대학홍보
신효근 교수팀, 그룹 사육 환경에서도 안정적인 장기 신경 기록 가능한 폐쇄형 크라운 패키징 기술 개발
- 등록일
- 2026-05-12 10:20
- 작성자
- 관리자
- 조회수
- 200
- 게시기간
- 2026-05-12 ~ 2031-05-31
전자공학부 신효근 교수팀이 그룹 사육 환경에서도 안정적인 장기 신경 기록이 가능한 폐쇄형 크라운(closed-crown) 패키징 기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 Microsystems & Nanoengineering (IF 9.9, JCR 상위 0.6%)에 게재됐다.
최근 신경과학 및 뇌질환 연구 분야에서는 자유롭게 행동하는 동물의 뇌 신호를 장기간 안정적으로 기록하는 기술의 중요성이 크게 증가하고 있다. 특히 우울증, 불안장애, 자폐 스펙트럼 장애와 같은 사회적 상호작용 기반 정신질환 연구에서는 동물 간 자연스러운 사회 행동 환경을 유지한 상태에서 신경 활동을 분석하는 것이 매우 중요하다. 그러나 기존 신경 기록 시스템은 케이블과 커넥터가 외부로 노출된 오픈 크라운(open-crown) 구조를 주로 사용해왔으며, 그룹 사육(group housing) 환경에서는 동물 간 접촉으로 인해 케이블 단선, 프로브 손상, 오염 등의 문제가 빈번하게 발생했다. 이로 인해 대부분의 실험은 개별 사육(single housing) 환경에서 수행되었고, 사회적 고립에 따른 불안 증가 및 행동 변화가 실험 결과에 영향을 미칠 수 있다는 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 그룹 사육 환경에서도 안정적인 장기 신경 기록이 가능한 폐쇄형 크라운 패키징 시스템을 개발했다. 개발된 시스템은 나사형 밀폐 구조 기반의 보호용 크라운을 적용하여 외부 충격과 동물 간 물리적 접촉으로부터 신경 프로브와 케이블을 효과적으로 보호할 수 있도록 설계됐다. 또한 NFC(Near-Field Communication) 태그를 크라운 내부에 통합하여 다수의 실험동물을 개별적으로 식별할 수 있도록 하였으며, 약 35 μm 두께의 초박형 PSR(Photo Solder Resist) 기반 플렉시블 케이블을 적용하여 자유로운 움직임 환경에서도 높은 기계적 유연성과 안정적인 연결 특성을 확보했다.
추가적으로 연구팀은 black platinum(Black-Pt) 전기도금 공정을 통해 전극 임피던스를 수십 kΩ 수준(1 kHz 기준)까지 낮춰 장기간 안정적인 신경 신호 기록이 가능하도록 구현했다. 실제로 해마(hippocampus) CA1 영역에 신경 프로브를 삽입한 후 1개월 이상 그룹 사육 환경에서 실험을 수행한 결과, 임피던스 변화 없이 안정적인 신경 신호 품질과 spike waveform, signal-to-noise ratio(SNR)를 유지하는 데 성공하였다. 또한 행동 분석 결과, 개별 사육된 생쥐에서는 불안 관련 행동이 증가한 반면, 그룹 사육 환경에서는 정상적인 사회 행동과 안정적인 행동 패턴이 유지되는 것을 확인했다.
이번 연구는 기존 신경 인터페이스 시스템의 가장 큰 한계 중 하나였던 그룹 사육 환경에서의 장기 안정성 문제를 해결한 기술로 평가된다. 특히 단순한 보호 구조를 넘어, 실제 사회적 상호작용 환경을 유지한 상태에서 장기간 안정적인 신경 기록이 가능한 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 향후 이 기술이 사회성 행동 연구, 사회적 고립 기반 정신질환 모델 연구, 장기 신경 인터페이스 시스템 및 차세대 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대하고 있다.
