다채널 전극을 이용한 집속 초음파 자극에 의한 해마뉴런의 활동전위의 변화 연구

Abstract

지난 한 세기 동안 신경 생리학 분야에서 진단과 치료를 위한 뇌 변조(Neuromodulation) 방법들이 연구되어왔다. 최근에 연구자들은 위험요소가 존재하는 침습적인 뇌 변조 방법들을 대체하기 위한 수단으로서 신경 시스템에 집속 초음파 자극을 가하였을 때 신경 활동의 변화를 유발 할 수 있다는 것을 밝혀내었다. 이러한 집속 초음파 자극은 좁은 영역에 에너지를 집중 할 수 있어 다른 비 침습적인 뇌 변조 기술보다 더 높은 공간 해상도와 침투 깊이를 가진다. 본 실험에서는 미세 전극 배열 위에 배양된 신경세포에 다양한 파라메터의 초음파 자극을 인가하였을 때 신경 세포의 활동에 나타나는 변화를 보고자 한다. 실험에 사용된 신경세포는 임신한지 16일이 된 Sprague-Dawley rat의 태아의 해마에서 추출하였다. 하나의 미세 전극 배열 마다 100,000개의 셀이 분포해 있도록 하였다. 모든 실험은 세포배양을 시작한지 14일 째 되는 날부터 17, 20, 24, 26 일 째 되는 날에 진행하였다. 실험에서 초음파 자극을 발생시키기 위해 500kHz의 중심 주파수를 가지는 초음파 트랜스듀서를 사용하였다. 실험 결과 특정 파라미터로 초음파 자극을 가하였을 때 해마 신경 세포에서 spike 발생 빈도가 초음파 자극을 가하기 전보다 증가하거나 감소하는 결과를 보였다. 이러한 변화는 다 전극 배열의 전체에서 발생하지는 않지만 대부분 전체 전극 개수의 약 50% 정도의 전극에서 이러한 변화를 관찰 할 수 있었다.