『4단계 BK21사업』미래인재 양성사업(과학기술 분야) 교육연구단 자체평가보고서

자체평가대상기간 : 2021.9.1.-2022.8.31.(12개월)

<자체평가 보고서 요약문>

교육연구단의 비전과 목표 달성정도

본 교육연구단은 인류와 국가가 당면한 여러 난제 해결을 통한 보다 나은 인간의 삶의 실현을 위해 혁신적인 바이오융합 지식과 기술의 창조를 목표로 생명과학/의과학과 정보, 전자, 나노 공학이 다학제적으로 융합된 바이오공학 분야를 국제적으로 선도할 창의적인 글로벌 리더를 양성하는 비전을 가지고, 세계 저명 대학들 대상 벤치마킹 결과를 토대로 교육, 연구, 기술사업화 및 국제화 부분에서 지속적인 혁신을 통해 향후 10년 이내에 바이오공학 분야의 World Top 10 Department로 성장을 목표로 한다. 이러한 비전과 목표를 달성하기 위해서 지난 1년간 아래와 같은 성과를 창출하였다.

교육역량 영역 성과

교육 분야에서는 바이오공학 융합 분야를 선도할 창의적인 글로벌 리더를 양성하기 위한 교육과정을 운영하였다. 바이오정보 시스템 (Bio-information System), 바이오전자 시스템 (Bio-electronic system), 바이오나노/마이크로시스템 (Bio-nano/micro system) 분야를 중심으로 교과목을 분류하고, 각 분야 교과목의 교차이수 체계를 통한 유기적 학제간 교육과정을 운영하였다.

바이오-의료 융합분야의 다양한 기술, 산업의 최신 경향들을 소개하여 여러 가지 사회문제 해결에 기여할 수 있는 교육 프로그램을 운영하였고, 다학제 융복합 교육체계 아래 활발한 국제공동연구의 수행 및 코로나19 펜데믹시기에 적극적인 해외 우수학회 온라인 및 오프라인 논문발표 지원을 통해 국제적인 역량을 높였다.

학과 대학원생들의 취업 실적은 총 4의 박사졸업생 중 4명이 취(창)업하였고 총 35명의 석사졸업생 중 27명이 학위과정 진학 및 5명 취(창)업으로 총 취업률 약 63%을 달성하였다.

연구역량 영역 성과

본 교육연구단은 지난 1년간 미래 바이오산업을 견인하는 요소기술 (IT, NT, CT)의 융합을 통해 핵심 플랫폼기술 (바이오의료 정보기술, 나노바이오 의료기기 및 의료영상, 생체 재료 및 재생기술)로 적극 활용하고 있고, 이러한 강점을 살려서 미래 바이오산업을 선도하기 위하여, 세가지 요소기술 (IT, NT, CT)에 있어서 기초과학 수준에서의 요소기술 융합연구를 활성화하여 다양한 연구결과물들을 창출하였다.

이러한 요소기술 수준의 다학제적 융합연구를 통하여 핵심 플랫폼기술 (바이오의료 정보기술, 나노바이오 의료기기 및 영상기술, 바이오의료 재생기술)을 집중적으로 개발하고 있다.

또한 산업체와의 유기적인 피드백을 통한 바이오의료 융합기술의 실용화 및 상용화를 선도하는 것을 목표로 관련 다수 특허 및 기술이전 실적들을 달성하였다.

바이오/뇌 이미징 기술, 바이오의료/신경 정보공학, 의료용 진단/치료기기 개발 분야에서 산업 및 사회 문제 해결을 위해 다양하게 기여하였다.

달성 성과 요약

본 교육연구단의 교육 및 연구 성과 중 정량실적은 아래와 같으며, 4단계 BK사업이 2년동안 진행되었으므로 최근 2년간 실적을 비교하여 보았다. 

(비교기간: 2020.9-2021.8/12개월, 2021.9-2022.7/11개월)

유기적 학제간 교육과정 운영을 위한 교과목 개설(2021.가을-2022.봄) : 17과목

다양한 교육 프로그램 운영 

  - 대학원생이 중심이 되는 바이오-의료 융합 세미나 (학기마다 개설)

  - 국내외 연구자, 기업 등을 초청한 학과 정기세미나: 22회 - 23회

  - 연구 분야별 특별 세미나 시리즈: 9회 - 14회

    * Inspiring talk Series (산학연병 전문가 초청 등)

    * Webinar Series 및 Special Seminar (창업인재 강연 등)

  - 국제 공동워크샵: 5회 - 3회

참여대학원생 논문발표 실적* 

  - 1인당 환산편수 : 0.0813 – 0.0827

  - 논문 1편당 환산보정 IF: 0.1804 – 0.2587

  - 1인당 환산보정 IF: 0.0572 – 0.066

  - 논문 1편당 환산보정 ES: 0.321 – 0.4578

  - 1인당 환산보정 ES: 0.102 – 0.1168

   *참여대학원생 실적은 참여졸업생 실적도 반영함.

