인간의 여러 장기 중 뇌는 가장 에너지를 많이 소모하는 기관 중 하나이며, 이에 따라 활발한 대사 활동에 따른 노폐물들이 발생하게 됩니다. 이들 대사 노폐물 중 일부는 뇌 속에서 빠져나가지 않고 남아있을 때 뇌 신경을 망가뜨리는 독성을 나타내며, 이러한 현상이 오랫동안 지속될 때 퇴행성 뇌 질환으로 발전하기도 합니다. 낮 시간 동안 생성된 뇌 대사 노폐물들을 뇌 척수액의 순환을 통하여 뇌 밖으로 배출하는 과정을 담당하는 기능을 글림패틱 시스템이라고 하는데, 이 시스템의 활성화는 뇌 건강의 유지에 매우 중요하며, 건강한 사람의 경우 주로 밤 시간의 깊은 수면이 이루어지는 동안 활성화 되는 것으로 알려져 있습니다. 최근 연구에 따르면, 글림패틱 시스템 내 뇌막 림프관은 비교적 큰 분자량을 가지는 노폐물들이 빠져나갈 수 있는 주요 경로임이 밝혀져, 글림패틱 시스템을 통한 뇌 척수액의 순환이 뇌 건강에 미치는 영향은 매우 큽니다. 

하지만, 현대인들의 과도한 스트레스 및 불안감 또는 질병으로 인해 수면시 활성화 되는 글림패틱 시스템이 동작이 원활하지 않을 때 뇌 속 노폐물이 침착 될 수 밖에 없습니다. 따라서, 머리의 뒤를 두드리거나 목 맛사지 같이 간접적으로 노폐물 배출 경로에 기계적 자극을 가하는 방법 및 화학적인 방법으로 림프관을 확장시켜 림프액 순환을 활성화 하려는 시도들이 있어 왔습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 시도들은 간접적으로 림프액을 활성화 하는 방법으로 효율성이 떨어지거나 약물을 사용한 방법으로 위험성을 내재하고 있습니다. 

본 연구진은 경두개 저강도 집속 초음파를 사용하여 노폐물 배출의 핫스팟 주변에 직접적으로 가함으로써, 림프액의 순환을 활성화 시키고자 초음파 브레인 스위퍼를 제안하고 개발하고자 합니다. 초음파 브레인 스위퍼는 음압을 뇌 속 림프관 주변에 집속시켜 빔을 움직임으로써 마치 뇌 속에서 노폐물을 쓸어내는 비질을 연상하는 작용을 할 수 있습니다. 이 때 사용될 음압의 크기는 의료 초음파 영상 기기에서 사용되는 음압의 크기와 유사하여, 뇌 손상을 전혀 일으키지 않고 뇌 척수액 순환을 활성화 시킴으로써 뇌 속 노폐물의 상시 제거가 가능하게 될 것으로 기대합니다. 이를 위해, 두개골 표면에 부착만 하더라도 자동으로 뇌 속 비질을 할 수 있는 어레이 경두개 집속 초음파 장치를 개발할 것입니다.  

본 과제가 성공하여 원천 기술이 확보될 때에는, 뇌 속 노폐물을 비침습적, 비화학적인 방법으로 제거 가능하게 되어 치매와 파킨슨 병 같은 퇴행성 뇌질환의 예방 및 치료뿐만 아니라, 뇌 출혈 시 발생하는 독성 물질도 제거할 수 있게 되어, 그동안 약물 및 수술적인 방법에 주로 의존했던 기존의 방법과 차별화 된 획기적인 뇌 치료법으로 자리잡을 수 있을 것으로 기대합니다.