이지훈 교수님 약력

Education

2016-2021:  Ph.D. in Biomedical Engineering, Brown University

2024-2016:  M.S. in Nano-convergence, Seoul National University

2008- 2012:  B.S. in Applied Biology, Seoul National University

Research Experience

2025- : Assistant Professor, Department of Brain and Cognitive Sciences, KAIST

2024- 2025: Assistant Professor (research), School of Engineering, Brown University

2022- 2024: Hope Street Postdoctoral Fellow, School of Engineering, Brown University

2021- 2022: Postdoctoral Researcher, School of Engineering, Brown University

2025년 현재 뇌공학은 수많은 뇌과학의 세부 분야 중에서도 가장 빠르게 성장하고 있는 분야 중 하나입니다. 특히 뇌와 컴퓨터를 연결하는 BCI (Brain-Computer Interface), 뇌와 기계를 연결하는 BMI (Brain-Machine Interface)는 몇 년 전 까지만 해도 공상과학영화 속에서나 가능했던 일들을 현실화하고 있는데요. 대표적으로 일론 머스크가 이끄는 뉴럴링크는 2024년 1월 사지마비 환자에게 BCI 기술을 이식해, 몸을 움직이지 않고 생각만으로 컴퓨터를 조작할 수 있게 하는 데 성공하면서 큰 화제를 모았습니다.

뉴럴링크의 BCI 기술을 이용해 생각만으로 컴퓨터를 조작할 수 있게 된 사지마비 환자 놀란드 아르보 (32) 씨

BCI 시스템의 원리를 설명한 그림

BCI나 BMI 시스템의 자세한 기전은 인터페이스별로 다르지만, 기본적으로 정밀한 센서가 뇌에서 만들어내는 신호를 탐지한 다음 이를 디지털 신호로 변환해 컴퓨터 혹은 기계에 전달하는 과정을 거칩니다. 전달받은 컴퓨터 혹은 기계는 신호를 분석해 사람이 원하는 명령을 수행하죠.

이에 따라 자연히 뇌 신호를 고정밀·고밀도로 읽어내는 센서 기술의 중요성도 함께 커지고 있습니다. 본 인터뷰에서는 초소형 무선 전기 센서 ‘뉴로그레인 (Neurograin)’을 개발한 이지훈 교수님을 모셨습니다. 소금 한 알 크기의 이 센서는 기존 센서보다 훨씬 작은 크기와 정밀한 신호 포착도를 무기로 브레인 인터페이스 분야를 개선할 것으로 기대되는데요. 지금부터 이지훈 교수님이 직접 설명해주시는 뉴로그레인의 원리와 기대 효과, 그리고 뇌과학자로서의 다양한 이야기를 들어 보겠습니다.

1. 안녕하세요, 어떤 연구를 하고 계신지 소개 부탁드립니다.

뇌와 컴퓨터, 또는 기계를 연결해서 BCI, BMI를 구축하면 일차적으로 뇌에서 보내는 정보를 읽어들여야 합니다. 즉 뇌 센서가 필요한데, 우리 뇌 신호는 전기 형태로 전달하기 때문에 전기적 센서가 가장 많이 사용돼요.

저는 뉴로그레인이라는 초소형 무선 전기 센서를 개발하고 있습니다. 기존의 뇌 센서가 작지 않은 크기와 거추장스러운 선 연결 때문에 많은 제약을 받았다면, 뉴로그레인은 소금 한 알 크기의 초소형 장치에다 RFID 소통 방식을 적용해 뇌 신호를 무선으로 전송할 수 있죠.

손가락 위에 올린 뉴로그레인. 뇌를 뜻하는 Neuro와 알갱이라는 뜻을 가진 grain의 합성어로, 소금 한 알 만한 뉴로그레인의 장점을 나타낸다. 

