국내 연구진이 OLED(유기발광다이오드) 기술을 활용해 약물 없이 빛만으로 알츠하이머 관련 뇌 기능을 개선할 수 있는 방법을 개발했다. 연구 결과, 청색·녹색·적색 OLED 빛 가운데 적색 40Hz 빛이 알츠하이머 원인 물질 제거와 기억력 회복에 가장 효과적이라는 사실이 확인됐다.

OLED 기반 균일 광자극 기술 개발

KAIST 전기및전자공학부 연구팀과 한국뇌연구원 연구팀은 균일한 밝기의 OLED 광자극 기술을 개발했다. 기존 LED 방식은 밝기가 고르지 않고, 열 발생과 동물의 움직임에 따른 자극 편차 문제 등이 있었지만, OLED 플랫폼은 빛을 균일하게 전달해 실험 신뢰성을 높였다.

연구팀은 백색·적색·녹색·청색 빛을 동일 조건(40Hz 주파수, 동일 밝기, 동일 노출 시간)에서 동물 모델 실험을 진행했다. 40Hz는 뇌가 정보를 처리하고 기억을 형성할 때 나타나는 대표적 뇌파 범위인 감마 대역과 일치한다.

적색 빛, 알츠하이머 병리와 기억 기능 개선 효과

초기 알츠하이머 동물 모델에 하루 1시간씩 이틀간 빛을 쬐었더니 백색과 적색 빛을 받은 그룹에서 장기 기억이 향상됐다. 해마 등 주요 뇌 영역에 쌓여 있던 ‘아밀로이드베타 플라크’가 감소했으며, 플라크 제거 효소인 ADAM17도 증가했다.

특히 적색 빛에서는 염증성 사이토카인 IL-1β가 크게 줄어 염증 완화 효과도 확인됐다. 플라크 감소량이 많을수록 기억력 향상 폭도 커, 병리 개선이 인지 기능 향상으로 직접 이어짐을 입증했다.

중기 알츠하이머 모델(6개월령) 대상으로 2주간 장기 자극을 진행한 결과, 백색과 적색 빛 모두 기억력 향상은 있었지만 플라크 감소는 적색 빛에서만 통계적으로 유의미하게 나타났다. 분자 수준에서도 적색 빛은 플라크 생성 억제와 제거 촉진을 동시에 나타냈고, 백색 빛은 생성 억제만 나타나 치료 효과가 제한적이었다.

빛이 작동시키는 뇌 회로까지 확인

연구팀은 빛 자극 후 뇌세포 활성 표지 유전자인 c-Fos 발현을 분석했다. 시각 피질에서 시상, 해마로 이어지는 시각-기억 회로 전체가 활성화되며, 빛 자극이 기억력 향상과 직접 연결됨을 확인했다.

OLED 플랫폼 덕분에 동물이 움직여도 빛이 고르게 전달되어 실험 결과의 재현성이 높았다. 색상, 밝기, 깜박임 비율, 노출 시간을 정밀하게 조절할 수 있어, 향후 사람 대상 임상 연구에서도 맞춤형 자극 설계가 가능하다.

앞으로의 연구 방향과 기대

연구팀은 자극 강도, 에너지, 기간, 시각·청각 복합 자극 등 다양한 조건을 확장해 임상 단계 적용을 추진할 계획이다.

연구진은 “균일한 OLED 플랫폼은 기존 LED 한계를 극복하고 높은 재현성과 안전성을 확보했다”며 “일상생활에서 착용 가능한 적색 OLED 웨어러블 전자 장치가 알츠하이머 기억력 개선의 새로운 패러다임을 제시할 것”이라고 강조했다.