KR101051025B1 - 뇌 자극 및 측정 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

신호를 생체 조직에 인가하여 상기 생체 조직을 자극하는 신호 인가부; 상기 신호에 대한 상기 생체 조직의 전기적인 신호를 검출하는 전극부; 및 상기 전극부의 임피던스를 조절하는 절연부를 포함하고, 상기 신호 인가부와 상기 전극부를 일체화하여 상기 신호에 의해 자극되는 생체 조직의 위치 및 상기 자극에 대한 반응을 측정하는 위치를 일치시키는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치가 개시된다.
광 자극, 전기 생리적 신호, 신경계

Description

뇌 자극 및 측정 장치 및 그의 제조 방법{Apparatus of Stimulating and Recording the Brain and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 생체 실험을 적용함에 있어 발생하게 되는, 뇌 자극 및 측정 장치의 삽입시에 발생하게 되는 뇌 손상을 최소화하는 뇌 자극 및 측정 장치에 관한 것이다. 또한 장치에 의해 자극이 가해지는 위치와 측정이 되는 위치를 일치시켜 측정 효율을 개선하기 위한 장치에 관한 것이다.
신경 정신의학적(neuropsychiatric) 질병은 특정한 종류의 신경세포의 이상을 거점으로 하여 신경 회로(neural circuit) 차원에서 발병하게 된다고 알려지고 있다. 예를 들어, 흑질(substantia nigra) 내 도파민 신경세포(dopaminergic neuron)의 소멸은 파킨슨병의 원인으로 알려져 있다. 신경 정신의학적 질병을 치료하기 위한 방법으로 약물치료 외, 심뇌자극(deep brain stimulation; DBS), 자기자극(transcranial magnetic stimulation; TMS), 미주신경자극(vagus nerve stimulation; VNS) 등과 같은 시술이 이루어지고 있는데, 이러한 방법들은 관련 질병을 신경 회로 내 신호 전달 차원에서 정교하고 체계적으로 치료하기 힘들다는 단점을 가진다.
최근, 뇌 연구 분야에 있어, 특정 파장의 빛에 반응하여 신경세포가 활성 또는 억제되는 광감응 단백질(light-sensitive protein)들이 개발되었는데, 이를 통해 신경 회로 내 신경세포를 보다 자유롭고 정교하게 제어할 수 있게 되었다. 종래의 전기적인 방식의 미세 자극(micro-stimulant)의 경우, 대상 신경세포를 활성화만 시킬 수가 있다는 단점이 있다. 더군다나, 신경 회로 연구를 위해서는 특정 세포를 자극함과 동시에 신경 회로 내부 연결(inter-connection)에 의한 다른 부위의 신경세포의 반응을 측정하여야 하는데, 전기적인 자극을 줄 경우에는 이로 인한 노이즈가 많이 발생하여 다른 세포의 미세한 전기 생리적 반응을 측정하기 어렵다는 제한이 발생한다.
반면, 신경 광 자극의 경우 프로모터(promoter)의 선택을 통해 자극 대상 신경세포를 자유롭게 선택할 수 있다 큰 장점을 가지며, 대상 신경세포에 광감응 단백질이 발현된 이후에는 광 자극의 파장대를 조절함으로써 활성과 억제까지 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 신경 광 자극을 이용하게 되면 보다 정교하고 체계적으로 신경 회로를 연구할 수 있으며, 나아가 특정 신경 정신의학적 질병에 대하여 어떤 특정 뇌신경세포가 연결되어 있으며 어떤 방식으로 신경 회로상의 문제를 일으키는지에 대한 연구 및 치료를 하는데 큰 도움을 줄 수 있게 된다.
기술적으로 신경 광 자극을 생체(in vivo) 내에서 구현하기 위해서는 광섬유를 뇌 내부에 보다 안정적으로 삽입하는 것이 매우 중요하다. 더군다나 해당 신경세포 영역에 광감응 단백질이 발현되었는지 여부를 확인하기 위해 기록 전극(recording electrode)를 동시에 삽입할 경우가 많은데, 마우스 등과 같은 소동 물을 실험대상으로 할 경우 삽입수술에 의한 뇌 손상이 더 크게 우려되고 있는 실정이다. 게다가 실제 삽입되는 광섬유 및 전극 커플에서, 광섬유로부터 발사된 빛에 의한 광 자극 위치와 전극에 의한 측정하고자 하는 위치 간에 비교적 큰 차이(약 0.125mm 이상)를 두게 되어 신경 광 자극에 의한 신경세포의 활성 및 억제의 측정효율이 매우 낮다는 문제가 있다.