신진연구인력 현황 : 자교 2명, 타교 3명 지원 

참여교수 1인당 연구비수주 실적*

  - 1인당 약5.9억 – 약6.9억

   *입금액 기준

참여교수 논문발표 실적* 

  - 참여교수 1인당 논문 환산 편수: 1.5323 – 0.9988

  - 논문 1편당 환산보정 IF: 0.2108 – 0.1798

  - 참여교수 1인당 환산보정 IF: 1.139 – 0.6611

  - 논문 1편당 환산보정 ES: 0.4342 – 0.3737

  - 참여교수 1인당 환산보정 ES: 2.3465 – 1.3739

   *참여교수님 실적은 참여기간동안만 반영함.

참여교수 산업·사업에 대한 기여실적

  - 기술이전 실적: 3건 - 10건

  - 기술료합계: 약 1억 – 약 5.5억원

  - 산학자문활동: 7건 - 13건

  - 산학협력과제: 14건 - 24건

  - 산학협력과제 연구비합계: 약 15.8억 – 약 22.8억원

참여교수 국제화활동 실적 

  - 초청강연 기조연설: 6건 - 6건

  - 좌장·위원회 활동: 8건 - 10건

  - 학술지 관련 활동: 21건 - 29건

미흡한 부분 / 문제점 제시

최근 KAIST 학제시스템의 변화 (뇌인지과학과설립)등으로 교원이동이 예상되고 있고, 임용예정인 신임교원의 부임시기 늦어지고 있어, 안정적인 연구단 참여교수 유지를 위해 교원확보를 위한 노력이 절실한 상황이다. 포스트펜데믹에 맞춰 국제학술활동에서 좀 더 적극적인 추진이 필요하다.

차년도 추진계획

바이오공학 분야의 급격한 발전에 발맞출 수 있는 맞춤형 교과목 시스템 하에 글로벌 경쟁력 양성을 위한 교육 컨텐츠를 제공하기 위해, 필요에 따라 유연하게 개설과 변경이 가능한 신개념의 교과과정(마이크로학위과정등)을 운영하고자 한다.

바이오공학과 뇌공학 융합산업의 급변하는 사회적 요구에 유연하게 대응할 수 있는 맞춤형연구 인력을 양성하기 위해서 하향식 (Bottom-up) 핵심연구주제 발굴과 동시에 산업체 공동연구에서는 상향식 (Top-down) 접근을 가능하도록 하는 통합적 연구과정 프로그램을 개발하고자 한다.

중개연구 (Translational Research) 전문 인력을 충원하여 산업체와의 유기적인 피드백을 통한 바이오의료 융합기술의 실용화 및 상용화를 선도하고자 한다.

교육연구단의 구성, 비전 및 목표

1. 교육연구단장의 교육·연구·행정 역량

■ 연구 역량(논문/특허 실적 및 기술사업화)

본 교육연구단의 단장은 마이크로광학기술 개발 및 응용을 위해 1999년 박사과정 (UC Berkeley)을 시작 후 지난 23년간 기존 바이오의료내시경의 한계를 극복한 차세대 내시경용 카메라소자 및 물리적 생검이 필요 없는 광학생검용 내시현미경 소자관련 원천기술을 개발을 진행 중이다. 내시경 카메라소자로서 광시야각, 고감도영상, 가변초점 및 3D 영상용 마이크로광학소자 개발과 내시현미경소자로서 마이크로광스캐너 및 이의 응용나노광학소자 개발 후 최우수등급 SCI 국제저널 (Science, Lab on a Chip, Advanced Materials, ACS Nano, PNAS, Scientific Reports, Applied physics letters, Nano Letters, Small, NPG Light: Science & Applications) 등 현재까지 89편의 SCI 논문 게재와 170 건의 국내외 특허 출원을 통해 원천기술을 확보했다. 특히, 2020-2021년에도 기존보다 10억 배 정밀한 '치매 물질' 검출 기술 개발 (Nature Comms), 초박형 `표정인식 4D 카메라‘ 개발( Adv. Intel. Sys.), 5분만에 바이러스 검출하는 `초고속 광열 PCR 검사' 개발 (ACS Nano) 등 활발한 연구활동을 하고 있다. SPIE Photonics West (최대의료광학영상학회) 와 IEEE Photonics Optical MEMS and Nanophotonics, MicroTAS를 포함하여 국내외 학술대회 378 편을 발표하였고, 150여회 이상의 국내외 초청강연을 발표하였으며, 바이오포토닉스분야 초소형광학소자 개발분야에서 국제적 선도연구그룹으로서 인정받고 있다 (Google Scholar h-index: 35, 총 인용회수: 4650회, 2022.09 기준).

