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발광다이오드(LED)를 뇌에 삽입해 감정과 행동을 조절하는 방법


[요 약]
ㅁ 머리카락보다 작은 세포 크기의 LED를 뇌에 삽입해 감정과 행동을 조
    하는방법
   - 질화갈륨의 LED를 가늘게 만들어 특정 뇌신경세포에 빛을 자극
   - 뇌 신경세포에 자극 주면 해당 뇌 부위의 신체에서 감정을 조절

ㅁ 20의 LED에서 450㎛ 파장의 파란빛을 뇌에 쪼여주면 쾌락과 행복감을
   조절하는 호르몬 방출

ㅁ 실용화되면 알츠하이머병 같은 뇌신경 질환 치료에 획기적인 진전

본문
머리카락보다 작은 세포만한 크기의 발광다이오드(LED)를 뇌에 삽입해 감정과 행동을 조절하는 방법을 한국 과학자가 포함된 국제 공동 연구진이 알아냈다.
이 연구가 실용화되면 알츠하이머병과 간질 같은 뇌신경 질환 치료에 획기적인 진전을 가져올 것으로 보인다.
성균관대 화학공학과 김태일 교수와 미국 일리노이대 존 로저스 교수워싱턴대 마이클 브루커스 교수는 파란빛을 내는 마이크로 LED소자를 뇌에 쪼여 원하는 시간과 부위에 쾌락과 행복감을 조절하는 호르몬인 도파민을 나오게 하는데 성공했다고 국제학술지 사이언스가 최근에 소개됐다.
사람의 뇌를 전자회로와 연결해 행동과 심리를 조절하는 연구는 과학계에서 가장 뜨거운 분야 중하나다
뇌를 연구하는 과학자들은 동물의 뇌와 전자소자를 연결하는 뇌 기계 인터페이스(BMI)’라는 기술을 이용해 컴퓨터에 미리 입력된 프로그램에 따라 행동하도록 만드는 수준까지 왔다.
원하는 위치의 뇌 신경세포에 자극을 주면 해당 뇌 부위가 담당하는 움직임과 감정을 조절할 수 있다.

 
이번 연구에서는 TV나 조명 등 주요 광원으로 사용되는 질화갈륨으로 만든 LED를 머리카락보다 가늘게 만든 뒤 특정 뇌 부위 신경세포에 빛을 쪼여 자극하는 방법을 활용했다.
김 교수가 개발한 LED는 쥐 뇌에 삽입할 수 있도록 20굵기로 만든 LED로 휘는 LED 가운데 가장 작은 크기로 여기서는 파장이 450인 파란빛이 나온다.
워싱턴대 연구진은 쥐의 뇌에서 쾌락과 자극을 조절하는 호르몬인 도파민을 내는 부위가 빛에 잘 반응하도록 유전자를 조작한 뒤 LED와 온도센서전기 자극 센서를 함께 넣어 빛에 반응하는 뇌 상태를 살폈다그리고 호르몬을 내는 뇌 부위를 자극해 원하는 시점에 도파민이 나오게 할 수 있다는 사실을 확인했다.
연구진은 LED로 쥐의 행동을 제어하는데도 성공했다연구진은 뇌에 무선장치가 달린 LED를 넣은 뒤 세 갈래로 나눠진 상자에 넣었다그리고 한구석에 머무를 때 LED를 반복적으로 작동시켜 뇌에서 도파민이 분비되게 만들었다훈련을 받은 이 쥐는 LED를 작동시킨 곳에 계속해서 머무르려는 습성을 갖게 됐다.
브루커스 교수는 이번 연구가 불안과 분노와 관련된 뇌 질병을 이해하는데 진전을 가져올 것으로 보인다며 복합적인 스트레스와 사회 행동 장애와 관련된 뇌 신경 지도를 만든데 활용될 전망이라고 말했다.
김 교수는 연구가 어려웠던 뇌와 신경의 난치병인 간질과 파킨슨병 치료에 전자소자가 효과적으로 사용될 수 있음을 보여줬다며 치료 로봇 등 첨단 분야에 활용될 수 있다고 말했다.

[출처] : chosunbiz.com 박근태 기자 kunta@chosun.com
[요약] : 과학상식 보급위원 양 해 본
[관련링크] :

http ://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2013/04/11/2013041102657.html
http://mostob.or.kr/Content/Science/View.aspx?idx=257&si=&sw=&page=1&Ref=257&Step=0&cidx=1&RefOrder=0

650nm는 대표적인 염증 성분인 사이토카인 TNF-alpha 농도를 감소시키고 670nm은 대식세포 활동을 촉진시켜 상처를 빨리 낫게 만든다.

저전력과 고효율이 장점이던 LED가 피부치료 영역에까지 발을 넓히고 있다. 이는 산업교육연구소가 지난 17일 개최한 세미나에서 확인됐다.