이에 신경 광 자극을 안정적으로 그리고 효율적으로 실행하기 위한 자극 및 검출 장치 또는 그 제조 방법의 필요성이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 제안된 것으로서, 뇌 자극 및 측정 장치를 구현하는데 있어서, 생체에 삽입되는 부분을 테이퍼링지게 하고, 자극이 가해지는 위치와 측정이 이뤄지는 위치를 인접하게 구현하며, 조직을 자극하는 신호의 유효 영역의 면적을 제어할 수 있는 뇌 자극 및 측정 장치를 제공한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 뇌 자극 및 측정 장치는, 신호를 생체 조직에 인가하여 상기 생체 조직을 자극하는 신호 인가부; 상기 신호에 대한 상기 생체 조직의 전기적인 신호를 검출하는 전극부; 및 상기 전극부의 임피던스를 조절하는 절연부를 포함하고, 상기 신호 인가부와 상기 전극부를 일체화한 뇌 자극 및 측정 장치이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 뇌 자극 및 측정 장치의 제조 방법은, 복수 개의 신호 인가부를 결합하는 단계; 상기 신호 인가부의 일단을 테이퍼링하는 단계; 상기 신호 인가부의 표면에 전극부를 적층하는 단계; 및 상기 전극부의 표면에 절연부를 적층하는 단계를 포함하고, 상기 전극부의 표면에 적층되는 상기 절연부의 면적을 조절함으로써 상기 전극부의 임피던스를 조절 가능한 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법이다.
본 발명에 따른 장치는 뇌 내부에 삽입되는 부피를 종래 기술에 비해 50% 이상 줄일 수 있다. 또한, 샘플의 조직에 삽입되는 신호 인가부 또는 광섬유의 끝단을 테이퍼지게 구현함으로써 삽입 시 발생하게 되는 조직의 밀림현상을 감소시켜 샘플의 수술 후 후유증을 최소화시킨다.
신호 인가부 또는 광섬유에 의해 광 자극이 발생하는 위치와 전극부로 자극의 반응을 기록하는 위치를 일치화 또는 소정의 거리 이내에 위치시켜, 본 발명에 의한 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있다. 절연체의 코팅 면적을 조절함으로써 전극의 임피던스 값을 자유롭게 조절할 수 있는 효과를 제공한다.
마지막으로, 파란 빛(Blue light)과 노란 빛(yellow light)을 동시에 인가할 경우, 노란 빛의 조사 영역을 자유롭게 제어할 수 있어, 원하는 생체 내 작은 영역을 정확하게 신경세포를 활성화 시킬 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 기술에서 사용되는 광섬유 및 기록 전극 커플을 도시하고 있다. 일반적인 신경 광 자극 시스템에서 사용되어 온 광섬유 및 기록 전극 커플은 도 1에서 처럼 광섬유와 전극을 단순히 접합한 방식이다.
도 2는 도 1의 광섬유 및 기록 전극 커플을 실제로 마우스의 뇌 내부에 삽입했을 때의 마우스의 뇌를 도시하고 있다. 이 방식은 도 2에서 볼 수 있듯이 실제 마우스의 뇌 내부로 적용되게 되었을 때, 상대적으로 큰 부피로 인해 뇌 내부를 크 게 손상시킬 수밖에 없다. 본 발명은 신호 인가부 또는 광섬유의 샘플의 조직에 삽입되는 일단을 테이퍼링(tapering)하여 이러한 손상을 줄일 수 있다.
도 3은 광섬유에서 빛이 조사되는 것을 촬영한 사진이다. 도 3에서 볼 수 있듯이 일반적으로 광섬유 내 실제 빛이 전달되는 부분은 수 마이크로미터(㎛) 직경에 지나지 않아 테이퍼링을 하더라도 빛을 전달하는 데는 문제가 없다.
일반적으로 신경 광 자극은 광감응 단백질의 특성 상 파란 빛(470 nm 파장 길이)과 노란 빛(580 nm 파장 길이)을 동시에 사용하게 된다. 상기의 파란 빛은 신경세포를 활성화 시키고, 상기 노란 빛은 신경세포를 억제시킨다.
