연구가 필요하다.

  현재 진행 중인 연구 중에서는 2020년 독일의 괴팅겐 대학에서 광학적 인공와우(oCI)를 처음 시연하면서 LED 기반의 다중 채널 시스템을 통해 청력 회복 연구를 시도했다. 이는기존의 전기적 인공와우(eCI)와 달리 광유전학(Optogenetics) 기술을 사용해 빛으로 청신경을 자극하는 방식으로 당시 연구팀은 유전자 치료법을 통해 청각 신경 세포를 빛에 민감하게 만든 후 초소형 LED 배열을 사용해 신경을 선택적으로 자극할 수 있는 oCI 시스템을 개발했다.

  연구 결과에 의하면 기존 전기 자극 방식에서는 전류가 신경 세포를 넓게 자극해 주파수 분별력이 낮게 확인되나, 빛을 사용한 자극은 훨씬 정밀한 주파수 분별력이 확인되었다고 밝혔으며, 이 기술은 2025년 임상 시험이 계획되어 있다고 한다.

독일에서 연구 중인 광학적 인공와와우(oCI) 기술의 핵심은 빛을 통한 신경 자극이 전기 자극보다 정밀하고 선택적이며, 뛰어난 청력 회복의 기능 향상을 보이고 있다고 한다.

   그러나 OLEDoS 기술은 인공와우 내부임플란트에 도입하는데 가장 큰 문제는 기존의 OLED 소재가 장시간 체액이나 조직에 노출될 경우 부식되거나 성능이 저하될 수 있다는 점이 발견되었고, 장치에서 발생하는 열이나 전기 자극이 주변 조직에 손상을 일으키는 점이 확인되어서 과연 OLEDoS 기술이 인공와우에 상용화될 수 있을지는 미지수다.

  달팽이관의 신경 구조를 살펴 보면 곡선형으로 이루어져 매우 민감하여 기존 내부임플란트를 살펴보면 곡선형과 직선형 두 가지로 살펴볼 수 있는데 실리콘 기반 OLED 장치를 전극으로 개발할 경우 현재 기술로는 구조적으로 단단하고 유연성이 부족하여 삽입하는데 한계가 명확하여 이 문제가 해결되지 못한다면 당장은 불가능할 것으로 사료된다. 

(사진 : 세계 최초 LFD 기술을 탑재한 OLEDoS 워치, LG Display)

  그럼에도 기대되는 점은 현재 AR/VR 디스플레이에서도 OLEDoS를 적용하기 위해 개발하고 있는데 매우 작은 크기에 초고해상도로 영상을 시청할 수 있는 것과 같이 인공와우 외부 어음처리기의 크기도 작아질 뿐만 아니라 소음 상황에서 음악을 시청할 수 있는 등 청력 회복의 새로운 성능을 보여줄 것으로 기대된다.

  OLEDoS 기술은 현재 미래의 디스플레이 기술로서 향후 10년, 20년 후에는 휴대폰, TV, 모니터, 노트북 등 모든 IT 기기에 도입될 것으로 기대되고 있다. 하지만 작은 크기 때문에 기존 방식으로 제작하는데 한계가 있어 반도체급 집적이 필요하여 기존에 사용하던 장비들의 전면 교체가 필요한 만큼 LED 디스플레이 업체에서도 생태계가 조성되지 않아 접근이 쉽지 않다.

  NeurOpto 프로젝트는 인공와우 내부임플란트의 소재 개선, 장치 보호 기술, 실리콘 기술의 달팽이관 삽입 등 다양한 문제를 해결하기 위해 지속적으로 연구를 진행하고 있으며, 개선된 생체 적합성과 유연성을 가진 솔루션이 나온다면 언젠가 미래의 새로운 인공와우 내부임플란트의 기술을 기대해 볼 수 있을 것으로 사료된다.

  한편 W3 Fair 박람회는 독일에서 매년 개최되며 광학, 전자 등 기술 분야의 혁신을 중심으로 의료 기술, 생명 과학 등 광범위한 산업에서 중요한 역할을 하는 기술들을 소개한다. 프라운호퍼 IPMS는 독일 드레스덴에 위치한 프라운호퍼 협회의 연구 기관 중 하나로 광학 유전학 발전을 통해 신경 자극 기술을 혁신하고 있다.

 

 

 

후원하기 청각장애 사회의 균형 있는 발전을 위해 이어뉴스는 청각장애와 관련된 다양한 의견과 정보를 전달합니다. 정기후원으로 청각장애 사회의 알권리를 보장해 주세요.   💕후원하기     🚨제보하기