- KIST, 환자 뇌조직에서 시냅스 기능에 중요한 단백질 기능 저하 발견 - 헌팅턴병 시냅스 기능장애 회복 치료에 활용 모색 헌팅턴병(Huntington’s disease)은 헌팅틴(huntingtin) 유전자에 돌연변이가 생겨 발생하는 유전성 뇌질환이다. 보통 40세 전후에 발병한 후, 조절되지 않는 경련성 신체 움직임과 함께 성격변화, 치매 증상을 일으키며 결국 사망에 이르게 하지만 아직까지 치료법이 없는 퇴행성 뇌질환이다. 헌팅턴병 진행과정에서 뇌기능에 중요한 시냅스에 문제가 생기기 시작하고, 병이 진행되면서 결국 뇌의 선조체 부위 뇌세포가 파괴되어, 이러한 헌팅턴병 증상들을 일으킨다고 알려져 있다. 하지만 헌팅턴병 진행과정 중 뇌기능 장애 기전은 아직 정확히 밝혀지지 않았다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 성지혜 책임연구원과 류훈 책임연구원 연구팀은 헌팅턴병 환자 뇌 조직에서 신경돌기 운동성 및 정상적인 시냅스 형성에 중요한 역할을 하는 FAK(Focal adhesion kinase) 단백질 활성이 현저히 감소하는 것을 발견했다고 밝혔다. 정상적인 뇌에서 활성화된 FAK 단백질은 신경돌기 운동성 및 정상적인 시냅스 형성에 필수적이기 때문에 뇌기능에 중요한 역할을 한다. KIST 연구진은 헌팅턴 세포 및 동물모델, 그리고 실제 헌팅턴 환자 뇌 조직까지 다양한 시스템에서 FAK 단백질 활성이 현저히 감소하는 것을 확인했다. 특히 이러한 결과를 형광공명에너지전달현상(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET) 기반 형광분자센서를 통해 살아있는 세포에서 FAK 활성을 정확히 측정하여 검증했다. FAK 단백질이 정상적으로 활성화하기 위해서는 세포막에 존재하는 인지질 중 PIP2(phosphatidylinositol 4,5-biphosphate)가 필수적이다. 연구진은 초고해상도 형광 현미경(Super-resolved structured illumination microscopy)을 이용하여, 헌팅턴병 세포에서 PIP2가 돌연변이 헌팅틴 단백질과 비정상적으로 강하게 결합하면서 세포막내 정상적으로 분포하지 못하는 것을 발견했다. 헌팅턴병에서 이러한 비정상적 PIP2 분포는 FAK 단백질이 활성화 되는 것을 저해하고, 감소된 FAK 단백질 활성은 결국 정상적인 시냅스 기능을 방해하여 헌팅턴병 초기의 뇌기능장애의 원인이 된다. 성지혜 책임연구원은 “본 연구를 통해 밝혀낸 헌팅턴병 환자의 시냅스 기능장애 병리기전은 헌팅턴병 진행과정에서 뇌기능 장애 회복을 위한 치료 타겟으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 류훈 책임연구원은 “이번 연구 결과는 헌팅턴 환자의 뇌 조직에서 발견한 병리기전이기 때문에 실제 인간의 퇴행성 뇌질환에서 새로운 치료 타겟을 제시하는데 큰 의미가 있다”고 전했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업, 삼성미래기술육성사업으로 수행하였으며, 연구 결과는 국제 학술지인 Acta Neuropathologica [IF : 17.088, JCR(%) : 1.648 %] 최신호에 게재됐다. * (논문명) Decreased FAK activity and focal adhesion dynamics impair proper neurite formation of medium spiny neurons in Huntington’s disease - (제1저자) 한국과학기술연구원 이해님 학생, 현승재 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 성지혜, 류훈 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 정상 및 헌팅턴병 환자의 뇌조직 내 FAK 활성화 정도 및 신경세포 돌기형성 차이 [그림 2] 돌연변이 헌팅틴의 인지질 분포변화를 통한 FAK 활성저해 기전

- KIST, 환자 뇌조직에서 시냅스 기능에 중요한 단백질 기능 저하 발견 - 헌팅턴병 시냅스 기능장애 회복 치료에 활용 모색 헌팅턴병(Huntington’s disease)은 헌팅틴(huntingtin) 유전자에 돌연변이가 생겨 발생하는 유전성 뇌질환이다. 보통 40세 전후에 발병한 후, 조절되지 않는 경련성 신체 움직임과 함께 성격변화, 치매 증상을 일으키며 결국 사망에 이르게 하지만 아직까지 치료법이 없는 퇴행성 뇌질환이다. 헌팅턴병 진행과정에서 뇌기능에 중요한 시냅스에 문제가 생기기 시작하고, 병이 진행되면서 결국 뇌의 선조체 부위 뇌세포가 파괴되어, 이러한 헌팅턴병 증상들을 일으킨다고 알려져 있다. 하지만 헌팅턴병 진행과정 중 뇌기능 장애 기전은 아직 정확히 밝혀지지 않았다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 성지혜 책임연구원과 류훈 책임연구원 연구팀은 헌팅턴병 환자 뇌 조직에서 신경돌기 운동성 및 정상적인 시냅스 형성에 중요한 역할을 하는 FAK(Focal adhesion kinase) 단백질 활성이 현저히 감소하는 것을 발견했다고 밝혔다. 정상적인 뇌에서 활성화된 FAK 단백질은 신경돌기 운동성 및 정상적인 시냅스 형성에 필수적이기 때문에 뇌기능에 중요한 역할을 한다. KIST 연구진은 헌팅턴 세포 및 동물모델, 그리고 실제 헌팅턴 환자 뇌 조직까지 다양한 시스템에서 FAK 단백질 활성이 현저히 감소하는 것을 확인했다. 