신효근 교수는 “이번 연구는 기존 신경 기록 시스템이 갖고 있던 그룹 사육 환경에서의 구조적 한계를 해결하고, 실제 사회적 상호작용 환경에서 장기간 안정적인 신경 기록이 가능하도록 한 기술이라는 점에서 의미가 크다”며, “향후 사회성 행동 연구뿐만 아니라 우울증·불안장애와 같은 정신질환 연구, 장기 신경 인터페이스 및 차세대 BCI 기술 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 학석박 통합과정에 재학 중인 홍영화 학생(학부 3학년)이 제1저자로 참여하였으며, 한국뇌연구원(KBRI) 추남선 박사와 신효근 교수가 교신저자로 참여했다.
*Title of original paper: Closed-Crown Packaging System for Stable, Long-Term Neural Recording in Group-Housed Mice
*Abstract
Long-term recording of neural circuit activity in behaving mice is essential for understanding the pathophysiology of neuropsychiatric disorders and developing effective therapies. However, conventional open-crown packaging leaves cables and connectors exposed, making them vulnerable to biting, mechanical impact, and contamination. In group-housing conditions, these weaknesses often cause cable disconnection or probe damage, forcing single housing and undermining the ecological validity of studies on social behavior. To address these limitations, we developed a closed-crown neural probe packaging system that (i) integrates an NFC-enabled crown for simultaneous physical shielding and individual identification, (ii) employs an ultra-thin PSR-based flexible cable (~35 μm) to ensure mechanical flexibility and stable long-term connectivity, and (iii) incorporates black Pt–electroplated electrodes with low impedance (the tens of kiloohms at 1 kHz) for stable neural recording. After implantation into the hippocampal CA1 region, mice maintained under group-housing conditions exhibited stable impedance over extended periods, with preserved spike waveform and signal-to-noise ratio. Behavioral assessments showed no signs of packaging-induced social stress, and anxiety-related indices were improved in group-housed mice compared with isolated ones. In summary, the proposed closed-crown system provides a robust platform for stable, long-term neural recording under naturalistic social conditions. This approach enables precise examination of neural circuit dynamics in socially interacting animals and offers a powerful tool for advancing the study of social behavior and neuropsychiatric disorders.
*Journal: Microsystems & Nanoengineering
*Web Link: https://www.nature.com/articles/s41378-026-01293-2
<사진 왼쪽부터 신효근 교수, 홍영화 학생>
최근 신경과학 및 뇌질환 연구 분야에서는 자유롭게 행동하는 동물의 뇌 신호를 장기간 안정적으로 기록하는 기술의 중요성이 크게 증가하고 있다. 특히 우울증, 불안장애, 자폐 스펙트럼 장애와 같은 사회적 상호작용 기반 정신질환 연구에서는 동물 간 자연스러운 사회 행동 환경을 유지한 상태에서 신경 활동을 분석하는 것이 매우 중요하다. 그러나 기존 신경 기록 시스템은 케이블과 커넥터가 외부로 노출된 오픈 크라운(open-crown) 구조를 주로 사용해왔으며, 그룹 사육(group housing) 환경에서는 동물 간 접촉으로 인해 케이블 단선, 프로브 손상, 오염 등의 문제가 빈번하게 발생했다. 이로 인해 대부분의 실험은 개별 사육(single housing) 환경에서 수행되었고, 사회적 고립에 따른 불안 증가 및 행동 변화가 실험 결과에 영향을 미칠 수 있다는 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 그룹 사육 환경에서도 안정적인 장기 신경 기록이 가능한 폐쇄형 크라운 패키징 시스템을 개발했다. 개발된 시스템은 나사형 밀폐 구조 기반의 보호용 크라운을 적용하여 외부 충격과 동물 간 물리적 접촉으로부터 신경 프로브와 케이블을 효과적으로 보호할 수 있도록 설계됐다. 또한 NFC(Near-Field Communication) 태그를 크라운 내부에 통합하여 다수의 실험동물을 개별적으로 식별할 수 있도록 하였으며, 약 35 μm 두께의 초박형 PSR(Photo Solder Resist) 기반 플렉시블 케이블을 적용하여 자유로운 움직임 환경에서도 높은 기계적 유연성과 안정적인 연결 특성을 확보했다.