도 4는 파란 빛과 노란 빛을 조직에 동시에 인가하였을 경우의 신경세포의 반응을 나타낸 도면이다. 도 4와 같이 파란 빛에 신경세포를 활성화시키는 광반응 신경활성화 이온채널과 노란 빛에 신경세포를 억제시키는 광반응 신경비활성화 이온채널이 신경세포에 동시에 발현되어 있을 때, 파란 빛과 노란 빛을 동시에 신경세포에 인가했을 경우, 노란 빛이 보다 강하기 때문에 억제 반응이 활성화 반응을 억제하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치의 제조 과정의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치는 도 5의 과정을 통해 제작된다.
첫 번째 과정으로는, 신호 인가부를 형성하는 과정이다. 본 발명에서는 두 개의 광섬유를 하나로 합하여, 두 개의 광원을 각각의 광섬유에 주입하고, 하나의 광섬유의 끝단으로 인가될 수 있도록 한다. 종래의 기술에서 사용했던 광섬유 대신에, 상기 두 개의 빛을 전달할 수 있는 광섬유를 하나로 합친다. 광섬유를 하나로 합치는 실시예로는 두 개의 광섬유를 꼬은 뒤, 열을 가하여 장력을 주어 한쪽 끝을 하나로 결합시키는 방법이 있다. 상기 하나로 결합된 광섬유는 신호 인가부를 구성한다. 상기 신호 인가부는 신호를 생체 조직에 인가하여, 상기 생체 조직을 자극하는 기능을 한다.
상기 인가부를 구현하는 방법은 다른 여러 방법이 있고, 본 명세서에서는 후술하는 도 8에서 다른 실시예를 설명하도록 한다.
다음으로는, 생체 내로 삽입되는 신호 인가부 또는 광섬유의 끝단을 테이퍼링한다. 이는 생체 조직에 삽입시에 조직의 손상과 후유증을 최소화하기 위함이다. 테이퍼링을 하는 각도나 길이는 실험에 의해 정할 수 있다.
다음으로는, 기록용 전극을 접착하는 기존의 방식과는 달리, 신호 인가부 또는 광섬유에 금속성 물질을 직접 도금, 도핑, 또는 코팅을 한다. 기존에는 도 1에서와 같이 기록용 전극을 별도로 구비하여, 광섬유의 외부에 고정시키는 방법을 사용하였으나. 본 발명에서는 신호 인가부 또는 광섬유 표면에 전극을 둘러싸는 방식을 사용한다. 이 방식을 통해 광섬유와 기록 전극을 일체화 시킨다.
종래의 기술에서는 자극 신호를 인가하는 부분과 상기 신호에 따른 반응을 기록하는 부분이 도 1에서 보이듯이 소정의 거리만큼 떨어져있다. 이 거리는 약 0.125 밀리미터(㎜) 이상이므로, 활성화 및 억제 신호의 측정 효율이 떨어지는 단점이 있다. 본 발명에서는 신호를 인가하는 부분과 측정 또는 기록하는 부분을 일체화시킴으로써 상기 단점을 개선할 수 있다.
마지막으로, 금속성 물질을 광섬유의 표면에 둘러싼 후, 측정을 위한 접촉부위를 제외하고 절연물질로 코팅한다. 상기 측정을 위한 접촉부위의 면적을 조절함으로써, 기록하는 부분의 임피던스를 다양한 값이 되도록 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치의 개략도를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치는, 신호를 생체 조직에 인가하는 신호 인가부(10); 상기 신호에 대한 상기 생체 조직의 반응을 검출하는 전극부(20); 및 상기 전극의 임피던스를 조절하는 절연부(30)를 포함한다. 상기 신호 인가부와 상기 전극부를 일체화 하여, 상기 신호에 의해 자극되는 생체 조직의 위치 및 상기 자극에 대한 반응을 측정하는 위치를 일치시킬 수 있다. 또한, 상기 신호에 의해 생체 조직을 자극하고 상기 자극에 대한 반응을 측정하는 것을 동시에 할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는, 도 1처럼 신호를 인가하는 부분과 기록하는 부분이 별도로 구비되지 않고, 도 6과 같이 일체화되어 있으므로 신호를 인가하는 부분 및 기록하는 부분의 위치가 인접해있다.