수상실적으로 KAIST연구상 (2013), KAIST 기술혁신상 (2012), BRIC 주관 2017 국내 바이오분야 연구성과 Top 5 (2017), KAIST 국제협력상 (2020) 등이 있고, 2019년 제 24회 IEEE Optical MEMS and Nanophotonics 국제학술대회 행사를 한국에 처음으로 유치하여 대회장으로서 20여 개국의 참가자들과 함께 국제학술대회를 성공적으로 개최하였다.

주요 연구과제 수행실적으로 중견(도약)연구자사업(2010-2015, 2016-2021, 2021-2023), 나노소재기술개발사업 (총50억 총괄책임, 2011-2016), 보건복지부 첨단의료기기사업(총 48억 총괄책임, 2013-2018), 삼성미래기술센터과제(총 15억 총괄책임, 2014-2020)를 성공적으로 수행하였고, 코로나대응 과학기술 뉴딜사업(15억, 2020-2022), 범부처전주기의료기기연구개발사업-미래융합핵심기술(2020-2022) 등을 수행 중이다. 또한 삼성전자를 비롯한 중소기업, 스타트업과 함께 산학협력과제를 수행하여 산업발전에 기여하고 있다. 이런 연구성과의 기술상용화를 위해 생체인식센서 스타트업인 ㈜리얼아이덴티티, 생체현미경 스타트업인 ㈜브이픽스메디칼을 창업하였고, IOT 헨드헬드분광기술을 개발하고 있는 ㈜파이퀀드 등 최고기술고문을 역임하며, 오상헬스케어, 주식회사 마이크로픽스 등 총 6건의 기술이전을 통해 적극적인 기술사업화를 활발히 진행하고 있다.

■ 교육 역량

2006년 부임이후 ‘바이오포토닉스’ 대학원 교과목 개설 및 운영을 통해 광학과 바이오의료의 융합교육에 집중하고 있으며, 또한, 학부 3학년을 위한 ‘Biomechanics’ 교과목 개설 및 운영, 신입생 및 타전공자를 위한 ‘바이오공학의 이해’ 및 ‘새내기세미나’ 교과목 개설 및 운영, 학부 3학년의 ‘바이오공학실험 II’전필교과목 개설 및 운영하였고, 과학저널리즘 및 미래전략대학원 교과목으로 나노기술교과목을 운영하며, 학부/대학원/타전공자를 위한 교내 바이오의료융합교육에 선도적인 역할을 담당하고 있다. 또한, 포스트펜데믹시대를 위한 차세대 VR 기반 바이오헬스 실험실습 교과목 운영을 위한 시설구축에 힘쓰고 있다.

■ 행정 역량

2019년 3월부터 KAIST 바이오및뇌공학과 학과장 보직을 수행하고 있으며, 공동연구, 교육, 국제협력 및 학과 행정분야에서 다양한 신사업을 적극적으로 발굴하여 진행하고 있다. 한국연구재단 선도연구센터사업, 범부처 의료기기사업 대응, 산업기술통상자원부 알케미스트 사업에 학과교수들이 공동으로 참여하는 대형과제 유치를 위한 노력을 장려하고 있으며, 교육환경개선을 위해 강의실 및 소형세미나실을 구축하였다. 특히, 코로나19 펜데믹에 적극 대응하기 위해 세미나실의 원격수업 시설구축, Webinar 형태의 학과 정기세미나 개최, 학부생 원격수업 설문조사를 통한 개선조치를 진행하고 있다. 또한 교수학습혁신센터-창의적 실험실습 콘텐츠 사업에 선정되어 차세대 시스템생명공학실험실습실 구축 및 온라인/오프라인 수업 콘텐츠 개발을 진행하게 되었다. 국제협력강화를 위해 스위스 취리히대학, 싱가폴 국립대학, MIT등 보스톤지역 대학등을 학과교수들과 함께 현지대학방문 또는 온라인 국제워크샵을 진행하고, MOU를 체결하고, 국제공동연구 및 학생교류를 장려하고 있다.