빛 파장들은 몸에 작용하는 반응이 다르다. 파장이 짧은 자외선을 받으면 멜라닌이 생성되는 것이 한 예다. 그러나 기존에 치료로 사용됐던 광원들은 사용할 수 있는 파장이 제한적이고 열이 많이 발생하거나 치료면적이 좁다는 단점이 있었다.

LED는 다른 광원과 달리 파장이 다양하고 정확한 조절이 가능하다. 파장은 길이에 따라 짧을수록 얕게, 길수록 깊게 영향을 미치는데 이를 이용해 미백, 여드름, 잔주름 완화 그리고 심지어는 상처 치유 등 피부질환을 치료할 수 있다.

여기에 파장별로 몸에 작용하는 기전이 다르다는 점을 적용하면 치료기로서 기능하게 된다. 예를 들어 여드름 치료의 경우 415nm파장을 쏘이면 몸에 있는 Porphyrins가 흡수해 Singlet Oxygen을 만들고 이것이 여드름을 만드는 박테리아를 파괴하게 된다.

650nm는 대표적인 염증 성분인 사이토카인 TNF-alpha 농도를 감소시키고 670nm은 대식세포 활동을 촉진시켜 상처를 빨리 낫게 만든다. 국내 제조업체인 루트로닉과 캠브릿지 대학의 공동연구에 따르면 상처가 최대 40%가량 빠르게 아물었다.

또 530nm는 하이드로 퀴논(Hydro-quinon)과 프락토제(Fructose) 등 광활성제와 결합해 멜라닌 세포를 파괴하고 포르피린, 벤조피린, 테사피린 등과 결합한 530nm~730nm는 콜라겐 생성을 자극, 주름 개선에 효과를 보인다.

LED 치료를 세계 최초로 상용화한 영국 여드름 치료기 Omni-Lux는 제품은 작년 매출 85억원을 올렸고 이 시장은 앞으로 더욱 성장할 것으로 전망된다.

국내서는 2010년까지 국내 연구진 임상 등 연구가 부족했으나 최근에는 동국대학교병원, 중앙대학교병원, 전남대학교병원, 조선대학교병원 등에서 연구가 진행되고 있으며 루트로닉, 아모레퍼시픽 등이 관련 상품을 내놓고 있다.

이중 중앙대학교 김범준 교수가 연구한 LED를 통한 아토피 치료는 구랍 12월 언론을 통해 보도돼기도 했다.

한편 치료뿐 아니라 진단과 검사에도 활용할 수 있다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 병균 등이 특정 파장 LED를 쐬면 형광효과를 내는 점에 착안해 바이러스 스캐너를 연구 중이다. 한의학에서는 주관적인 판단에 의존했던 진단을 객관·표준화 하려는 노력이 진행 중이다.

상지대학교 남동현 교수는 설태를 측정하는 설진기를 개발해 곧 특허출원을 할 예정이다. 다른 광원보다 빠르게 반응하고 다양한 파장을 지닌 LED를 통해 혀모양 구분, 설태부분 추출 등 기술적인 문제를 해결했다는 평을 받고 있다.

아직 단점도 있다. ETRI 윤두협 연구원은 “출력이 가장 큰 문제”라며 “최근 연구용역을 받은 한 피부미용제품은 사용시간이 40분에 달해 이용자가 거의 없다”고 밝혔다.

“현재 LED 출력은 약 200mW 수준으로 위해기준인 250mW를 넘지 않아 규제를 받지 않는다는 장점도 있지만 이용시간이 길어 환자들의 마음을 잡지 못한다”고 덧붙였다.

또 LED가 신체에 작용하는 기전을 많이 확보하지 못했다는 점도 한계점이다. 암이나 일부 피부질환 등 연구가 제한돼 있다.


유형탁기자 (yhtmedi@dailymedi.com)
출처 : 데일리 메디

LED빛은 세포내에서 높은 에너지를 가진 Phosphate(인산염)으로 변화되며, 이것이 Healing을 촉진시킨다.

LED Marvel 6란 무엇인가?
 
Marvel-6는 NASA연구소에서 LED(Light Emitting Diode)로 우주인들을 Wound Healing하는 연구를
바탕으로 탄생되었다. 470nm, 525nm, 590nm, 640nm의
4가지 연속모드와 펄스모드의 광원을 동시에 사용하며
저 출력치료장비로서 피부재생.미백. 홍조. 여드름치료에
효과적이다. 타 장비(IPL,프락셀,이맥스.레이저토닝..)와
콤비네이션 시술로 효과를 극대화 할 수 있으며, 정상
조직에는 영향을 주지 않고 직접적인 문제를 일으키는
세포에만 영향을 주어 각각에 세포에 선택적인 파장으로
 