초소형 장치의 장점은 한 번에 많은 개수를 활용할 수 있다는 점이에요. 뉴로그레인은 이론적으로 수백 개의 센서를 뇌 표면에 부착해서 동시에 정보를 수집할 수 있고, 실험적으로는 50개의 센서를 쥐(rat) 뇌에 부착하는 데 성공했습니다. 더 작은 크기의 센서를 더 넓은 영역에 촘촘하게 붙일 수록 뇌의 다양한 곳에서 보내는 서로 다른 신호를 정밀하게 포착할 수 있어요.

뉴로그레인의 또 다른 장점은 무선인 동시에 무 배터리라는 것입니다. 이를 위해 교통 카드에 흔히 내장된 RFID 시스템이 사용되는데요, 먼저 두피 위에 카드 리더기와 비슷한 역할을 하는 코일을 부착합니다. 여기 전류를 흘리면 자기장이 생성되고, 자기장은 두개골을 자유롭게 투과할 수 있기 때문에 뇌에 부착된 뉴로그레인 칩들까지 영향을 받게 되죠. 이때 패러데이 법칙에 의해 칩 속 내장된 코일에 전기가 유도돼 전력이 발생하고, 칩이 읽어낸 뇌 신호에 관한 정보를 전파의 형태로 두피 위 코일에 전달합니다.

뉴로그레인의 RFID 시스템을 나타낸 그림

- 정밀한 신호 탐지를 위해서는 칩이 원하는 자리에 잘 붙어 있는 게 중요할 것 같은데요, 혹시 칩은 어떻게 고정되나요?

사람이나 원숭이 같은 대동물의 경우 뇌척수막이 상당히 두껍기 때문에, 뇌척수막을 잘라내서 연 다음 칩을 이식하고 다시 덮어 주면 뇌척수막이 상처를 재생하면서 칩을 고정해줍니다. 그러면 뇌가 두개골 안에서 조금씩 움직이더라도 칩 역시 뇌와 같이 움직이기 때문에 문제가 없죠.

2. 올해 2월에 새로 교수로 부임한 ‘새내기 교수’ 이신데요, 몇 달 간 해본 교수 생활은 어떠셨나요?

정신없이 바쁩니다. (웃음) 교수가 되었다고 해서 연구만 할 수 있는 게 아니라 강의도 해야 하고, 과제 지원서며 연구 보조금 신청서도 써야 하고…… 온갖 일로 굉장히 바쁘지만 그래도 만족하면서 지내고 있어요. 학과 분위기가 마음에 들거든요. ‘뇌’라는 공동의 주제로 같이 연구하는 교수님들이 많다 보니.

3. 앞으로 카이스트 뇌인지과학과에서 이루고 싶은 목표는 무엇인가요?

뉴로그레인의 가능성을 제안하는 것을 넘어 실질적인 효과를 증명하고 싶어요. 예를 들어 현재 출시된 모델에선 뉴로그레인 한 개당 채널이 한 개 들어가는데, 지금 설계하고 있는 회로에서는 더 늘리고 있거든요. 그런 식으로 기존의 기술보다 훨씬 더 많은 채널로 훨씬 더 많은 영역을 측정해 실제 실험에 도움이 된다는 것을 보이는 게 목표입니다.

4. 교수님 연구실은 어떤 학생들이 지원하면 좋을까요? 중요하게 생각하시는 부분이 있으신가요?

공학적인 내용을 많이 다루니 공학에 관심이 있어야 하겠지요. 수업을 들은 적 있다면 좋겠지만 그렇지 않다 하더라도 공학에 관련된 활동이나 공부를 스스로 해본 경험이 있고, 뚜렷한 흥미를 느낀 적 있다면 좋을 것 같습니다. 물론 공학‘만’ 좋아해서는 안 되고, 저희가 뇌인지과학과에 속해 있고 신경과학적 맥락 속에서 연구하는 랩인 만큼 뇌과학에 대한 관심도 당연히 있어야 해요. 학문적 배경 외에는, 다소 진부한 말일 수 있지만 열정이 중요합니다. 없으면 헤쳐 나가기가 너무 힘들거든요.