특히 이러한 결과를 형광공명에너지전달현상(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET) 기반 형광분자센서를 통해 살아있는 세포에서 FAK 활성을 정확히 측정하여 검증했다. FAK 단백질이 정상적으로 활성화하기 위해서는 세포막에 존재하는 인지질 중 PIP2(phosphatidylinositol 4,5-biphosphate)가 필수적이다. 연구진은 초고해상도 형광 현미경(Super-resolved structured illumination microscopy)을 이용하여, 헌팅턴병 세포에서 PIP2가 돌연변이 헌팅틴 단백질과 비정상적으로 강하게 결합하면서 세포막내 정상적으로 분포하지 못하는 것을 발견했다. 헌팅턴병에서 이러한 비정상적 PIP2 분포는 FAK 단백질이 활성화 되는 것을 저해하고, 감소된 FAK 단백질 활성은 결국 정상적인 시냅스 기능을 방해하여 헌팅턴병 초기의 뇌기능장애의 원인이 된다. 성지혜 책임연구원은 “본 연구를 통해 밝혀낸 헌팅턴병 환자의 시냅스 기능장애 병리기전은 헌팅턴병 진행과정에서 뇌기능 장애 회복을 위한 치료 타겟으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 류훈 책임연구원은 “이번 연구 결과는 헌팅턴 환자의 뇌 조직에서 발견한 병리기전이기 때문에 실제 인간의 퇴행성 뇌질환에서 새로운 치료 타겟을 제시하는데 큰 의미가 있다”고 전했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업, 삼성미래기술육성사업으로 수행하였으며, 연구 결과는 국제 학술지인 Acta Neuropathologica [IF : 17.088, JCR(%) : 1.648 %] 최신호에 게재됐다. * (논문명) Decreased FAK activity and focal adhesion dynamics impair proper neurite formation of medium spiny neurons in Huntington’s disease - (제1저자) 한국과학기술연구원 이해님 학생, 현승재 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 성지혜, 류훈 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 정상 및 헌팅턴병 환자의 뇌조직 내 FAK 활성화 정도 및 신경세포 돌기형성 차이 [그림 2] 돌연변이 헌팅틴의 인지질 분포변화를 통한 FAK 활성저해 기전

- KIST, 환자 뇌조직에서 시냅스 기능에 중요한 단백질 기능 저하 발견 - 헌팅턴병 시냅스 기능장애 회복 치료에 활용 모색 헌팅턴병(Huntington’s disease)은 헌팅틴(huntingtin) 유전자에 돌연변이가 생겨 발생하는 유전성 뇌질환이다. 보통 40세 전후에 발병한 후, 조절되지 않는 경련성 신체 움직임과 함께 성격변화, 치매 증상을 일으키며 결국 사망에 이르게 하지만 아직까지 치료법이 없는 퇴행성 뇌질환이다. 헌팅턴병 진행과정에서 뇌기능에 중요한 시냅스에 문제가 생기기 시작하고, 병이 진행되면서 결국 뇌의 선조체 부위 뇌세포가 파괴되어, 이러한 헌팅턴병 증상들을 일으킨다고 알려져 있다. 하지만 헌팅턴병 진행과정 중 뇌기능 장애 기전은 아직 정확히 밝혀지지 않았다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 성지혜 책임연구원과 류훈 책임연구원 연구팀은 헌팅턴병 환자 뇌 조직에서 신경돌기 운동성 및 정상적인 시냅스 형성에 중요한 역할을 하는 FAK(Focal adhesion kinase) 단백질 활성이 현저히 감소하는 것을 발견했다고 밝혔다. 정상적인 뇌에서 활성화된 FAK 단백질은 신경돌기 운동성 및 정상적인 시냅스 형성에 필수적이기 때문에 뇌기능에 중요한 역할을 한다. KIST 연구진은 헌팅턴 세포 및 동물모델, 그리고 실제 헌팅턴 환자 뇌 조직까지 다양한 시스템에서 FAK 단백질 활성이 현저히 감소하는 것을 확인했다. 특히 이러한 결과를 형광공명에너지전달현상(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET) 기반 형광분자센서를 통해 살아있는 세포에서 FAK 활성을 정확히 측정하여 검증했다. FAK 단백질이 정상적으로 활성화하기 위해서는 세포막에 존재하는 인지질 중 PIP2(phosphatidylinositol 4,5-biphosphate)가 필수적이다. 연구진은 초고해상도 형광 현미경(Super-resolved structured illumination microscopy)을 이용하여, 헌팅턴병 세포에서 PIP2가 돌연변이 헌팅틴 단백질과 비정상적으로 강하게 결합하면서 세포막내 정상적으로 분포하지 못하는 것을 발견했다. 헌팅턴병에서 이러한 비정상적 PIP2 분포는 FAK 단백질이 활성화 되는 것을 저해하고, 감소된 FAK 단백질 활성은 결국 정상적인 시냅스 기능을 방해하여 헌팅턴병 초기의 뇌기능장애의 원인이 된다. 