안전하게 시술을 받을 수 있다.
따라서 피부조직에 열손상이 전혀 없으며 No-Invasion, No-Down Time, No-Side
Effect를 보인다. 또한 Micro Frequency Current(640nm파장과 미세전류치료), High
Frequency Current(640nm파장과 고주파치료)를 겸비하여 ATP에너지를 활성화
시켜 Cell Growth를 촉진시킨다.
LED광원의 피부안에서의 작용
 빛 에너지-> 생체에너지(ATP)로 변환
  LED치료과정은 마치 식물의 광합성의 과정과 매우 유사하다.
그것은 Photo-bio-stimulation(빛의 유기적 유도 빛의 생체적 유도)로 알려져
왔다. Red light와 Infrared rays(근적외선)은 우리 몸에 흡수되면 조직을
자극하여 세포 안에서 스스로 신진대사를 일으켜 미토콘드리아의 생성을
증대시키고 즉 빛 에너지가 생체에너지(ATP)로 변화된다.
 콜라겐과 엘라스틴의 생성촉진
  피부에 흡수된 LED광원은 단백질 효소와 세포를 자극하여 피부단백질의 구성물질인 콜라겐과 엘라스틴의 생성을 촉진한다.
 '세포의 흡수성(삼투성) 증가
  LED광원은 세포의 삼투성과 Macrophage(대식세포)의 생성을 증가시킨다.
이러한 효과 때문에 LED치료시 함께 사용하는 수용성 물질들이 피부 깊이 쉽게
전달되고 세포에서 생성되는 과다한 노폐물 제거와 유분의 생성을 감소시키며
피부조직 안에 혈류의 흐름을 개선시킨다.
 세포 내의 Healing 작용촉진
  LED빛은 세포내에서 높은 에너지를 가진 Phosphate(인산염)으로 변화되며,
이것이 Healing을 촉진시킨다.

붉은빛은 세포를 자극해 피부를 이루는 단백질인 ‘콜라겐’과 ‘엘라스틴’의 생성을 촉진한다. 노화를 막는 기능이다. 적외선은 세포 재생을 도와 상처 치유에 쓰인다.


가정용 조명으로 쓰이는 발광다이오드(LED)가 의료나 미용 같은 기능성 조명으로도 영역을 넓히고 있다. 가정용 LED로도 원하는 색과 세기의 빛을 낸다면 집에서도 피부 치료가 가능할 정도다. 

빛을 내는 반도체인 LED는 빛의 파장과 세기를 조절하기 쉽다. LED TV는 이런 장점을 이용한 제품이다. 같은 원리로 최근 피부과에서도 LED를 이용해 피부를 치료하고 있다. ‘옴니룩스’라는 장비는 푸른색을 띠는 415nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 파장, 붉은색인 633nm, 적외선인 830nm의 빛을 낸다. 

이 중 파장이 짧은 푸른빛은 세포와 병균을 공격하기 때문에 여드름이나 지루성피부염 치료에 쓰인다. 붉은빛은 세포를 자극해 피부를 이루는 단백질인 ‘콜라겐’과 ‘엘라스틴’의 생성을 촉진한다. 노화를 막는 기능이다. 적외선은 세포 재생을 도와 상처 치유에 쓰인다. 

차앤박피부과 원장을 겸한 이동원 차앤박화장품 대표이사는 “가정용 LED도 파장을 조절한다면 이와 같은 효과를 얻을 수 있다”면서도 “빛의 세기가 관건”이라고 말했다. 

병원에서 쓰이는 장비는 빛의 세기가 강해 가정에서 사용하기 어렵다. 옴니룩스의 경우 방출하는 빛 에너지가 1cm²당 126J(줄)이다. 붉은빛이나 적외선이라도 20분 이상 쪼이면 피부세포가 파괴될 수 있는 양이다. 

세기를 너무 낮춰도 문제다. 에너지가 낮아 피부의 표피를 뚫지 못하면 효과가 없다. 이 대표는 “안전하면서도 효과를 높이려면 파장에 따른 빛의 기능을 돕는 물질이 필요하다”며 “미국이나 영국에서는 LED의 출력은 낮추고 바를 수 있는 기능성 물질이 포함된 가정용 상품이 이미 출시됐다”고 말했다. 