상기 신호 인가부의 일단은 테이퍼링 되어 있다. 이는 생체 조직에 삽입되는 경우에 생체 조직의 손상 및 후유증을 최소화하기 위한 구조이다. 도 1내지 도 3처럼 신호를 인가하는 부분과 기록하는 부분이 분리된 경우에는, 상기 두 부분이 생 체 조직 내에 삽입이 되므로 삽입되는 부분의 면적 또는 부피가 본 발명의 경우에 비해 약 2배 정도 되었다.
도 7은 종래의 기술에 따른 광섬유 및 기록 전극 커플과 본 발명에 따른 장치의 단면을 비교한 도면이다. 도 7의 (a)는 종래의 기술에 따른 광섬유 및 기록 전극을 나타낸 도면이다. 도 7의 (b)는 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치를 나타낸 도면이다. 도 7의 (a)를 살펴보면, 기록부분과 신호 인가 부분이 서로 떨어져 있으나, 도 7의 (b)를 살펴보면 기록(검출)부분과 신호 인가 부분이 서로 접해 있는 것을 알 수 있다. 또한 두 장치의 부피 차이를 확인할 수 있다.
다시 도 6을 살펴보면, 신호 인가부가 가장 안쪽에 위치하고, 그 위에 전극부가 있고, 그 위로 절연부가 위치한다. 다시 말하면, 상기 전극부는 신호 인가부를 둘러싸고 있고, 상기 절연부는 상기 전극부를 둘러싸고 있다. 상기 절연부는 상기 전극부의 전체를 둘러싸지는 않고, 조직 반응의 기록 또는 검출을 위한 부분을 남겨놓은 채 둘러싸고 있다. 상기 신호 인가부에 상기 전극부와 상기 절연부를 적층하는 방법은 다음과 같다. 전극부는 도금, 도핑, 코팅 중 어느 하나의 방법에 의해 신호 인가부 표면에 적층된다. 상기 절연부는 상기 전극부 표면에 코팅되어 적층된다.
상기 신호 인가부는 복수 개의 광섬유를 포함할 수 있다. 도 6을 보면, 신호 인가부가 2개의 가닥으로 이루어진 것을 확인할 수 있다. 상기 2개의 가닥은 2개의 광섬유일 수 있다. 신호 인가부로서, 광섬유를 복수 개 사용하는 것은, 생체 조직을 활성화 시키는 신호와 생체 조직을 억제시키는 신호를 동시에 인가할 수 있게 하기 위함이다.
상기 복수 개의 광섬유를 도 6과 같이 한쪽 끝에서 결합시키는 방법은 도 5에 나타나 있다. 도 5에선 광섬유 2개를 사용하는 것을 도시해 놓았다. 광섬유를 서로 꼬은 뒤 가열하면 광섬유의 일단은 하나로 결합된다. 결합된 일단을 테이퍼링하여 본 발명에 따른 장치에 사용하게 된다.
또한, 상기 신호 인가부가 인가하는 상기 신호는 활성화 신호 및 억제 신호를 포함할 수 있다. 활성화 신호는 조직을 활성화시키는 파장 대역의 신호이고, 억제 신호는 조직을 억제시키는 파장 대역의 신호이다. 본 발명에 따른 장치는 상기 두 종류의 신호를 조직에 인가함으로써, 상기 조직을 활성화시키는 것과 억제시키는 것을 동시에 할 수 있다. 상기 신호에 대한 설명은 도 8을 참조하여 이후에 추가적으로 설명한다.
본 발명에 따른 장치의 신호 인가부를 구현하는 다른 실시예는 다음과 같다. 신호 인가부는, 상기 신호를 전달 및 조사하는 신호 전달부 및 상기 신호 전달부를 둘러싸고 있는 피복부로 이루어진 복수 개의 신호 경로부를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 신호 경로부 중 최내곽 신호 경로부는 코어 형태이고, 상기 복수 개의 신호 경로부는 최내곽 신호 경로부를 중심으로 적층된다. 상기 최내곽 신호 경로부는 일예로 원기둥 형태일 수 있다. 이는 도 8에 나타나 있다. 원기둥 형태인 최내곽 신호 경로부에 신호 경로부를 적층하므로, 이런 과정을 통해 형성된 신호 인가부는 원기둥 형태가 된다.