성지혜 책임연구원은 “본 연구를 통해 밝혀낸 헌팅턴병 환자의 시냅스 기능장애 병리기전은 헌팅턴병 진행과정에서 뇌기능 장애 회복을 위한 치료 타겟으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 류훈 책임연구원은 “이번 연구 결과는 헌팅턴 환자의 뇌 조직에서 발견한 병리기전이기 때문에 실제 인간의 퇴행성 뇌질환에서 새로운 치료 타겟을 제시하는데 큰 의미가 있다”고 전했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업, 삼성미래기술육성사업으로 수행하였으며, 연구 결과는 국제 학술지인 Acta Neuropathologica [IF : 17.088, JCR(%) : 1.648 %] 최신호에 게재됐다. * (논문명) Decreased FAK activity and focal adhesion dynamics impair proper neurite formation of medium spiny neurons in Huntington’s disease - (제1저자) 한국과학기술연구원 이해님 학생, 현승재 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 성지혜, 류훈 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 정상 및 헌팅턴병 환자의 뇌조직 내 FAK 활성화 정도 및 신경세포 돌기형성 차이 [그림 2] 돌연변이 헌팅틴의 인지질 분포변화를 통한 FAK 활성저해 기전

- KIST, 환자 뇌조직에서 시냅스 기능에 중요한 단백질 기능 저하 발견 - 헌팅턴병 시냅스 기능장애 회복 치료에 활용 모색 헌팅턴병(Huntington’s disease)은 헌팅틴(huntingtin) 유전자에 돌연변이가 생겨 발생하는 유전성 뇌질환이다. 보통 40세 전후에 발병한 후, 조절되지 않는 경련성 신체 움직임과 함께 성격변화, 치매 증상을 일으키며 결국 사망에 이르게 하지만 아직까지 치료법이 없는 퇴행성 뇌질환이다. 헌팅턴병 진행과정에서 뇌기능에 중요한 시냅스에 문제가 생기기 시작하고, 병이 진행되면서 결국 뇌의 선조체 부위 뇌세포가 파괴되어, 이러한 헌팅턴병 증상들을 일으킨다고 알려져 있다. 하지만 헌팅턴병 진행과정 중 뇌기능 장애 기전은 아직 정확히 밝혀지지 않았다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 성지혜 책임연구원과 류훈 책임연구원 연구팀은 헌팅턴병 환자 뇌 조직에서 신경돌기 운동성 및 정상적인 시냅스 형성에 중요한 역할을 하는 FAK(Focal adhesion kinase) 단백질 활성이 현저히 감소하는 것을 발견했다고 밝혔다. 정상적인 뇌에서 활성화된 FAK 단백질은 신경돌기 운동성 및 정상적인 시냅스 형성에 필수적이기 때문에 뇌기능에 중요한 역할을 한다. KIST 연구진은 헌팅턴 세포 및 동물모델, 그리고 실제 헌팅턴 환자 뇌 조직까지 다양한 시스템에서 FAK 단백질 활성이 현저히 감소하는 것을 확인했다. 특히 이러한 결과를 형광공명에너지전달현상(Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET) 기반 형광분자센서를 통해 살아있는 세포에서 FAK 활성을 정확히 측정하여 검증했다. FAK 단백질이 정상적으로 활성화하기 위해서는 세포막에 존재하는 인지질 중 PIP2(phosphatidylinositol 4,5-biphosphate)가 필수적이다. 연구진은 초고해상도 형광 현미경(Super-resolved structured illumination microscopy)을 이용하여, 헌팅턴병 세포에서 PIP2가 돌연변이 헌팅틴 단백질과 비정상적으로 강하게 결합하면서 세포막내 정상적으로 분포하지 못하는 것을 발견했다. 헌팅턴병에서 이러한 비정상적 PIP2 분포는 FAK 단백질이 활성화 되는 것을 저해하고, 감소된 FAK 단백질 활성은 결국 정상적인 시냅스 기능을 방해하여 헌팅턴병 초기의 뇌기능장애의 원인이 된다. 성지혜 책임연구원은 “본 연구를 통해 밝혀낸 헌팅턴병 환자의 시냅스 기능장애 병리기전은 헌팅턴병 진행과정에서 뇌기능 장애 회복을 위한 치료 타겟으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 류훈 책임연구원은 “이번 연구 결과는 헌팅턴 환자의 뇌 조직에서 발견한 병리기전이기 때문에 실제 인간의 퇴행성 뇌질환에서 새로운 치료 타겟을 제시하는데 큰 의미가 있다”고 전했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업, 삼성미래기술육성사업으로 수행하였으며, 연구 결과는 국제 학술지인 Acta Neuropathologica [IF : 17.088, JCR(%) : 1.648 %] 최신호에 게재됐다. * (논문명) Decreased FAK activity and focal adhesion dynamics impair proper neurite formation of medium spiny neurons in Huntington’s disease - (제1저자) 한국과학기술연구원 이해님 학생, 현승재 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 성지혜, 류훈 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 정상 및 헌팅턴병 환자의 뇌조직 내 FAK 활성화 정도 및 신경세포 돌기형성 차이 [그림 2] 돌연변이 헌팅틴의 인지질 분포변화를 통한 FAK 활성저해 기전

안녕하세요. 다름이 아니고 KIST 통합정보시스템 이용을 안내받았는데, 어디에 있는지 찾지 못하여 문의 남깁니다. 어디서 이용 가능한지, 어떻게 이용할수 있는지 안내 부탁드립니다. 감사합니다.

