"곡면 밀착·고해상도 신호 등 독보적인 BCI기술 보유"[지브레인 대해부②]

[이데일리 신민준 기자] 지브레인은 독보적인 뇌·컴퓨터인터페이스(BCI) 기술을 보유하고 있다. 이를 바탕으로 지브레인은 경쟁 제품과 비교해서도 우위를 보이고 있다.

핀어레이 설명. (이미지=지브레인)

곡면 밀착·고해상도 신호 등 경쟁제품 대비 강점 다수 보유

현재 국내에서 뇌전증 모니터링과 관련해 식품의약품안전처의 품목허가를 받아 판매되고 있는 의료기기는 미국 의료기기기업 피엠티 코퍼레이션(PMT Corporation)의 콜택(Cortac) 단 한개 뿐으로 파악된다.

콜택은 뇌전증 수술 전 술 전 발작 기원 영역(Epileptogenic Zone)을 찾기 위한 모니터링과 뇌피질뇌파(ECoG) 측정, 피질 자극 등을 위해 사용된다. 콜택은 지난 30년간 사용되고 있는 만큼 신호 품질이 우수하다는 평가를 받고 있다. 콜택은 두께별로 제품군이 폭넓고 우수한 전도성도 지니고 있다.

반면 콜택은 많은 단점도 보유하고 있다. 콜택은 두께(△0.5mm △0.76mm △1.01mm)가 두껍다는 평가를 받고 있다. 콜텍은 혁신형 BCI와 완전 이식형 기능도 없다. 콜택은 최대 24시간까지만 이식해 두도록 권장되고 있다.

지브레인의 핀어레이(Phin Array)는 콜택의 이런 단점들을 파고 들었다. 핀어레이는 초박막·초유연 폴리머 기반 미세 금속 패턴 전극(머리카락 5분의 1 이하) 두께로 뇌곡면 적응력을 극대화했다. 콜택은 전통적 실리콘 기반 전극으로 금속(백금·스테인리스) 접점에 실리콘 패드 구조로 만들어졌다.

김병관 지브레인 공동대표는 “콜택은 전통적이고 매우 안정적인 표준 피질전극, 고품질 신호와 다양한 옵션을 제공한다”며 “하지만 핀어레이와 비교해 구조적으로 두껍고 유연성이 낮다. 핀어레이와 비교해 밀착성과 정밀성도 떨어진다”고 말했다.

그러면서 “기기가 얇고 잘 구부러져야 뇌에 밀착해 모니터링을 할 수 있다. 결국 수술 정확도와 예후가 안 좋아질 수 있다. 두껍다 보니 부종 등 부작용의 가능성도 있다”며 “핀어레이는 초박막·유연 피질전극로 복잡한 뇌곡면을 정밀하게 커버한다. 이를 통해 핀어레이는 뇌신호 품질을 향상시켰다”고 말했다.

이어 “핀어레이는 차세대 BCI·완전 이식형과 연동 가능하다. 핀스팀은 30일 이상 이식해놓을 수 있다”며 “핀어레이는 글로벌 다변화된 제품군의 경우 아직 제한적이고 장기 임상 데이터도 콜택 대비 부족하다. 하지만 이는 시간 문제로 충분히 극복할 것으로 보고 있다”고 강조했다.

지브레인의 또 다른 주력 제품 핀스팀(Phin Stim)와도 뇌심부자극술(DBS)과 비교해 강점을 보유하고 있다. DBS는 쇠막대처럼 생긴 전극을 뇌 안에다 찔러 넣는다. 이에 따라 뇌조직이 손상되기도 하고 혈관이 파열될 수도 있다. DBS의 효과 자체는 확실하지만 그만큼 부작용 등의 위험성도 높다는 평가를 받고 있다.

김병권 대표는 “DBS의 위험성이 있기 때문에 뇌에 자극을 줄 수 있으면서도 뇌조직을 덜 건드리는 기기가 필요했다”며 “핀스팀이 바로 해당 역할을 할 수 있다”고 설명했다.

핀스팀은 BCI용 완전 삽입형으로 핀어레이와 달리 무선으로 사용할 수 있다. 핀스팀은 DBS가 전극을 뇌 안에 찔러넣는 것과 달리 박막 전극을 뇌 표면에 있는 뇌막 위에 얇게 펼친다.