상기 피복부는 상기 각각의 신호 전달부가 하나의 파장 대역의 신호를 전달 및 조사하도록 한다. 또한, 위와 같은 구조로 구현함으로써, 상기 신호 전달부를 통해 전달 및 조사되는 상기 활성화 신호의 유효 영역의 면적을 제어할 수 있다.
상기 피복부의 굴절률을 상기 피복부가 둘러싸고 있는 상기 신호 전달부의 굴절률 보다 작게 하면, 상기 신호 전달부로 전달되는 신호는 피복부와의 경계에서 전반사되어 하나의 신호 전달부 내에서 하나의 파장 대역 신호를 전달 및 조사할 수 있다. 따라서, 복수 개의 신호 전달부와 복수 개의 피복부를 번갈아 적층하면, 복수 개의 종류의 신호를 상기 신호 인가부를 통해 전달 및 조사할 수 있다.
종래의 기술에 따른 광섬유 및 기록 전극 커플을 이용하여, 조직을 자극하고 그 자극에 대한 반응을 측정하는 경우에, 조직을 활성화 또는 억제 시키는 면적을 조절할 수 없는 문제점이 있었다. 이에, 본 발명에 따른 장치는 조직을 활성화 또는 억제시키는 면적을 제어할 수 있도록 다음의 방법을 제안한다.
상기 조직을 활성화 또는 억제시키는 면적을 제어하도록, 활성화 신호가 조사되는 영역과 억제 신호가 조사되는 영역을 겹치게 한다. 두 종류의 영역이 겹치면 두 종류의 신호를 상쇄시키고, 신호 인가부의 구조에 따라 억제 신호에 의해 상쇄되지 않은 활성화 신호의 영역이 남게 된다. 이 영역의 면적을 조절하여 조직을 자극하는 데에 필요한 적절한 광량을 확보할 수 있다.
상기 두 종류의 영역을 겹치게 하는 방법으로는, 상기 각각의 신호 전달부간의 거리, 상기 억제 신호가 전달되는 신호 전달부의 단면적 및 상기 억제 신호의 세기 중 어느 하나 이상을 조절하는 방법이 있다. 신호 인가부의 구조에 의해, 각 각의 신호 전달부가 조사하는 신호의 범위는 상이하다. 각각의 신호 전달부의 간격, 억제 신호가 전달되는 신호 전달부의 단면적 및 억제 신호의 세기 중 어느 하나를 조절하면, 자극에 필요한 상기 활성화 신호의 면적을 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 장치의 신호 인가부를 구현하는 다른 실시예를 나타낸 것이다. 본 실시예에서는 신호 전달부와 피복부로 이루어진 신호 인가부가 원기둥 형태인 것을 도시하고 있다. 도 8에서는 2개의 신호 전달부와 2개의 피복부를 사용하여 신호 인가부를 구현하였다. 도 8의 (A)는 종래의 일반적인 광섬유를 나타낸 것이고, 도 8의 (B)는 본 발명에 따른 신호 인가부를 나타낸 것이고, 도 8의 (C)는 도 8의 (B)의 단면을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 상기 신호 인가부는, 상기 활성화 신호를 전달하는 제1 신호 전달부; 상기 억제 신호를 전달하는 제2 신호 전달부; 제1 피복부; 및 제2 피복부를 포함할 수 있다. 상기 제1 피복부는 상기 제1 신호 전달부를 둘러싸며, 상기 제2 신호 전달부는 상기 제1 피복부를 둘러싸고, 상기 제2 피복부는 상기 제2 신호 전달부를 둘러싸고 있다. 또한, 상기 제1 신호 전달부를 통해 조사되는 상기 활성화 신호의 유효 영역의 면적을 제어하여 조직의 활성화에 필요한 만큼의 자극을 제공할 수 있다.