- 선택적 광투과로 작물도 키우고 전기도 만드는 스마트팜 태양전지 - 인공지능 스마트팜 작물 상태 온라인으로 컨설팅 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 8월 25일부터 27일까지 광주광역시 김대중 컨벤션 센터에서 열리는 ‘GREEN&AGRITECH ASIA 2022’에 참가해 탄소중립형 스마트팜 관련 최신 연구성과를 전시할 예정이다. 스마트팜은 과학기술을 활용해 온도, 습도, 이산화탄소농도 등의 작물의 생육환경을 최적의 상태로 관리하는 농업방식이다. 작물의 생산성과 품질이 향상되어 수익이 증대되는 효과가 있다. 하지만 이를 위해 냉·난방 등 시설 운영에 많은 에너지가 투입되는 점, 생육환경의 최적 조건을 관리하는 전문 컨설턴트가 직접 농가에 방문이 필요한 점 등은 스마트팜 보급화에 걸림돌이 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 차세대태양전지연구센터, 스마트팜융합연구센터 등 KIST 여러 부서에서는 자동화된 스마트팜을 구축, 스마트팜의 에너지의 효율성을 확보 등을 목표로 산·학·연 공동연구를 진행하고 있다. 이번 ‘GREEN&AGRITECH ASIA 2022’ 전시에서는 그 일부를 확인할 수 있을 예정이다. ‘선택적 광투과 스마트팜 태양전지’ 기술은 작물 재배에 필요한 태양빛만을 선택적으로 투과시키고 나머지는 빛으로 전기를 생산하는 스마트팜 용 태양전지이다. 기존 실리콘 태양전지의 경우 설치 시 태양빛을 막기 때문에 작물을 그늘지게해 작물 생육에 악영향을 준다. 이 때문에 태양전지를 스마트팜에 적용하는 것은 여러 어려움이 있었다. KIST 청정신기술연구본부 민병권 본부장, 이필립 책임연구원 연구팀은 고려대학교 전용석 교수 연구팀, 국민대학교 도영락 교수 연구팀과 함께 이러한 문제를 해결하기 위해 투광형 태양전지 기술과 이색성 광필터 기술을 접목했다. 청색광(430-470nm)과 적색광(630-680 nm) 태양빛은 투과를 시켜 작물 생육에 활용하고, 나머지 태양빛 대부분에 해당하는 파장의 빛을 광필터가 모두 반사시켜 태양전지가 흡수, 발전할 수 있도록 하는 기술이다. 또한 이 태양전지는 투과하는 빛의 파장영역과 광량을 미세하게 조절할 수 있어서 작물의 종류에 따라 최적의 광 조건을 만들 수 있다는 장점이 있다. KIST 민병권 본부장은 “이 기술은 작물재배에 필요한 최소한의 태양빛을 제외한 나머지 파장의 빛을 모두 태양광 발전에 사용할 수 있기 때문에 스마트팜 온실 운용에 필요한 에너지 대부분을 재생에너지로 충당 가능하여 스마트팜의 탄소중립 구현을 가능하게 한다는 점에 큰 의의가 있다”고 밝혔다. ‘스마트팜 수집 데이터의 모델링을 통한 의사결정 알고리즘 개발’은 ‘시설 과채류 작물의 디지털 재배관리를 위한 의사결정 SW(주관기관 써브스트라투스코리아(주))과제의 일환으로 연구가 진행되었다. 기존 스마트팜의 경우 컨설턴트가 주기적으로 농가를 직접 방문해 관리 방법에 대한 리포트를 제공해주는 방식으로 진행했다. 그러나 코로나19로 인한 방문에 제약이 생기고, 스마트팜 내 다양한 센서들의 데이터 수집이 가능해지면서 데이터를 분석해 온라인 방식으로 컨설팅 서비스를 제공하려는 시도이다. KIST 스마트팜융합연구센터 김형석 센터장 연구팀은 써브스트라투스코리아(주)(대표 김성은), 원투씨엠(주) 김치권 박사, ㈜티맥스엔터프라이즈 김선영 상무, ㈜컬티랩스 김창근 대표, ㈜마스터벨그로우 김균희 연구팀과 공동연구를 통해 스마트팜 작물 재배 온라인 컨설팅 서비스 상용화에 박차를 가하고 있다. 기존 대면 컨설팅을 온라인화할 때 요구되는 의사결정 항목과 결정 기준은 국내 최고 수준의 재배 컨설턴트들이 집합된 ㈜써브스트라투스코리아에서, 그리고 의사결정에 요구되는 스마트팜 작물 생육 정보를 스마트폰을 통해 간편하게 취득하는 기술 고도화 및 데이터 수집은 ㈜컬티랩스에서, 작물의 무게측정 및 잎 온도 측정을 통한 양수분 정보 및 작물 생리상태 모니터링 센서 기술은 ㈜마스터벨그로우에서 맡아 수행하고 있다. KIST는 수집된 데이터의 분석 및 모델링을 통해 의사결정을 할 수 있는 알고리즘 및 마커를 개발한다. 이러한 개발 내용을 앱 형태로 서비스화하는 것은 SW 전문기업인 원투씨엠(주)에서 수행하고 있다. 현재까지 개발된 온라인 재배 컨설팅 SW는 15개 실증 스마트팜 농가를 대상으로 적용되어 데이터의 수집 및 SW 고도화 중에 있고, 보다 범용성 있는 서비스의 개발을 위해 온·습도 등 온실 내부환경을 모니터링하면서 내부환경 인자들이 적정 기준을 벗어날 때 경고를 하는 서비스 앱을 30개 시범 농가에 적용하였다. KIST 김형석 센터장은 “비대면 온라인 재배컨설팅은 기존 재배컨설팅 서비스를 온라인으로 간편하게 대체하는것 뿐 아니라, 서비스 적용 과정에서 생성된 스마트팜 데이터의 지속적인 분석 및 인공지능 기술 적용을 통해, 보다 정확하고 효과적인 스마트팜 관리 처방으로 발전시킬 수 있다는 점에서 의미가 있다”고 밝혔다. 위 연구성과는 농림축산식품부 및 과학기술정보통신부, 농촌진흥청의 재원으로 농림식품기술기획평가원과 재단법인 재단법인 스마트팜연구개발사업단(단장 조성인)의 스마트팜다부처패키지혁신기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다. [그림 1] 선택적 광투과 스마트팜 태양전지 [그림 2] 스마트팜 수집 데이터의 모델링을 통한 의사결정 알고리즘 개발