또한, 행정혁신을 위해 교원 승진/재임용/연봉제평가등 인사절차 개선, 학과 5대 연구분야에 맞는 최정상급 젊은 신임교수 발굴은 물론 여성/외국인 교수비율을 대학원 학생 성별, 외국인학생 수에 맞춰 적극적으로 개선해 나가고 있다. 2022년에는 신임교원 2인 충원(외국인 교원 1인 예정 포함)하였고 앞으로도 학과장으로서 본 교육연구단의 목표에 맞게 학과운영을 적극적으로 추진해 나갈 예정이다.

2. 대학원 학과(부) 소속 전체 교수 및 참여연구진

<표 1-1> 교육연구단 대학원 학과(부) 전임 교수 현황

학기 | 전체교수 수 | 참여교수 수 | 참여비율(%)

2020년 2학기 | 27명 | 24명 | 88.88

2021년 1학기 | 26명 | 23명 | 88.46

2021년 2학기 | 25명 | 22명 | 88.00

2022년 1학기 | 24명 | 22명 | 91.67

<표 1-2> 교육연구단 대학원 학과(부) 소속 전임 교수 변동 내역

연번 | 성명 | 변동 학기 | 전출/전입 | 변동 사유 | 비고

1 | | 2020년 2학기 | 전입 | 신임 교원(2020.09.01) | 전체, 참여교수(+1)

2 | | 2020년 2학기 | 전입 | 신임 교원(2020.12.01) | 전체, 참여교수(+1)

3 | | 2020년 2학기 | 전출 | 퇴직(2021.02.28.) | 전체, 참여교수(-1)

4 | | 2021년 2학기 | 전출 | 소속부서 변경(2022.01.03) | 전체, 참여교수(-1)

5 | | 2022년 1학기 | 전출 | 퇴직(2022.06.02) | 전체교수(-1)

6 | | 2022년 1학기 | 전출 | 정년(2022.08.30.) | 전체, 참여교수(-1)

7 | | 2022년 1학기 | 전입 | 신임교원(2022.09.01.) 예정 | 전체, 참여교수(+1)

<표 1-3> 교육연구단 대학원 학과(부) 대학원생 현황

참여인력구성 | 석사(전체 | 참여 | 참여비율) | 박사(전체 | 참여 | 참여비율) | 석박사통합(전체 | 참여 | 참여비율) | 계(전체 | 참여 | 참여비율)

2020년 2학기 | 77 | 73 | 94.8(%) | 135 | 88 | 65.18(%) | 11 | 10 | 90.9(%) | 223 | 171 | 76.68(%)

2021년 1학기 | 73 | 70 | 95.89(%) | 141 | 94 | 66.66(%) | 14 | 11 | 78.57(%) | 228 | 175 | 76.75(%)

참여교수 대 참여학생 비율 | (171+175)/(24+23)=7.36

2021년 2학기 | 78 | 70 | 89.74(%) | 147 | 100 | 68.03(%) | 16 | 12 | 75(%) | 241 | 182 | 75.52(%)

2022년 1학기 | 71 | 61 | 85.92(%) | 147 | 88 | 59.86(%) | 18 | 14 | 77.78(%) | 236 | 163 | 69.07(%)

참여교수 대 참여학생 비율 | 7.84

  *연구단장: 변경없음.

  *참여교수: 신청당시 전체 25명 중 22명 참여(88%) 이후 교수수 변동은 있었으나 88% 참여율 유지하였고, 2022.1학기에 미참여교수 1인 감소, 교체 1인 예정으로 최종 약 92% 참여함.

  *참여대학원생: 2021.2학기 참여교수 1인 소속변경 시 대부분의 지도학생이 소속변경 교수님의 공동지도학생으로 남게 되어 참여대학원생수가 다소 감소함.