상기 신호의 유효 영역의 면적을 제어하는 방법에는, 상기 제1 신호 전달부와 상기 제2 신호 전달부간의 거리, 상기 제2 신호 전달부의 단면적 및 상기 제2 신호 전달부를 통해 전달 및 조사되는 신호의 세기 중 어느 하나 이상을 조절하여, 상기 제1 신호 전달부에 의해 전달되는 상기 자극 신호의 유효 영역의 면적을 제어할 수 있다. 더 상세하게는, 상기 자극 신호의 유효 영역은, 상기 자극 신호를 상기 억제 신호로 상쇄시켜 제어할 수 있다. 아래에서 상기 신호의 유효 영역의 면적을 제어하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 8의 (A)에서 처럼 일반적으로 광섬유는 빛을 전달하는 코어(core, 'a'에 해당)와 코어로 전달되는 빛을 전반사시키기 위해 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 피복(clad, 'b'에 해당)으로 구성된다. 도 3에서처럼, 광섬유에 의해 조사된 빛은 광섬유의 끝단에서 방사되게 되는데, 도 8의 (A) 및 (B)처럼 광섬유 또는 신호 인가부의 끝단이 생체 조직과 같은 매질에 삽입되어 있을 때, 광 자극으로서 유효하게 전달되는 빛의 범위, 즉 신경세포를 활성화 시키게 되는 범위가 도 8의 (B)의 'd'에 해당하게 된다.
일반적으로 광자극을 위한 최소한의 광량이 380 mW/mm2 로 알려져 있는데, 문제는 이 정도의 최종 전달 광량을 확보하기 위해 광원의 출력을 증가시켰을 경우 상기 'd'의 범위를 제어할 수 없다는 것이다. 즉, 신경 활성화를 위해 필요한 최소한의 광량을 확보한 상태에서는 'd' 범위 이내로 유효 빛 전달 영역을 작게 구현할 수 없다는 것이다.
이 문제를 해결하기 위해 도 8의 (B) 및 (C)와 같이 두 개의 신호 경로부의 영역을 구성하여 파란 빛과 노란 빛을 동시에 전달하고자 한다. 상기 신호 경로부는 신호 전달부와 피복부로 구성되어 있다. 도 8의 (C)에서 신호 전달부 'a' 및 'c'각각의 굴절률 na, nc가 피복부의 굴절률 nb 보다 크게 되면 'a', 'c' 두 영역에서 각각의 빛을 전달할 수 있게 된다. 이 때, 신호 전달부 'a'와 'c'의 재질을 해당 파장의 빛에 맞도록 선택하게 되면, 두 빛을 동시에 전달하더라도 신호 전달부 'a'에는 파란 빛만 신호 전달부 'c'에는 노란 빛만 전달되게 된다.
이 때, 신호 전달부 'a'와 'c' 간의 간격 및 'c'영역의 단면적, 그리고'c'를 통해 전달하는 노란 빛의 세기를 조절함으로써, 신호 전달부 'a'로 전달되는 신경세포 활성화를 위한 파란 빛의 유효 영역을 정밀하게 제어할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치의 제조 방법의 순서도를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 장치의 제조 방법은, 앞서 설명한 도 5를 보면 알 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 제조 방법은, 복수 개의 신호 인가부를 결합하는 단계(S100); 상기 신호 인가부의 일단을 테이퍼링하는 단계(S200); 상기 신호 인가부의 표면에 전극부를 적층하는 단계(S300); 및 상기 전극부의 표면에 절연부를 적층하는 단계(S400)를 포함한다. 여기서, 상기 전극부의 표면에 적층되는 상기 절연부의 면적을 조절함으로써 전극부의 임피던스를 조절할 수 있다.
상기 각 층을 적층하는 단계에 의해, 상기 전극부는 상기 신호 인가부의 표면을 둘러싸고, 상기 절연부는 상기 전극부의 표면 일부분을 둘러싸게 된다. 상기 절연부가 상기 전극부를 둘러쌀 때, 전극부의 일단의 일부분이 생체 조직에 접촉할 수 있도록 전극부의 일부는 둘러싸지 않은 채로 둔다. 상기 전극부는 도금, 도핑, 코팅 중 어느 하나의 방법에 의해 상기 신호 인가부의 표면을 둘러싸고 있고, 상기 절연부는 코팅에 의해 상기 전극부의 표면을 둘러싸고 있다.