- 인공 시냅스 소자의 성능 극대화할 핵심 변수 발견 - 차세대 뉴로모픽 시스템 개발 청신호 “인공지능·빅데이터 처리 분야 활용 기대” 인간의 뇌를 모사하는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 기술은 기존 폰노이만 컴퓨팅 방식의 과도한 전력 소모 등의 한계를 타개하기 위해 대두되었다. 뉴런이 스파이크 신호를 발생시키면 시냅스를 통해 다른 뉴런으로 신호가 전달되는 두뇌 정보 전달 방식을 반도체 소자에 구현하기 위해서는 시냅스의 다양한 연결 강도를 표현할 수 있는 고성능 아날로그 인공 시냅스 소자가 필요하다. 그러나 인공 시냅스로 많이 사용되는 기존 저항 변화 메모리 소자의 경우, 저항 변화를 위해 필라멘트를 성장시킴에 따라 전계의 크기가 커지고 이는 다시 급격한 필라멘트 성장을 만드는 피드백 현상이 발생한다. 이 때문에 필라멘트 타입에서는 아날로그적인(점진적인) 저항변화를 유지하면서 큰 가소성을 구현하기 어렵다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 인공뇌융합연구단 정연주 박사팀이 뉴로모픽 반도체 소자인 멤리스터 소자의 고질적 문제점인 아날로그 시냅스 특성 구현, 가소성 확보 그리고 정보 보존성의 한계를 동시에 해결하여 고성능·고신뢰성 뉴로모픽 컴퓨팅이 가능한 인공 시냅스 반도체 소자를 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진은 기존 뉴로모픽 반도체 소자의 성능을 저해하는 작은 시냅스 가소성을 해결하기 위해 활성 전극 이온의 산화환원 특성을 미세 조절하였다. 이후, 다양한 전이 금속들을 시냅스 소자에 도핑하여 활성 전극 이온의 환원 확률을 조절하였다. 그 결과 이온의 높은 환원 확률이 고성능 인공 시냅스 소자를 개발할 수 있는 핵심 변수 중 하나임을 발견하였다. 이를 바탕으로 연구진은 이온의 환원 확률이 높은 티타늄 전이 금속을 기존 인공 시냅스 소자에 도입하여, 시냅스의 아날로그 특성을 유지하면서도 소자의 가소성이 생물학적 뇌의 시냅스(고저항과 저저항의 차이 약 5배) 대비 약 50배 향상된 고성능 뉴로모픽 반도체를 개발하였다. 또한, 도핑된 티타늄 전이 금속의 높은 합금 형성 반응으로 인해 기존 인공 시냅스 소자 대비 정보 보존성이 최대 63배 이상 증가하여 시냅스 장기 강화(long-term potentiation)·장기 약화(long-term depression)와 같은 뇌 기능을 더욱 정밀 모사할 수 있게 되었다. 연구진은 개발한 인공 시냅스 소자를 활용하여 인공신경망 학습패턴을 구현하고, 이를 기반으로 인공지능 이미지 인식 학습을 시도하였다. 그 결과, 에러율이 기존 인공 시냅스 소자 대비 60% 이상 감소하였으며, 손글씨 이미지 패턴(MNIST) 인식 정확도 또한 69% 이상 증가하였다. 연구팀은 이렇게 향상된 인공 시냅스 소자를 통해 고성능 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 실현 가능성을 확인하였다. KIST 정연주 박사는 “본 연구는 기존 시냅스 모방 소자의 가장 큰 기술적 장벽이었던 시냅스 동작 범위와 정보 보존성을 획기적으로 개선한 연구이다.”라고 밝히며 “개발된 인공 시냅스 소자에서는 시냅스의 다양한 연결 강도를 표현하기 위한 소자의 아날로그 동작 영역이 극대화되었기 때문에 뇌 모사 기반 인공지능 컴퓨팅 성능이 한 차원 높아질 것”으로 기대했다. 또한 “후속 연구에서는 개발된 인공 시냅스 소자 기반 뉴로모픽 반도체 칩을 제작해 고성능 인공지능 시스템을 구현하여 국내 시스템·인공지능 반도체 분야의 경쟁력을 더욱 높일 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Nature Communications’ (IF: 17.694) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Cluster-type analogue memristor by engineering redox dynamics for high-performance neuromorphic computing - (제 1저자) 한국과학기술연구원 강재현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정연주 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 본 연구에서 개발한 인공 시냅스 소자 (왼쪽) 구조, (가운데) 동작 원리 및 (오른쪽) 특성 [그림 2] 인공 시냅스 소자를 이용한 시각정보 처리기술 예시 (소자 성능 개선으로 60% 이상 에러율 감소 확인) [그림 3] 논문 컨셉 이미지