3. 교육연구단의 비전 및 목표 달성정도

본 교육연구단은 인류와 국가가 당면한 여러 난제 해결을 통한 보다 나은 인간의 삶의 실현을 위해 혁신적인 바이오융합 지식과 기술의 창조를 목표로 생명과학/의과학과 정보, 전자, 나노 공학이 다학제적으로 융합된 바이오공학 분야를 국제적으로 선도할 창의적인 글로벌 리더를 양성하는 비전을 갖고 있다.

세계 저명 대학들 대상 벤치마킹 결과를 토대로 교육, 연구, 기술사업화 및 국제화 부분에서 지속적인 혁신을 통해 향후 10년 이내에 바이오공학 분야의 World Top 10 Department로 성장을 목표로 한다.

교육 분야에서는 바이오공학 융합 분야를 선도할 창의적인 글로벌 리더를 양성하기 위한 교육과정을 운영하였다. 바이오정보 시스템 (Bio-information System), 바이오전자 시스템 (Bio-electronic system), 바이오나노/마이크로시스템 (Bio-nano/micro system) 분야를 중심으로 교과목을 분류화하고, 각 분야 교과목의 교차이수 체계를 통한 유기적 학제간 교육과정을 운영하였다.

BIO와 IT 융합분야의 다양한 기술, 산업의 최신 경향들을 소개하여 여러 가지 사회문제 해결에 기여할 수 있는 교육 프로그램을 운영하고, 다학제 융복합 교육체계에 활발한 국제공동연구의 수행 및 적극적인 해외 우수학회 논문발표 지원을 통해 국제적인 역량을 높였다.

학과 대학원생들의 취업 실적은 총 4의 박사졸업생 중 4명이 취(창)업하였고 총 35명의 석사졸업생 중 27명이 학위과정 진학 및 5명 취(창)업으로 총 취업률 약 63%을 달성하였다.

연구 분야에서는 미래 바이오산업을 견인하는 요소기술 (IT, NT, CT)의 융합을 통해 핵심 플랫폼기술 (바이오의료 정보기술, 바이오 의료기기 및 의료영상, 생체 재료 및 재생기술)로 적극 활용하고 있고, 이러한 강점을 살려서 미래 바이오산업을 선도하기 위하여, 세가지 요소기술 (IT, NT, CT)에 있어서 기초과학 수준에서의 요소기술 융합연구를 활성화하여 다양한 연구결과물들을 창출하였다.

이러한 요소기술 수준의 다학제적 융합연구를 통하여 핵심 플랫폼기술 (바이오의료 정보기술, 바이오의료기기 및 영상기술, 바이오의료 재생기술)을 집중적으로 개발하였다.

당초 제안서 상 목표로 하였던 융합연구를 통한 새로운 패러다임 창출하는 우수한 연구결과들이 도출되고, 산업체와의 유기적인 피드백을 통한 바이오의료 융합기술의 실용화 및 상용화를 선도하는 것을 목표로 관련 다양한 특허 및 기술이전 실적들을 달성하였다.

바이오/뇌 이미징 기술, 바이오의료/신경 정보공학, 의료용 진단/치료기기 개발 분야에서 산업 및 사회 문제 해결을 위해 다양하게 기여하였다.

교육역량 영역

□ 교육역량 대표 우수성과

본 연구단은 다학제적, 심층 융합 연구의 최고 수준 인재 양성을 위한 교육을 진행해 오고 있다. 그 결과로 다양한 분야에서 기존 연구 패러다임을 재정의하는 우수 연구성과가 많이 나오고 있다. 그 중 학술적 가치가 매우 높은 대표 성과를 요약하면 아래와 같다.

○ 먼저 신경망에서 상위인지기능을 발생시키기 위해서는 반드시 데이터 기반 학습이 필요하다는 상식과 상반되는 시각을 제시함으로서 뇌인지과학 및 인공지능 분야 모두에 크게 기여하였다. 융합분야 최우수 학술지인 Nature Communications (IF: 17.694)에 출판되었다. 특히, 본 연구 결과는 2021 Nature Communications life and biological sciences 논문 Top 25에 선정되었다.

의료-인공지능 융합연구 대표성과로, 인공지능 모델 개발의 고질적 문제점이던 라벨 의존성을 크게 줄여, 의료영상에서 소수의 라벨 데이터 만으로도 지속적으로 스스로 성능을 진화시킬 수 있는 인공지능 알고리즘을 제안하였으며, 그 참신성을 인정받아 융합분야 최우수 학술지인 Nature Communications (IF: 17.694)에 게재되었다.