추가적으로 연구팀은 black platinum(Black-Pt) 전기도금 공정을 통해 전극 임피던스를 수십 kΩ 수준(1 kHz 기준)까지 낮춰 장기간 안정적인 신경 신호 기록이 가능하도록 구현했다. 실제로 해마(hippocampus) CA1 영역에 신경 프로브를 삽입한 후 1개월 이상 그룹 사육 환경에서 실험을 수행한 결과, 임피던스 변화 없이 안정적인 신경 신호 품질과 spike waveform, signal-to-noise ratio(SNR)를 유지하는 데 성공하였다. 또한 행동 분석 결과, 개별 사육된 생쥐에서는 불안 관련 행동이 증가한 반면, 그룹 사육 환경에서는 정상적인 사회 행동과 안정적인 행동 패턴이 유지되는 것을 확인했다.
이번 연구는 기존 신경 인터페이스 시스템의 가장 큰 한계 중 하나였던 그룹 사육 환경에서의 장기 안정성 문제를 해결한 기술로 평가된다. 특히 단순한 보호 구조를 넘어, 실제 사회적 상호작용 환경을 유지한 상태에서 장기간 안정적인 신경 기록이 가능한 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 향후 이 기술이 사회성 행동 연구, 사회적 고립 기반 정신질환 모델 연구, 장기 신경 인터페이스 시스템 및 차세대 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대하고 있다.
신효근 교수는 “이번 연구는 기존 신경 기록 시스템이 갖고 있던 그룹 사육 환경에서의 구조적 한계를 해결하고, 실제 사회적 상호작용 환경에서 장기간 안정적인 신경 기록이 가능하도록 한 기술이라는 점에서 의미가 크다”며, “향후 사회성 행동 연구뿐만 아니라 우울증·불안장애와 같은 정신질환 연구, 장기 신경 인터페이스 및 차세대 BCI 기술 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 학석박 통합과정에 재학 중인 홍영화 학생(학부 3학년)이 제1저자로 참여하였으며, 한국뇌연구원(KBRI) 추남선 박사와 신효근 교수가 교신저자로 참여했다.
*Title of original paper: Closed-Crown Packaging System for Stable, Long-Term Neural Recording in Group-Housed Mice
*Abstract
Long-term recording of neural circuit activity in behaving mice is essential for understanding the pathophysiology of neuropsychiatric disorders and developing effective therapies. However, conventional open-crown packaging leaves cables and connectors exposed, making them vulnerable to biting, mechanical impact, and contamination. In group-housing conditions, these weaknesses often cause cable disconnection or probe damage, forcing single housing and undermining the ecological validity of studies on social behavior. To address these limitations, we developed a closed-crown neural probe packaging system that (i) integrates an NFC-enabled crown for simultaneous physical shielding and individual identification, (ii) employs an ultra-thin PSR-based flexible cable (~35 μm) to ensure mechanical flexibility and stable long-term connectivity, and (iii) incorporates black Pt–electroplated electrodes with low impedance (the tens of kiloohms at 1 kHz) for stable neural recording. After implantation into the hippocampal CA1 region, mice maintained under group-housing conditions exhibited stable impedance over extended periods, with preserved spike waveform and signal-to-noise ratio. Behavioral assessments showed no signs of packaging-induced social stress, and anxiety-related indices were improved in group-housed mice compared with isolated ones. In summary, the proposed closed-crown system provides a robust platform for stable, long-term neural recording under naturalistic social conditions. This approach enables precise examination of neural circuit dynamics in socially interacting animals and offers a powerful tool for advancing the study of social behavior and neuropsychiatric disorders.
*Journal: Microsystems & Nanoengineering
*Web Link: https://www.nature.com/articles/s41378-026-01293-2
<사진 왼쪽부터 신효근 교수, 홍영화 학생>
-
사진.png(60057 bytes, 1 downloads)