- 인공 시냅스 소자의 성능 극대화할 핵심 변수 발견 - 차세대 뉴로모픽 시스템 개발 청신호 “인공지능·빅데이터 처리 분야 활용 기대” 인간의 뇌를 모사하는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 기술은 기존 폰노이만 컴퓨팅 방식의 과도한 전력 소모 등의 한계를 타개하기 위해 대두되었다. 뉴런이 스파이크 신호를 발생시키면 시냅스를 통해 다른 뉴런으로 신호가 전달되는 두뇌 정보 전달 방식을 반도체 소자에 구현하기 위해서는 시냅스의 다양한 연결 강도를 표현할 수 있는 고성능 아날로그 인공 시냅스 소자가 필요하다. 그러나 인공 시냅스로 많이 사용되는 기존 저항 변화 메모리 소자의 경우, 저항 변화를 위해 필라멘트를 성장시킴에 따라 전계의 크기가 커지고 이는 다시 급격한 필라멘트 성장을 만드는 피드백 현상이 발생한다. 이 때문에 필라멘트 타입에서는 아날로그적인(점진적인) 저항변화를 유지하면서 큰 가소성을 구현하기 어렵다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 인공뇌융합연구단 정연주 박사팀이 뉴로모픽 반도체 소자인 멤리스터 소자의 고질적 문제점인 아날로그 시냅스 특성 구현, 가소성 확보 그리고 정보 보존성의 한계를 동시에 해결하여 고성능·고신뢰성 뉴로모픽 컴퓨팅이 가능한 인공 시냅스 반도체 소자를 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진은 기존 뉴로모픽 반도체 소자의 성능을 저해하는 작은 시냅스 가소성을 해결하기 위해 활성 전극 이온의 산화환원 특성을 미세 조절하였다. 이후, 다양한 전이 금속들을 시냅스 소자에 도핑하여 활성 전극 이온의 환원 확률을 조절하였다. 그 결과 이온의 높은 환원 확률이 고성능 인공 시냅스 소자를 개발할 수 있는 핵심 변수 중 하나임을 발견하였다. 이를 바탕으로 연구진은 이온의 환원 확률이 높은 티타늄 전이 금속을 기존 인공 시냅스 소자에 도입하여, 시냅스의 아날로그 특성을 유지하면서도 소자의 가소성이 생물학적 뇌의 시냅스(고저항과 저저항의 차이 약 5배) 대비 약 50배 향상된 고성능 뉴로모픽 반도체를 개발하였다. 또한, 도핑된 티타늄 전이 금속의 높은 합금 형성 반응으로 인해 기존 인공 시냅스 소자 대비 정보 보존성이 최대 63배 이상 증가하여 시냅스 장기 강화(long-term potentiation)·장기 약화(long-term depression)와 같은 뇌 기능을 더욱 정밀 모사할 수 있게 되었다. 연구진은 개발한 인공 시냅스 소자를 활용하여 인공신경망 학습패턴을 구현하고, 이를 기반으로 인공지능 이미지 인식 학습을 시도하였다. 그 결과, 에러율이 기존 인공 시냅스 소자 대비 60% 이상 감소하였으며, 손글씨 이미지 패턴(MNIST) 인식 정확도 또한 69% 이상 증가하였다. 연구팀은 이렇게 향상된 인공 시냅스 소자를 통해 고성능 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 실현 가능성을 확인하였다. KIST 정연주 박사는 “본 연구는 기존 시냅스 모방 소자의 가장 큰 기술적 장벽이었던 시냅스 동작 범위와 정보 보존성을 획기적으로 개선한 연구이다.”라고 밝히며 “개발된 인공 시냅스 소자에서는 시냅스의 다양한 연결 강도를 표현하기 위한 소자의 아날로그 동작 영역이 극대화되었기 때문에 뇌 모사 기반 인공지능 컴퓨팅 성능이 한 차원 높아질 것”으로 기대했다. 또한 “후속 연구에서는 개발된 인공 시냅스 소자 기반 뉴로모픽 반도체 칩을 제작해 고성능 인공지능 시스템을 구현하여 국내 시스템·인공지능 반도체 분야의 경쟁력을 더욱 높일 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Nature Communications’ (IF: 17.694) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Cluster-type analogue memristor by engineering redox dynamics for high-performance neuromorphic computing - (제 1저자) 한국과학기술연구원 강재현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정연주 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 본 연구에서 개발한 인공 시냅스 소자 (왼쪽) 구조, (가운데) 동작 원리 및 (오른쪽) 특성 [그림 2] 인공 시냅스 소자를 이용한 시각정보 처리기술 예시 (소자 성능 개선으로 60% 이상 에러율 감소 확인) [그림 3] 논문 컨셉 이미지