상기 복수 개의 신호 인가부를 결합하는 방법의 실시예로는 상기 복수 개의 광섬유를 서로 꼬은 뒤 가열하여 일단을 하나로 결합시킬 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 제조 방법의 다른 실시예에서는 상기 신호 인가부가 인가하는 상기 신호의 면적을 제어하도록 구현할 수 있다. 상기 신호 인가부는, 상기 신호를 전달 및 조사하는 신호 전달부 및 상기 신호 전달부를 둘러싸고 있는 피복부로 이루어진 복수 개의 신호 경로부를 포함할 수 있다. 상기 신호는 생체 조직을 활성화시키는 신호 또는 억제시키는 신호 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 신호 인가부를 결합하는 단계(S100)는, 상기 신호 전달부에 상기 피복부를 적층하는 단계; 및 상기 피복부의 표면에 상기 신호 전달부를 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 신호는 생체 조직을 활성화시키는 신호 또는 억제시키는 신호 중 어느 하나이다. 위의 단계를 반복하여 신호 전달부 및 피복부를 적층하면, 하나의 광섬유를 이용하여 신호를 인가했을 경우보다 작은, 신호의 유효 영역의 면적이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 제조 방법의 다른 실시예에서는, 상기 신호 인가부는, 활성화 신호를 전달하는 제1 신호 전달부; 억제 신호를 전달하는 제2 신호 전달부; 제1 피복부; 및 제2 피복부를 포함할 수 있다. 이 경우에 상기 신호 인가부를 결합하는 방법은 상기 제1 신호 전달부의 표면에 상기 제1 피복부를 적층하는 단계; 상기 제1 피복부의 표면에 상기 제2 신호 전달부를 적층하는 단계; 상기 제2 신호 전달부의 표면에 상기 제2 피복부를 적층하는 단계를 포함하여 상기 신호 인가부를 결합할 수 있다.
상기 제1 피복부의 굴절률은 상기 제1 신호 전달부의 굴절률보다 작고, 상기 제2 피복부의 굴절률은 상기 제2 신호 전달부의 굴절률보다 작아야, 하나의 신호 전달부가 하나의 파장 대역의 신호를 전달 할 수 있다.
또한, 상기 장치가 자극하는 신호의 영역의 면적을 제어할 수 있다. 상기 장치를 제조하는 과정에서, 상기 제1 신호 전달부와 상기 제2 신호 전달부간의 거리, 상기 제2 신호 전달부의 단면적 중 어느 하나 이상을 조절하면, 상기 제1 신호 전달부에 의해 전달되는 상기 활성화 신호의 유효 영역의 면적을 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 기술에 따른 광섬유 및 기록 전극 커플을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 광섬유 및 기록 전극 커플을 마우스의 뇌에 삽입한 경우의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 광섬유 및 기록 전극 커플에서 신호가 인가되는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 조직 활성화 신호인 파란 빛과 조직 억제 신호인 노란 빛을 동시에 인가했을 경우의 신경 반응을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치의 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 뇌 자극 및 측정 장치의 사시도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 종래의 기술 및 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치를 비교한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치의 신호 인가부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 뇌 자극 및 측정 장치의 제조 방법의 순서도를 나타낸 도면이다.

Claims (24)

  1. 신호를 생체 조직에 인가하여 상기 생체 조직을 자극하는 신호 인가부;
    상기 신호에 대한 상기 생체 조직의 전기적인 신호를 검출하는 전극부; 및
    상기 전극부의 임피던스를 조절하는 절연부를 포함하고,
    상기 신호 인가부와 상기 전극부를 일체화한 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 인가부의 일단은 테이퍼링된 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 신호 인가부를 둘러싸고, 상기 절연부는 상기 전극부의 조직 반응의 기록 또는 검출을 위한 부분을 남겨놓고 상기 전극부를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호 인가부는 복수 개의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 광섬유는 서로 꼬은 뒤 가열하여 일단을 하나로 결합시키는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전극부는 도금, 도핑, 코팅 중 어느 하나의 방법에 의해 상기 신호 인가부를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 절연부는 코팅에 의해 상기 전극부를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 절연부는,
    상기 전극부를 둘러싸는 면적을 조절하여, 상기 전극부의 생체 조직과의 접촉 면적을 조절함으로써, 상기 전극부의 임피던스 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 신호 인가부는 복수 개의 광섬유이고, 상기 신호 인가부의 일단은 테이퍼링되어 있으며,
