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광음향 뇌-기계 인터페이스 선도 뇌공학의 발전을 이끌다

고려대학교 뇌공학과 _한재호 교수 | 2016년 09월호 전체기사
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지식정보화시대의 도래와 맞물려 뇌공학이 집중관심을 받고 있다. 이미 미국을 비롯한 선진국은 ‘21세기는 뇌의 세기’라 규정하고 막대한 연구비를 쏟아 붓고 있다. 작년 4월 미국 대통령 버락 오바마는 10년간 30억달러(3조원)를 뇌공학 연구에 투자하는 ‘브레인 이니셔티브’를 발표해 화제를 모았다. 또한 유럽연합도 휴먼 브레인 프로젝트(HBP)에 10년간 10억유로(1조 3,000억원)를 투자한다고 밝혔다. 두 프로젝트의 공통점은 뇌의 비밀을 밝히는 것. 이처럼 뇌공학은 미지의 영역이었던 뇌의 비밀을 밝혀줄 유일무이한 학문으로 인정받으며 해를 거듭할수록 성장하고 있다. 이에 한재호 고려대학교 뇌공학과 교수가 주목받고 있다. 명문사학 고려대학교 뇌공학과를 이끌고 있는 한재호 교수는 후학 양성은 물론이고 미래창조과학부 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 ‘광음향 뇌-기계 인터페이스 기술 연구’를 수행하며 우리나라의 뇌공학 분야의 발전을 선도할 신진 연구자로 조명받고 있다.


뇌공학은 뇌의 정보 처리 구조와 원리를 이해하고 실세계와 상호 작용하는 인공지능 시스템에 구현하는 기술을 연구하는 학문이다. 인지과학, 바이오, 나노기술이 융합된 새로운 연구 분야로 뇌 정보 처리 메커니즘에 기반을 둔 지능 시스템, 즉 인공두뇌와 뇌 과학 연구 및 뇌 질환 진단을 위한 뇌 영상 장치가 뇌 공학의 주요 연구 대상이라 할 수 있다. 고려대학교 뇌공학과는 교육과학부 세계 수준 연구 중심대학 육성 사업의 일환으로 2009년 9월 설립됐다. 또한 뇌 과학 분야에서 세계 Top 10수준에 도달하는 것을 목표로 창의적 사고력, 신기술 적응력, 실용적 응용력을 고루 갖춘 뇌 과학 분야 전문 인력 양성을 위해 노력하고 있다. 이러한 노력의 일환으로 한재호 교수도 임용된 것. 2011년 부임한 한재호 교수는 레이저 및 의료 영상 연구 경험을 토대로 한 뉴로 포토닉스 및 인터페이스 개발, 광학 기반의 망막, 뇌 영상 진단기기 개발, 광생체의공학 및 광센서 개발, 신호 및 영상 처리 알고리즘 기술 개발 분야에서 이미 능력을 인정받은 신진 과학자로 그의 경험과 노하우를 제자들과 나누는 등 뇌공학의 발전을 위하여 노력을 다하고 있다.

광음향 뇌-기계 인터페이스 연구를 진두지휘하다!
지금까지 뇌-기계 인터페이스 분야에서 광음향이 융합된 기술은 존재하지 않았다. 한재호 교수는 대한민국 뇌공학 연구의 새로운 기수답게 정부 R&D연구사업의 일환으로 이를 도전하고 있다. 뇌 및 조직 등에서 나타나는 광음향학적 반응 특성을 규명하여 그 적용 가능성을 밝히고, 외부자극에 따라 나타나는 감각반응 특성을 연구하여 향후 뇌-기계 인터페이스로의 실현 가능성을 반드시 규명하겠다는 각오를 내비쳤다.
“저는 ‘뇌-기계 인터페이스’의 개발을 목표로 하여 연구를 진행하고 있습니다. 기존에는 뇌파계(EEG)기술이 접목된 방법으로 한, 뇌-기계 인터페이스 연구들이 주를 이뤘습니다. 반면 저희 연구팀은 인체에 유해하지 않는 레이저를 통하여 반응 특성을 살피고 이에 따른 적용 가능성을 조금씩 탐구해 나갈 계획을 가지고 있습니다. 비록 아직은 걸음마 단계이지만 티끌 모아 태산이 되는 것처럼 성과가 쌓이고 쌓이다 보면 실용화되는 날이 찾아오리라 생각하고 있습니다. 이를 통해 사회와 국가에 기여하고 국민의 삶의 질이 향상하는데 조금이나마 일조할 수 있도록 최선을 다하겠습니다.”

교수와 과학자, 두 가지의 길을 함께 밟아간다!
고려대학교 뇌공학과 한재호 교수는 뇌인지과학융합전공 주임교수이며 뇌공학연구소장이기도 하다. 그가 지도교수로 있는 광생체전자공학연구실(Bionics and Photonics Lab)에서는 광학기반 생체 이미징을 위한 시스템 개발 및 광 신호/영상처리를 중점적으로 연구하고 있다. 이에 따라 현재 광간섭단층촬영술 기반의 다기능성 영상시스템 등의 활발한 연구를 진행하고 있다. 뇌/생체 조직 신호를 효과적으로 획득하고 처리하는 다양한 시스템 개발을 통해 앞으로 뇌공학, 의공학 및 인공지능 분야의 발전을 선도하고자 한다.
“저를 비롯한 뇌공학과 교수진은 국제 사회에서 가치를 인정받는 유능한 인재 육성을 위한 교육에 최선을 다하고 있습니다. 이를 위해 매년 해외 석학들의 강의가 한국에서 진행되며 해외교수와 국내교수의 공동 연구 지도를 통해 국제적 감각을 갖춘 전문 인력을 양성하고자 합니다. 또한 fMRI, EEG, NIRS 등 고가의 실험 장비를 도입, 최신 기술을 접목한 연구가 가능하도록 노력하고 있습니다. 더불어 뇌공학과-뇌공학연구소 간의 연계를 통해 구축된 세계 최고 수준의 연구와 교육체제를 기반으로 교과과정을 운영하여 역량 있는 학생들과 동반 성장을 꿈꾸고 있습니다.”
그 결과 한재호 교수가 배출한 두 명의 석사는 광학 및 전기전자공학 분야의 국제전문학술지 영향력지수 상위 10% 저널에 제1저자로 논문을 게재하는 성과를 거뒀다. 또한 한 교수를 필두로 한 연구팀의 논문은 기계공학 분야의 저명한 국제학술지 ‘IEEE/ASME Transactions on Mechatronics' 등에 게재되기도 했다. 이처럼 한재호 교수는 미국 존스홉킨스대 시절부터 쌓아온 자신의 지식과 경험을 학생들에게 아낌없이 전해주며 미래 성장 동력인 뇌공학 분야의 인재를 양성하고자 부단한 노력을 기울이고 있다. 이와 함께 한재호 교수는 과학자 본연의 역할로 돌아가 뇌의 연구를 통한 보다 나은 세상을 만들기 위해 정진하고 있다. “제가 중점적으로 연구하고 있는 뇌-기계 인터페이스는 의료, 헬스케어, 기능성 게임 등에 적용해 수많은 부가가치를 창출할 수 있는 미래 유망 산업입니다. 이에 앞으로도 국가와 국민에 기여할 수 있는 연구를 할 것입니다.” 이렇듯 뇌공학은 신비로운 인체의 암호를 푸는 동시에 영화로만 보던 세계를 구현시킬 단 하나의 비밀번호이다. 한재호 교수는 저 멀리 있는 미래를 조금씩 우리가 볼 수 있도록 끌어당기고 있었다. 김남수 기자

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