콜라겐 하이드로겔 기반 플랫폼에서 최종당화산물의 축적을 통해 섬유아세포의 기계적 신호 전달 반응을 관찰하였고, 최종당화산물의 가교를 끊어주는 약물과 세포의 기계적 반응을 차단하는 약물을 동시처리 했을 때, 암-관련-섬유아세포의 활성을 억제하는 효과를 얻어 암 치료에 적용될 수 있는 원천기술이 Acta Biomaterialia (IF: 10.633)에 출판되었다.

○ 학생의 융합연구 교육도 결실을 맺어 최우수 학회에서 선정된 바 있다. Diffusion model을 이용하여 zero-shot 셋팅으로 텍스트 기반 이미지 조작 방법을 제안하여, 딥러닝 기반의 이미지 조작의 광범위한 적용을 가능하게 한 연구는 컴퓨터 비전 분야 최고권위 학회 CVPR 2022에 채택되어 논문으로 출판되었다.

또한 높은 계산 효율적 적대적 기계학습 방법론을 개발하여 인공지능 우수학회인 ICCV에 구두 발표(Oral presentation, 선정률 3%)로 선정됨으로써 해당 연구의 창의성 및 혁신성을 입증하였다.

○ 특허 기술 대표 실적으로는 첫째, 중합효소연쇄반응 장치 및 이를 이용한 중합효소연쇄반응 방법 외 3개 기술이 ㈜오상헬스케어에 선지급금 1억원에 기술이전 되었다. 현장에서 코로나바이러스를 정확하고 빠르게 측정하기 위해서 현장진단형 분자진단시스템이 필요하며, 본 연구에서는 초고속 초소형 실시간 광열 PCR 시스템을 개발하여 코로나바이러스를 현장에서 10분 이내에 검출 가능함을 확인하였다. 나노플라즈모닉 광열효과와 알루미늄 카트리지, 마이크로렌즈 어레이 카메라 등의 고유 기술이 포함되었다.

또한 역노화 전략 기반 노인성 질환을 예방 및 극복할 수 있는 핵심 원천기술은 2021년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되었으며, ㈜아모레퍼시픽과의 산학협동연구 및 기술이전되어 실용화가 진행되고 있다. 관련 기술로서 동백추출물 기반의 실제 제품화(2022년 상품출시예정)로 발전시킬 수 있는 실용적 분자타겟을 제시하였고, ㈜아모레퍼시픽에 1.5억에 기술이전 되었다.

1. 교육과정 구성 및 운영

1.1 교육과정 구성 및 운영 현황과 계획

■ 교과과정 운영 실적

○ 바이오공학 융합 분야를 선도할 창의적인 글로벌 리더를 양성하기 위한 교육과정 운영하였다.

○ 바이오의료/공학 분야 다양한 전공의 교수진 구성. 2021(가을)-2022(봄)학년도 총 21과목의 교과목 개설, 운영하였다.

○ 바이오정보 시스템 (Bio-information System), 바이오전자 시스템 (Bio-electronic system), 바이오나노/마이크로시스템 (Bio-nano/micro system) 분야를 중심으로 교과목을 분류하하고, 각 분야 교과목의 교차이수 체계를 통한 유기적 학제간 교육과정 운영하였다.

○ 총 4개 주제에 대하여 *BiS800 Special Lecture 과목을 개설하여 바이오의료/공학 분야의 최신기술 소개, 관련 산업계 동향을 소개하였다: <Biosensor and Lab-on-a-chip>, <Machine Learning for Medical Image Analysis>, <Methods in Functional Genomics and Computational>, <Micro-nano Fabrication and Materials for Bio and Brain>

○ 석박사 과정 학생들이 중심이 되어 진행하는 BiS987 바이오융합 세미나 (Biofusion Seminar)를 통하여 다양한 분야의 연구를 수행하는 학생들 간의 교류 활성화. 봄학기, 가을학기 각각 개설하였다.

전임교수 대학원 강의 실적(최근 1년 이내, 2021.9.1.-2022.8.31.)