- 인공 시냅스 소자의 성능 극대화할 핵심 변수 발견 - 차세대 뉴로모픽 시스템 개발 청신호 “인공지능·빅데이터 처리 분야 활용 기대” 인간의 뇌를 모사하는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 기술은 기존 폰노이만 컴퓨팅 방식의 과도한 전력 소모 등의 한계를 타개하기 위해 대두되었다. 뉴런이 스파이크 신호를 발생시키면 시냅스를 통해 다른 뉴런으로 신호가 전달되는 두뇌 정보 전달 방식을 반도체 소자에 구현하기 위해서는 시냅스의 다양한 연결 강도를 표현할 수 있는 고성능 아날로그 인공 시냅스 소자가 필요하다. 그러나 인공 시냅스로 많이 사용되는 기존 저항 변화 메모리 소자의 경우, 저항 변화를 위해 필라멘트를 성장시킴에 따라 전계의 크기가 커지고 이는 다시 급격한 필라멘트 성장을 만드는 피드백 현상이 발생한다. 이 때문에 필라멘트 타입에서는 아날로그적인(점진적인) 저항변화를 유지하면서 큰 가소성을 구현하기 어렵다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 인공뇌융합연구단 정연주 박사팀이 뉴로모픽 반도체 소자인 멤리스터 소자의 고질적 문제점인 아날로그 시냅스 특성 구현, 가소성 확보 그리고 정보 보존성의 한계를 동시에 해결하여 고성능·고신뢰성 뉴로모픽 컴퓨팅이 가능한 인공 시냅스 반도체 소자를 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진은 기존 뉴로모픽 반도체 소자의 성능을 저해하는 작은 시냅스 가소성을 해결하기 위해 활성 전극 이온의 산화환원 특성을 미세 조절하였다. 이후, 다양한 전이 금속들을 시냅스 소자에 도핑하여 활성 전극 이온의 환원 확률을 조절하였다. 그 결과 이온의 높은 환원 확률이 고성능 인공 시냅스 소자를 개발할 수 있는 핵심 변수 중 하나임을 발견하였다. 이를 바탕으로 연구진은 이온의 환원 확률이 높은 티타늄 전이 금속을 기존 인공 시냅스 소자에 도입하여, 시냅스의 아날로그 특성을 유지하면서도 소자의 가소성이 생물학적 뇌의 시냅스(고저항과 저저항의 차이 약 5배) 대비 약 50배 향상된 고성능 뉴로모픽 반도체를 개발하였다. 또한, 도핑된 티타늄 전이 금속의 높은 합금 형성 반응으로 인해 기존 인공 시냅스 소자 대비 정보 보존성이 최대 63배 이상 증가하여 시냅스 장기 강화(long-term potentiation)·장기 약화(long-term depression)와 같은 뇌 기능을 더욱 정밀 모사할 수 있게 되었다. 연구진은 개발한 인공 시냅스 소자를 활용하여 인공신경망 학습패턴을 구현하고, 이를 기반으로 인공지능 이미지 인식 학습을 시도하였다. 그 결과, 에러율이 기존 인공 시냅스 소자 대비 60% 이상 감소하였으며, 손글씨 이미지 패턴(MNIST) 인식 정확도 또한 69% 이상 증가하였다. 연구팀은 이렇게 향상된 인공 시냅스 소자를 통해 고성능 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 실현 가능성을 확인하였다. KIST 정연주 박사는 “본 연구는 기존 시냅스 모방 소자의 가장 큰 기술적 장벽이었던 시냅스 동작 범위와 정보 보존성을 획기적으로 개선한 연구이다.”라고 밝히며 “개발된 인공 시냅스 소자에서는 시냅스의 다양한 연결 강도를 표현하기 위한 소자의 아날로그 동작 영역이 극대화되었기 때문에 뇌 모사 기반 인공지능 컴퓨팅 성능이 한 차원 높아질 것”으로 기대했다. 또한 “후속 연구에서는 개발된 인공 시냅스 소자 기반 뉴로모픽 반도체 칩을 제작해 고성능 인공지능 시스템을 구현하여 국내 시스템·인공지능 반도체 분야의 경쟁력을 더욱 높일 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Nature Communications’ (IF: 17.694) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Cluster-type analogue memristor by engineering redox dynamics for high-performance neuromorphic computing - (제 1저자) 한국과학기술연구원 강재현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정연주 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 본 연구에서 개발한 인공 시냅스 소자 (왼쪽) 구조, (가운데) 동작 원리 및 (오른쪽) 특성 [그림 2] 인공 시냅스 소자를 이용한 시각정보 처리기술 예시 (소자 성능 개선으로 60% 이상 에러율 감소 확인) [그림 3] 논문 컨셉 이미지