차앤박화장품은 자체 개발해 특허를 출원한 항산화물질이 포함된 화장품과 1cm²당 3J의 세기로 630nm의 붉은빛을 방출하는 LED 장비를 30일 출시한다. 이 대표는 “병원에서 사용하는 LED와 달리 출력이 낮아 의사나 간호사의 도움 없이도 안전하게 사용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

전동혁 동아사이언스 기자 jermes@donga.com

원래 비타민C는 한 가지 성분이 아닌 복합체(complex)다

비타민 C 노벨상을  번이나 수상한라이너스 폴링 박사가  효능을 주장하며  알려진 성분이다.백혈구 내에는 혈중농도보다 10~80 많은 비타민C 포함되어 있다. 비타민 C감염된 세균을 소화시키기 위해 백혈구에서 분비되는 효소가 백혈구 자신을 공격하지 못하도록 보호하는 역할을 한다.일반 동물들은 세균에 감염되면 혈액, 소변,  기관에 있는 비타민C 수치가 급격히 낮아지고, 반면감염된 자리에 모여든 비타민C 백혈구에 의해 사용된다. 그리고 부족한 비타민C 체내에서 합성하여 정상 수치를 회복한다. 그러나 인간과 일부 영장류, 박쥐에게는 이러한 기능이 없다. 그래서 평소비타민C 부족하게 섭취하면 감염 질환에 쉽게 걸리게 되는 것이다.

비타민 C 백혈구의 활동량을 증가시키고, 감염 부위로  이동되게 한다. 또한 상황에 따라 림프세포가T-림프세포, B-림프세포, 내추럴 킬러세포(Natural killer cell) 등으로 적절하게 생산되도록 한다.
비타민 C 세포 사이의 공간을 구성하는물질인 콜라겐의 재료로 사용되며, 감염 세균이 퍼지는 것을물리적으로 차단한다. 또한 인터페론과 같은 기능도하는데, 정상 세포의 외벽에특정 단백질을 형성하여 세균이 들어오지 못하도록 한다. 더불어백혈구가 산화되는 것을 방지하는 항산화 역할도 담당한다.

이처럼 비타민C 건강에 미치는 중요성이알려지며 인공적인 방법으로 대량 생산이 가능하게 되었고,일반종합 비타민제에부터 각종 가공식품, 청량음료, 과일 주스에까지 첨가하게 되었다. 그런데 이때인공 비타민C 아스콜빈산(Ascorbic acid) 형태로 들어 있는데  성분은 전체 비타민 C 부분에 불과하다.
1933 스위스의 화학자에 의해 인공으로 비타민C 합성된 이후 라로슈사(Hoffman-LaRoche)비타민 C대량 생산하면서 인공 가공 비타민 산업이 시작되었다. 인공 비타민 C 옥수수 전분, 옥수수당을 화학 처리하여 생산한다.

원래 비타민C  가지 성분이 아닌 복합체(complex). 예를 들어 야구팀이 여러 포지션을 맡은 선수들로 이루어진 것처럼 비타민 C 역시 아스콜빈산, 플라보이드, 타이로신효소, P-요소, K-요소, J-요소, 미네랄조효소  여러 부분으로 이루어져 있다. 자연 음식에는 비타민C 이처럼 복합체 형태로들어있으며 아스콜빈산만 존재하지 않는다.

간혹 비타민이특정 질환에 도움이 되지 않는다는 임상 사례가 발표된다. 이런 결과는 대부분 자연적으로존재하는 비타민 C 사용하지않고 비타민 C 복합체의  부분인 인공 아스콜빈산을 사용한 경우다. 또한아스콜빈산은 산성 성분이기 때문에 과도한 양을  번에 섭취하면 체액이 산성으로 기울거나설사 등의 부작용이 발생할 수도 있다.
노벨상 수상자인알버트 박사(Albert Szent Gyorgyi) 비타민 C 부족으로 인한 괴혈병은 인공 비타민인 아스콜빈산 섭취로 치료할  없다는 것을 발견하였다.
상식적으로 비타민C 감기 치료에 좋다고알려져 있는데, 어떤 사람은 효과를 보고어떤 사람은 전혀효과를 보지 못하는 경우가 있다. 효과를  경우에는 섭취한 사람의 몸에 비타민C 복합체의 다른 성분은충분한데 아스콜빈산만 모자랐던 경우다. 반대로 효과를 전혀 보지못하는 경우는 비타민C 복합체전체가 부족하든지, 이미 아스콜빈산은 충분한데 다른 부분이 부족했던경우다.

이처럼 비타민C 음식을 통해 영양분을섭취하는 것이 가장 바람직하다. 아스콜빈산 100% 비타민C 산성이강하기 때문에 과다복용하면 몸이 산성체질이 되기 쉽고 설사를 유발할 수도 있다. 음식으로 섭취하면 영양제에비해 함량이 훨씬 적지만 비타민 C 복합체로 존재하기 때문에건강에 미치는 효과가 크다.
대표적인 비타민C 함유 음식으로는 브로콜리, 케일, 고추, 구아바, 양배추, 딸기, , 오렌지, 키위, 토마토, 감자등이 있다.

http://meeralclinic.com/%EA%B1%B4%EA%B0%95%EC%9D%B4%EC%95%BC%EA%B8%B0/%EB%B9%84%ED%83%80%EB%AF%BC-c-%EC%95%8C%EA%B3%A0%EB%A8%B9%EC%9E%90/

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