담당교수 | 과목번호 | 분반 | 과목명 | 개설년도 | 개설학기 | 영어강의 여부

이승구 외 | BiS502 | | 생물분석기술 | 2021 | 가을학기 |

피오릴로 | BiS527 | | Theory of Brain Function | 2021 | 가을학기 | Y

장무석 | BiS553 | | Biophotonics | 2021 | 가을학기 | Y

최명철 | BiS575 | | Nanobiophysics | 2021 | 가을학기 | Y

이수현 | BiS628 | | Learning and Memory Systems | 2021 | 가을학기 | Y

이도헌 | BiS631 | | Data Mining | 2021 | 가을학기 | Y

백세범 | BiS652 | | Human Visual Model | 2021 | 가을학기 | Y

박지호 | BiS773 | | Nanotechnology in Medicine | 2021 | 가을학기 | Y

박제균 | *BiS800 | A | Special Lecture in Bio and Brain engineering<Biosensor and Lab-on-a-chip> | 2021 | 가을학기 | Y

예종철 | *BiS800 | B | Special Lecture in Bio and Brain engineering<Machine Learning for Medical Image Analysis> | 2021 | 가을학기 | Y

이상완, 김철, 박성홍, 장무석, 최명철 | BCE501 | | 뇌인지공학 Ⅱ | 2021 | 가을학기 | Y

김철 | BCE770 | | 뇌-기계 인터페이스 | 2021 | 가을학기 | Y

이상완 | BCE772 | | 뇌-모방 인공지능 | 2021 | 가을학기 | Y

정재승 | BiS525 | | Brain Dynamics | 2022 | 봄학기 | Y

박영균 | BiS526 | | Methods in Neuroscience | 2022 | 봄학기 | Y

박제균 | BiS571 | | BioElectroMechanics | 2022 | 봄학기 | Y

김동섭 | BiS633 | | Bio-Intelligence | 2022 | 봄학기 | Y

남윤기 | BiS752 | | Neural Engineering | 2022 | 봄학기 | Y

이영석 | *BiS800 | A | Special Lecture in Bio and Brain engineering<Methods in Functional Genomics and Computational> | 2022 | 봄학기 | Y

박성준 | *BiS800 | B | Special Lecture in Bio and Brain engineering<Micro-nano Fabrication and Materials for Bio and Brai> | 2022 | 봄학기 | Y

피오릴로, 박성준, 박영균, 백세범, 이수현, 정용 | BCE500 | | 뇌인지공학 Ⅰ | 2022 | 봄학기 | Y

석사/박사 과정 학생들이 중심이 되어 바이오-의료 융합 분야 세미나

개설년도 | 개설학기 | 과목명 | 강:실:학 | 담당교수 | 영어 | 강의유형 | 수강인원 | 강의시간

2021 | 가을학기 | Biofusion Seminar | 1.0:0:1.0 | 김철 | Y | (온라인)실시간 원격수업 | 70 | 월 16:00~17:00

2022 | 봄학기 | Biofusion Seminar | 1.0:0:1.0 | 이영석 | | EDU 4.0Q, 하이브리드(대면/비대면 동시진행) | 68 | 월 16:00~17:00

■ 강의평가 운영 실적

○ 개설된 모든 교과목을 대상으로 과목별 강의 평가 운영. 평가 결과와 종합 의견을 온라인상에서 즉시 열람할 수 있도록 하여 신속한 피드백이 이루어지도록 운영하였다.

○ 중간 강의평가 4월, 10월 중순 실시. 최종 기말 강의평가 6월, 11월말 시행하였다.

○ 강의 평가에 의한 교육의 질을 재고하였다.

▸2021 가을학기: 개설과목수 (500 단위 이상) 13개 중 12개, 평균 강의평점: 4.43/5.00

▸2022 봄학기: 개설과목수 (500 단위 이상) 8개 중 6개, 평균 강의평점: 4.28/5.00

■ 공통필수과목 및 윤리교육 강의 실적

○ 공통필수과목으로서, 과학기술자의 전문활동에 필요한 영어논술을 다루는 "Scientific writing"과, 연구윤리, 실험실 안전, 리더십 등을 포괄하는 "윤리 및 안전" 과목이 2009학년도 봄학기부터 학교차원에서 개설되어 운영되고 있다.

1.2 과학기술‧산업‧사회 문제 해결과 관련된 교육 프로그램 현황과 구성 및 운영 계획

■ 초청 세미나 및 국제워크샵 운영 실적

○ BIO와 IT 융합분야의 다양한 기술, 산업의 최신 경향들을 소개하여 여러 가지 사회문제 해결에 기여할 수 있는 교육 프로그램 운영하였다.