5. 교수님도 처음부터 공학도였던 건 아니고, 학부 때 응용 생물학과를 전공하신 것으로 알고 있습니다. 어떤 계기로 신경공학에 관심을 가지게 되셨나요?

처음에는 사람에 대한 관심, 마음에 대한 관심에서 시작했던 것 같아요. 그게 심리학에 대한 관심으로 이어졌고, 그러다 신경과학, 특히 데이터를 정량적으로 분석하는 신경과학 분야에 관심을 가지게 됐죠. 그런데 신경과학 연구에서 얻을 수 있는 데이터는 신경공학적 도구에 의해 결정되는 경우가 많더라고요. 그런 부분에서 개선이 필요하다는 걸 느꼈고, 흥미를 가지게 됐어요. 그러면서 점점 신경공학으로 관심이 좁아졌죠.

- 신경공학 연구에 필요한 공학적 지식은 어떻게 쌓으셨나요?

학부 때는 없었죠. 제가 군 복무를 카투사로 해서 시간적 여유가 조금 있었는데, 거기서 틈틈이 혼자 논문을 읽었어요. 그런 식으로 조금씩 공부를 해가다가 석사 때부터 본격적으로 공학을 공부하기 시작했습니다. 전자기학 같은 기초 수업도 들었지만 혼자서 공부를 많이 했어요. 공학의 모든 것을 처음부터 배우려면 너무 힘드니까 연구와 밀접하게 관련 있는, 무선 전력 전송 같은 분야부터 공부하고 점점 분야를 확장해 나가는 식으로 익혔습니다.

6. 마지막으로 연구실 홍보 한 마디 부탁드립니다.

2025년 현재, 뉴럴링크를 포함해 현재 BCI, BMI 를 개발하는 회사나 실험실들이 급격하게 성장하고 있습니다. 저희 랩에서는 그러한 인터페이스에 들어가는 신경 활동 측정 장비 개발을 위해 직접 반도체를 설계하고, 파운드리에서 제작해준 반도체를 다시 활용해 완전히 새로운 측정 장비를 제작하고 있어요. 공학적인 공정에 익숙하지 않아도 와서 배워 나갈 수 있으니, 너무 두려움 갖지 말고 지원해 주셨으면 좋겠습니다.

이지훈 교수님의 KAIST NEP LAB 연구실 웹사이트:

https://sites.google.com/view/kaist-nep-lab/%ED%99%88?authuser=0

이지훈 교수님의 주요 논문

Neural recording and stimulation using wireless networks of microimplants, Nature Electronics (2021)

이 논문은 쌀알보다 작은 무선 뇌 신경칩(Neurograin)을 처음으로 소개했습니다. 각 칩이 뇌에서 신호를 읽고 자극을 줄 수 있으며, 1 GHz 무선 통신으로 수백 개 칩이 한꺼번에 작동합니다. 뇌 속에 흩뿌려진 무선 초소형 칩들이 하나의 네트워크처럼 협력 방법을 제안했습니다.

Patterned electrical brain stimulation by a wireless network of implantable microdevices, Nature Communications (2024)

이번엔 많은 칩들이 동시에 뇌를 자극하는 시스템을 만들고, 이를 움직이는 쥐에 적용했습니다. 30개의 칩이 뇌 위 여러 지점을 무선으로 정밀하게 자극해 쥐의 운동이나 감각을 유발할 수 있는 기술입니다.

An asynchronous wireless network for capturing event-driven data from large populations of autonomous sensors, Nature Electronics (2024)

이 연구는 각각의 미세 센서가 신경세포를 모사하도록 하는 새로운 통신 방법을 제안했습니다. 신경 ‘스파이크’처럼 중요한 이벤트가 있을 때만 데이터를 보내서 효율적으로 동작하는 무선 센서 네트워크를 만들었습니다.