    상기 전극부는 상기 신호 인가부를 둘러싸고, 상기 절연부는 상기 전극부의 조직 반응의 기록 또는 검출을 위한 부분을 남겨놓고 상기 전극부를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신호 인가부가 상기 생체 조직에 인가하는 상기 신호는 활성화 신호 및 억제 신호를 포함하고,
    상기 생체 조직을 활성화시키는 것과 억제시키는 것을 동시에 할 수 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 인가부는,
    상기 신호를 전달하는 신호 전달부 및 상기 신호 전달부를 둘러싸고 있는 피복부로 이루어진 복수 개의 신호 경로부를 포함하고,
    상기 복수 개의 신호 경로부 중 최내곽 신호 경로부는 원기둥 형태이고, 상기 복수 개의 신호 경로부는 상기 최내곽 신호 경로부를 중심으로 적층되며,
    상기 활성화 신호의 유효 영역의 면적을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 신호 인가부는,
    상기 활성화 신호를 전달하는 제1 신호 전달부; 상기 억제 신호를 전달하는 제2 신호 전달부; 제1 피복부; 및 제2 피복부를 포함하고,
    상기 제1 피복부는 상기 제1 신호 전달부를 둘러싸며, 상기 제2 신호 전달부는 상기 제1 피복부를 둘러싸고, 상기 제2 피복부는 상기 제2 신호 전달부를 둘러싸며, 상기 활성화 신호의 유효 영역의 면적을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    각각의 피복부의 굴절률은 상기 각각의 피복부가 둘러싸고 있는 각각의 신호 전달부의 굴절률 보다 작은 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 활성화 신호의 유효 영역은,
    상기 활성화 신호를 상기 억제 신호로 상쇄시켜 제어되는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    각각의 신호 전달부간의 거리, 상기 억제 신호가 전달되는 신호 전달부의 단면적 및 상기 억제 신호의 세기 중 어느 하나 이상을 조절하여,
    상기 신호 전달부에 의해 전달되는 상기 활성화 신호의 유효 영역의 면적을 제어하는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치.
  16. 복수 개의 신호 인가부를 결합하는 단계;
    상기 신호 인가부의 일단을 테이퍼링하는 단계;
    상기 신호 인가부의 표면에 전극부를 적층하는 단계; 및
    상기 전극부의 표면에 절연부를 적층하는 단계를 포함하고,
    상기 전극부의 표면에 적층되는 상기 절연부의 면적을 조절함으로써 상기 전극부의 임피던스를 조절 가능한 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 신호 인가부의 표면을 둘러싸고, 상기 절연부는 상기 전극부의 조직 반응의 기록 또는 검출을 위한 부분을 남겨놓고 상기 전극부의 표면을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전극부는 도금, 도핑, 코팅 중 어느 하나의 방법에 의해 상기 신호 인가부를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 절연부는 코팅에 의해 상기 전극부의 표면을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 신호 인가부를 결합하는 단계는,
    복수 개의 광섬유를 서로 꼬은 뒤 가열하여 일단을 하나로 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 신호 인가부는,
    신호를 전달하는 신호 전달부 및 상기 신호 전달부를 둘러싸고 있는 피복부로 이루어진 복수 개의 신호 경로부를 포함하고,
    상기 신호 인가부를 결합하는 단계는,
    상기 신호 전달부에 상기 피복부를 적층하는 단계; 및
    상기 피복부의 표면에 상기 신호 전달부를 적층하는 단계를 포함하고,
    상기 복수 개의 신호 경로부를 최내곽 신호 경로부를 중심으로 적층하는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 신호 인가부는,
    활성화 신호를 전달하는 제1 신호 전달부; 억제 신호를 전달하는 제2 신호 전달부; 제1 피복부; 및 제2 피복부를 포함하고,
    상기 신호 인가부를 결합하는 단계는,
    상기 제1 신호 전달부의 표면에 상기 제1 피복부를 적층하는 단계;
    상기 제1 피복부의 표면에 상기 제2 신호 전달부를 적층하는 단계; 및
    상기 제2 신호 전달부의 표면에 상기 제2 피복부를 적층하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 피복부는 상기 제1 신호 전달부를 둘러싸며, 상기 제2 신호 전달부는 상기 제1 피복부를 둘러싸고, 상기 제2 피복부는 상기 제2 신호 전달부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 신호 인가부를 결합하는 단계는,
    각각의 신호 전달부간의 거리, 억제 신호를 전달하는 신호 전달부의 단면적 중 어느 하나 이상을 조절하여, 활성화 신호의 유효 영역의 면적을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    각각의 피복부의 굴절률은 상기 각각의 피복부가 둘러싸고 있는 상기 각각의 신호 전달부의 굴절률보다 작은 것을 특징으로 하는 뇌 자극 및 측정 장치 제조 방법.
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