9월 말임에도 불구하고 38도가 넘는 이상 고온현상(인디언 서머)을 보였던 지난달 27일 미국 로스앤젤레스. 날씨만큼이나 뜨거운 연구 열정으로 주목을 받는 UCLA 전기ㆍ전자공학부 교수들을 찾았다.

아이도간 오즈칸, 이진형, 데얀 마코비치 교수는 촉망받는 젊은과학자들로 미국 과학재단(NSF), 국립보건원(NIH)에서 주요 상과 연구자금을 휩쓸고 있다.

이들은 특히 전기ㆍ전자공학을 바탕으로 바이오기술 및 의학을 접목해 새로운 길을 개척하고 있다는 공통점이 있다. ITㆍBT, 때론 NT(나노기술)를 접목한 융합기술 연구의 첨단을 보여주고 있는 셈이다. 이 교수와 오즈칸 교수는 올해 NIH가 혁신성 높은 연구과제를 선정하는 뉴이노베이터상을 받기도 했다.

오즈칸 교수는 "이제 융합과 응용의 시대다. 요즘은 융합 프로젝트가 아니면 펀딩을 받기도 어렵다"며 "특히 UCLA는 최고 수준 의대가 있고 나노시스템연구센터(CNSI)도 있는 데다 학과별 협력도 좋아 융합이 활발하다"고 말했다. 휴대폰을 이용해 의료분야 혁신을 꾀하고 있는 오즈칸 교수는 자신감이 넘쳐났다. "의료시설이 부족한 아프리카에도 휴대폰은 있습니다. 제3세계에서 휴대폰을 활용한 원격의료 기술 활용도는 매우 높을 것입니다."

그는 렌즈 없는 미니 현미경과 진단 소프트웨어를 휴대폰에 장착함으로써 개인이 감염 여부를 파악하고, 또 병원이나 첨단 의료시설이 없는 곳에서 원격의료를 가능케 하는 기술을 개발했다. 렌즈 대신 빛을 이용해 혈액이나 침, 땀 속에 있는 세포의 특성을 파악하고 진단까지 할 수 있다. 또 지진이나 태풍 등이 일어난 지역에서 물의 오염 여부 등을 조사하는 데도 활용할 수 있다. 그는 제품 상용화를 위해 조만간 회사도 만들 예정이다. 부품가격이 저렴해 2년 안에 상용화할 수 있다는 게 오즈칸 교수 설명이다. 그는 "인간면역결핍 바이러스(HIV), 결핵(TB), 말라리아 같은 전 세계적 전염병 해결에 도움이 될 것"이라며 "하버드 메디컬 스쿨에서 2년 동안 연구했던 경험이 연구에 도움이 됐다"고 말했다. 오즈칸 교수는 그림자 이미지를 이용했다. 그는 "세포들은 반투명한 성질이 있기 때문에 각각 세포들은 독특한 그림자 이미지를 가지고 있으며 이는 세포들의 지문과 같다"고 말했다. 예컨대 HIV 보균자는 이 휴대폰을 이용해 CD4, CD8 세포를 측정해 에이즈 여부를 판단할 수 있다. 또 적혈구를 측정해 환자가 빈혈이나 말라리아에 걸렸는지도 판단한다.

■ IT기술로 파킨슨병ㆍ우울증 정복…뇌신호 무선으로 수신하는 인공기관 개발

이진형 교수가 적을 두고 있는 학과는 4곳(전기ㆍ전자공학, 바이오엔지니어링, 정신의학, 영상의학 등)이다. 실험실도 3개나 운영한다. 전자 및 컴퓨터공학 실험실, 유전학실험실, 동물실험실 등이다.

그는 광유전자학과 이미징 기술을 활용해 뇌 신경망 연결구조와 기능을 밝혀내는 연구에서 두각을 나타내고 있다. 이 교수는 혁신적 방법론을 제시한 덕에 2년 만에 NSF NIF 등에서 250만달러를 유치했다. 최근 네이처에 논문도 발표했다. 또 생물학자와 신경과학자들이 답답해하던 문제에 실마리를 제공해 세계 각지에서 초청이 이어지고 있다.

이 교수는 전자회로를 부수지 않고 어떤 오류가 있는지 찾아내는 방법에서 아이디어를 얻었다. "우리 두뇌는 뇌세포가 약 1000억개, 뇌세포 활동을 돕는 3000억개의 아교세포가 있는 만큼 굉장히 복잡하고 아직 커넥션을 아무도 모릅니다. 하지만 뇌회로를 이해하는 데 전자회로 작동원리를 적용할 수 있죠."

그는 "정교한 전자회로를 전자현미경으로만 살핀다고 이상 여부를 파악할 수 없고 구성요소별로 동작을 시켜보고 어떤 결과가 나오는지 보아야 한다"며 "뇌 회로도 이런 방법을 통해 연결상태와 기능을 이해할 수 있고 이로써 질병을 치료할 수 있다"고 설명했다. 그는 예컨대 빛을 쥐의 특정 뇌 세포에 쏘아주고 세포들이 어떻게 신호를 내고, 어떤 반응을 하는지 실험한다. 이 교수는 ofMRI(광유전학 기능성 자기공명영상)장치 등을 개발해 새 이미징 기술을 적용했고 연구에는 광학, 유전학, 분자생물학, 신호처리 및 컴퓨터 알고리즘 등 다양한 학문과 기술을 활용한다.

그는 "뇌의 정상상태와 질환이 있는 상태의 차이를 알아내면 치료제 개발이 가능하다. 우선 파킨슨병 치료는 1~2년 안에 가능할 수 있을 것"이라고 내다봤다. 최근에는 우울증 원인 분석과 치료 프로젝트도 시작했다. 앞으로 기억과 신체동작의 메커니즘을 이해하면 인공지능과 로봇공학의 획기적 발전이 가능할 것이다.

데얀 마코비치 교수는 전기생리학을 활용해 뇌의 전기신호를 무선으로 읽고 분석하는 시스템을 개발하고 있다.

마코비치 교수는 "컴퓨터와 뇌 세포를 연결해 뇌 안에서 어떤 활동이 일어나는지 분석한다"며 "전기신호 해석에 초점을 맞추고 있는데 이를 활용해 인공기관(의족 의수)을 만들거나 또 간질병 치료에 도움을 줄 수 있다"고 말했다.

보통 두뇌에 여러 개 전극과 전선을 이어붙이고 뇌 전기신호를 분석하는데 그는 무선통신 기술로 새로운 가능성을 제시했다. 더욱 다양한 동물실험을 할 수 있고 또 결과적으로 인공기관을 전기선이 없는 무선시스템으로 작동할 수 있다.

※ 후원 : 한국과학창의재단

[로스앤젤레스 = 심시보 기자]