DGIST, AI 기반 초음파 뇌 자극 기술 개발

대구경북과학기술원(이하 DGIST)와 광주과학기술원(이하 GIST) 공동연구진이 인공지능(AI)으로 설계한 초음파 렌즈를 활용해 여러 뇌 영역을 동시에 정밀 자극할 수 있는 기술을 개발했다.DGIST는 전기전자컴퓨터공학과 황재윤 교수 연구팀이 GIST 의생명공학과 정의헌·권혁상 교수 연구팀과 함께 '인공지능 기반 두께 전용 음향 홀로그램(TOAH)' 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.이번 기술은 3D 프린팅 렌즈의 두께 구조를 AI가 직접 설계해 초음파의 위상과 진폭을 정밀하게 제어하고, 원하는 형태의 3차원 초음파 초점을 형성하는 것이 특징이다.기존 초음파 뇌 자극 기술은 초음파가 두개골을 통과하는 과정에서 초점이 흐트러지고 여러 표적에 전달되는 에너지가 불균일해지는 한계가 있었다. 이를 보완하기 위해서는 다수의 초음파 발생기를 갖춘 고가의 다채널 장비가 필요했다.연구팀은 AI와 물리 기반 최적화 기술을 결합해 실제 제작 가능한 렌즈 구조를 설계함으로써 이러한 문제를 해결했다. 특히 단일 초음파 소자와 얇은 3D 프린팅 렌즈만으로 여러 뇌 영역을 동시에 자극할 수 있도록 구현했다.실험 결과 TOAH 기술은 기존 방식보다 초음파 초점을 더욱 정확하게 형성하고 여러 표적에 에너지를 균일하게 전달하는 것으로 나타났다. 또한 두개골에 집중되는 불필요한 에너지를 줄여 발열 위험도 낮춘 것으로 확인됐다.연구팀은 신경병증성 통증을 앓는 쥐의 양측 시상을 동시에 자극하는 실험도 진행했다. 그 결과 과도한 신경 활동이 감소하고 통증 반응이 뚜렷하게 개선되는 효과를 확인했다. 사람의 두개골 데이터를 활용한 시뮬레이션에서도 초점 정확도와 에너지 분배 성능이 향상된 것으로 나타났다.황재윤 DGIST 교수는 "AI가 렌즈 구조를 직접 설계해 두개골 너머 여러 뇌 영역에 초음파를 정밀하게 전달할 수 있도록 한 것이 핵심"이라며 "향후 통증 치료는 물론 퇴행성 뇌질환과 정신·신경계 질환 분야의 비침습 치료 기술로 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 뇌 자극 분야 국제 학술지인 Brain Stimulation 2026년 7월호에 게재됐다.