- 인공 시냅스 소자의 성능 극대화할 핵심 변수 발견 - 차세대 뉴로모픽 시스템 개발 청신호 “인공지능·빅데이터 처리 분야 활용 기대” 인간의 뇌를 모사하는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 기술은 기존 폰노이만 컴퓨팅 방식의 과도한 전력 소모 등의 한계를 타개하기 위해 대두되었다. 뉴런이 스파이크 신호를 발생시키면 시냅스를 통해 다른 뉴런으로 신호가 전달되는 두뇌 정보 전달 방식을 반도체 소자에 구현하기 위해서는 시냅스의 다양한 연결 강도를 표현할 수 있는 고성능 아날로그 인공 시냅스 소자가 필요하다. 그러나 인공 시냅스로 많이 사용되는 기존 저항 변화 메모리 소자의 경우, 저항 변화를 위해 필라멘트를 성장시킴에 따라 전계의 크기가 커지고 이는 다시 급격한 필라멘트 성장을 만드는 피드백 현상이 발생한다. 이 때문에 필라멘트 타입에서는 아날로그적인(점진적인) 저항변화를 유지하면서 큰 가소성을 구현하기 어렵다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 인공뇌융합연구단 정연주 박사팀이 뉴로모픽 반도체 소자인 멤리스터 소자의 고질적 문제점인 아날로그 시냅스 특성 구현, 가소성 확보 그리고 정보 보존성의 한계를 동시에 해결하여 고성능·고신뢰성 뉴로모픽 컴퓨팅이 가능한 인공 시냅스 반도체 소자를 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진은 기존 뉴로모픽 반도체 소자의 성능을 저해하는 작은 시냅스 가소성을 해결하기 위해 활성 전극 이온의 산화환원 특성을 미세 조절하였다. 이후, 다양한 전이 금속들을 시냅스 소자에 도핑하여 활성 전극 이온의 환원 확률을 조절하였다. 그 결과 이온의 높은 환원 확률이 고성능 인공 시냅스 소자를 개발할 수 있는 핵심 변수 중 하나임을 발견하였다. 이를 바탕으로 연구진은 이온의 환원 확률이 높은 티타늄 전이 금속을 기존 인공 시냅스 소자에 도입하여, 시냅스의 아날로그 특성을 유지하면서도 소자의 가소성이 생물학적 뇌의 시냅스(고저항과 저저항의 차이 약 5배) 대비 약 50배 향상된 고성능 뉴로모픽 반도체를 개발하였다. 또한, 도핑된 티타늄 전이 금속의 높은 합금 형성 반응으로 인해 기존 인공 시냅스 소자 대비 정보 보존성이 최대 63배 이상 증가하여 시냅스 장기 강화(long-term potentiation)·장기 약화(long-term depression)와 같은 뇌 기능을 더욱 정밀 모사할 수 있게 되었다. 연구진은 개발한 인공 시냅스 소자를 활용하여 인공신경망 학습패턴을 구현하고, 이를 기반으로 인공지능 이미지 인식 학습을 시도하였다. 그 결과, 에러율이 기존 인공 시냅스 소자 대비 60% 이상 감소하였으며, 손글씨 이미지 패턴(MNIST) 인식 정확도 또한 69% 이상 증가하였다. 연구팀은 이렇게 향상된 인공 시냅스 소자를 통해 고성능 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 실현 가능성을 확인하였다. KIST 정연주 박사는 “본 연구는 기존 시냅스 모방 소자의 가장 큰 기술적 장벽이었던 시냅스 동작 범위와 정보 보존성을 획기적으로 개선한 연구이다.”라고 밝히며 “개발된 인공 시냅스 소자에서는 시냅스의 다양한 연결 강도를 표현하기 위한 소자의 아날로그 동작 영역이 극대화되었기 때문에 뇌 모사 기반 인공지능 컴퓨팅 성능이 한 차원 높아질 것”으로 기대했다. 또한 “후속 연구에서는 개발된 인공 시냅스 소자 기반 뉴로모픽 반도체 칩을 제작해 고성능 인공지능 시스템을 구현하여 국내 시스템·인공지능 반도체 분야의 경쟁력을 더욱 높일 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Nature Communications’ (IF: 17.694) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Cluster-type analogue memristor by engineering redox dynamics for high-performance neuromorphic computing - (제 1저자) 한국과학기술연구원 강재현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정연주 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 본 연구에서 개발한 인공 시냅스 소자 (왼쪽) 구조, (가운데) 동작 원리 및 (오른쪽) 특성 [그림 2] 인공 시냅스 소자를 이용한 시각정보 처리기술 예시 (소자 성능 개선으로 60% 이상 에러율 감소 확인) [그림 3] 논문 컨셉 이미지