핀스팀은 이런 강점을 앞세워 지난해 식품의약품안전처 혁신의료기기로 지정됐다. 핀스팀은 지난해와 올해 글로벌 최대 정보기술(IT)·가전 전시회 CES에서 2년 연속 디지털 헬스 부문 혁신상도 수상했다. 핀스팀은 뇌전증뿐만 아니라 파킨슨병 치료에도 활용된다.

그는 “파킨슨병을 예로 들면 파킨슨병은 도파민을 생산하는 뇌세포가 죽으면서 생긴다. 윤활유가 줄어들면 자동차가 삐걱이듯 신체도 도파민이 줄어들면 제대로 움직이지 못한다”며 “사지가 떨리기도 하고 보행에 어려움을 겪게 된다. DBS는 도파민이 관여하는 뇌의 네트워크에 작용한다”고 말했다.

아울러 “도파민이 관여하는 뇌심부 네트워크에 작용하는 DBS와 달리 핀스팀은 뇌에서 운동기능을 담당하는 부위인 운동피질을 자극한다”며 “자동차에 비유하자면 도파민 대신 다른 종류의 윤활유를 끼얹는다고 보면 된다. DBS와 접근법이 다르다”고 말했다.

또 “핀스팀은 영장류를 통해 뇌파행동 간에 상관 관계가 있다는 것까지 파악했다”며 “핀스팀의 경우 전임상을 통해 개념검증(PoC)까지 이뤄졌다고 보면 된다”고 말했다.

핀스팀 설명. (이미지=지브레인)

뇌·컴퓨터인터페이스 관련 기술 풀스택 갖춰

뇌·컴퓨터인터페이스 기술 밑바탕에는 디코딩(Decoding) 등 디브레인만의 독자적인 기술력이 있다. 디코딩이란 뇌가 보내는 신호를 해석하는 것을 말한다. 지브레인은 디코딩을 포함한 통합시스템을 보유하고 있다. 지브레인은 약 30종의 국내외 특허 및 상표를 출원했다.

김 대표는 “지브레인은 뇌파를 기록할 수 있게 전극을 만드는 기술을 비롯해 확정된 뇌파를 원하는 형태로 바꿔 디코딩 할 수 있는 기술, 필요시 인코딩 전기 자극을 할 수 있는 기술 등을 보유하고 있다”며 “이 요소 기술들을 하나로 묶을 수 있는 지브레인은 BCI 관련한 모든 영역을 다룰 수 있는 풀스택을 갖추고 있다”고 말했다.

지브레인은 강력한 맨파워도 보유하고 있다. 김 대표와 양성구 공동대표와 미국 일리노이대학교에서 미생물과 신경과학 석·박사 학위를 취득했다. 김 대표는 미국국립보건원(NIH), 셀트리온 등을 거쳤다. 양 대표는 존스홉킨스대학을 거쳐 인천대학교 나노바이오공학과 교수를 겸하고 있다.

이규일 최고기술책임자(CTO)는 서울대학교 박사로 캔사스대학교연구원과 일리노이대학교 어배너·섐페인 캠퍼스 선임연구원, 삼성종합기술원 연구원을 거쳤다. 이성규 기술이사는 한국과학기술원(KAIST) 박사로 전 한국전자통신연구원(ETRI) 책임관리자를 지냈다.

이밖에 글로벌 석학으로 손꼽히는 양성칠 교수 홍콩시티대학교 교수와 안종현 연세대학교 전기전자공학부 교수가 기술 자문위원을, 정천기·이은정 서울대병원 신경외과 교수가 임상 자문위원을 맡고 있다.

그는 “뇌파는 뉴런(신경세포) 전기 신호의 총합제로 두개골은 절연체인 만큼 전기가 통하지 않는다”며 “이에 따라 기존의 비칩슴 방식은 뇌파의 큰 신호들만 읽어낼 수 있었다”고 말했다.

그러면서 “이에 따라 비침습 방식은 수면검사 정도로 사용됐다”며 “이런 한계를 극복하고자 침투형 의료기기들이 개발되고 있다”고 말했다.

이어 “뉴럴링크와 같은 기업들은 뇌조직에 칩을 심는 방식이지만 지브레인은 전극을 필름처럼 앏게 제작해 뇌 표면 위에 앏게 펼치는 중간자적인 접근”이라며 “이를 통해 지브레인은 뇌 신호 품질 향상과 더불어 침습의 부작용을 최소화하는 일석이조 효과를 노리고 있다”고 말했다.