DGIST, AI로 초음파 뇌 자극 정밀도 높였다

[대구=이데일리 홍석천 기자] DGIST 연구진이 인공지능(AI)으로 설계한 3D 프린팅 렌즈를 활용해 여러 뇌 영역을 동시에 정밀하게 자극할 수 있는 초음파 기술을 개발했다. 복잡한 다채널 장비 없이도 단일 초음파 소자와 렌즈만으로 정밀한 뇌 자극이 가능해 향후 퇴행성 뇌질환과 정신·신경계 질환 치료에 활용될 것으로 기대된다.

DGIST는 전기전자컴퓨터공학과 황재윤 교수 연구팀이 GIST 의생명공학과 정의헌·권혁상 교수 연구팀과 공동으로 ‘인공지능 기반 두께 전용 음향 홀로그램(TOAH)’ 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

기존 초음파 뇌 자극 기술은 초음파가 두개골을 통과하는 과정에서 초점이 흐트러지고 여러 표적에 전달되는 에너지가 불균일해지는 한계가 있었다. 이를 보완하려면 수많은 초음파 발생기를 갖춘 고가의 다채널 장비가 필요했다.

연구팀은 AI와 물리 기반 최적화 기술을 결합해 3D 프린팅 렌즈의 두께를 직접 설계하는 방식으로 이 문제를 해결했다. AI가 초음파의 위상과 진폭을 정밀하게 제어할 수 있는 렌즈 구조를 설계해 두개골의 굴절 영향을 최소화하고 원하는 위치에 초음파를 정확하게 집중시키는 방식이다.

이 기술은 얇은 3D 프린팅 렌즈 하나와 단일 초음파 소자만으로도 여러 뇌 영역을 동시에 균일하게 자극할 수 있는 것이 특징이다. 별도의 복잡한 장비 없이도 정밀한 다중 뇌 자극이 가능해 비용과 장비 규모를 크게 줄일 수 있다.

왼쪽부터 DGIST 황재윤 교수·이문환 박사, GIST 정의헌·권혁상 교수.(사진=DGIST)

동물실험에서도 성과를 확인했다. 연구팀은 신경병증성 통증을 가진 쥐의 양측 시상을 동시에 자극한 결과 과도한 신경 활동이 감소하고 통증 반응이 뚜렷하게 개선됐다고 설명했다. 또 사람 두개골 데이터를 활용한 시뮬레이션에서도 초점 정확도와 에너지 전달 균형이 기존 기술보다 향상된 것으로 나타났다.

연구팀은 이번 기술이 비침습 초음파 치료의 활용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대하고 있다.

황재윤 DGIST 교수는 “AI가 렌즈 구조를 직접 설계해 두개골 너머 여러 뇌 영역에 초음파를 정확하게 전달할 수 있도록 한 것이 핵심”이라며 “향후 통증 치료는 물론 퇴행성 뇌질환과 정신·신경계 질환을 절개 없이 치료하는 환자 맞춤형 비침습 플랫폼으로 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 뇌 자극 분야 국제학술지 브레인 스티뮬레이션(Brain Stimulation) 2026년 7월호에 게재됐다.