○ 총 40회에 걸쳐 국내외 연구자, 기업가 등을 초청하여 학과 세미나, 국제 공동 워크샵및 특별세미나를 개최하였다. (학과 정기세미나 23회, Inspiration Talk 및 Webinar Series 등 14회, 국제 공동워크샵 3회)

○ 다양한 교육의 국제화 활동 지원: 다학제 융복합 교육체계에 활발한 국제공동연구의 수행 및 적극적인 해외 우수학회 논문발표 지원을 통해 국제적인 역량을 높였다.

다양한 과학기술, 산업, 사회의 문제 해결을 위한 산업체와의 업무협약

20220323 | ㈜아이메디신-KAIST 바이오및뇌공학과, 업무협약 체결

 | 뇌파를 실시간 처리해 다양한 BCI(Brain Computer Interface) 개발 협력을 위한 업무협약으로 (주)아이메디신의 기술력과 관련 연구 분야의 혁신을 선도하고 있는 KAIST 바이오및뇌공학과의 협업을 통한 연구 시너지 창출을 목적으로 추진되었다. ►관련기사: http://www.veritas-a.com/news/articleView.html?idxno=409792

학과 정기세미나

20210901 | 김철홍 | 교수 | POSTECH 전자전기공학과/IT융합공학과/기계공학과 | Multi-modal Imaging: Photoacoustic Imaging Plus More

20210908 | 안상욱 | 전략사업부문장 | 바텍이우 홀딩스 | 소규모 벤처기업에서 글로벌 히든 챔피언으로: 바텍의 성장비결

20210915 | 송재진 | 교수 | 분당서울대학교병원 | Fuctional Neuroimaging Approach to Unveil the Pathogenesis of Phantom Auditory Perception, a.k.a. Tinnitus

20210929 | 배상수 | 교수 | 한양대학교 화학과 | Current Status and Challenges in Genome Editing

20211006 | 주진명 | 교수 | UNIST 바이오메디컬공학과 | Nanoparticle that Interacts with Host Biology: Toward Targeted Drug Delivery and Precision Medicine

20211013 | Bruno Averbeck | Section Head | US NIMH/NIH | Computational Mechanisms and Neural Systems Underlying Reinforcement Learning

20211027 | 최두섭 | Professor | Mayo Clinic College of Medicine and Science | Neuroscience of Breaking the Bad Habit: Molecular and Computational Approached Focusing on Striatum-Pallidal Circuits

20211103 | Morris Mscovitch | Professor | University of Toronto | Memory Systems Consolidation and Re-organization

20211110 | Casey Greene | Professor | University of Coorado School of Medicine | Machine Learing Approached to Uncover Targets and Stratify Patients

20211117 | 정의헌 | 교수 | GIST 의생명공학과 | Translational Neurophotonics: Imaging and Manipulating the Brain in vivo.

20211124 | 서정목 | 교수 | 연세대학교 전기전자공학과 | 면역위장 생체재료를 이용한 삽입한 의료기기 부작용 방지 기술

20220302 | 백세범 | 교수 | KAIST 바이오및뇌공학과 | A New Approach to Brain Function with Theoretical and Computational Models

20220316 | 고용송 | 교수 | POSTECH 생명과학과 | NanoCosmos: Extracellular Vesicles as Small Biological Systems for a Bigger Impact on Medicine

20220323 | 이정훈 | Professor | Dept. Radiation Oncology & Molecular Radiation Sciences, Johns Hopkins University | Artificial Intelligence in Image-Guided Radiation Therapy

20220330 | 이성환 | 교수 | 고려대학교 인공지능학과 | 인공지능과 뇌공학의 만남: 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술

20220406 | Hongwei Dong | Professor | Dept. Neurobiology, UCLA | The mouse Cortico-Basal Ganglia-Thalamic Network

20220413 | 곽노준 | 교수 | 서울대학교 지능정보융합학과 | 딥러닝 기반 물체검출

20220427 | 강태준 | 박사 | 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 | Convergence Bionanotechnology for Disease Diagnosis

20220504 | 권준수 | 교수 | 서울대학교 의과대학 신경정신과/뇌인지과학과 | Thalamic Connectivity System across Psychiatric Disorders

20220511 | 박재성 | 교수 | POSTECH 기계공학과 | Exosome Engineering in Diagnosis and Therapy

20220518 | Okihide Hikosaka | 박사 | National Eye Institute(NEI), National Institute of Health | Basic Mechanism of Eye Movement in the Brainstem

20220525 | 신인호 | 소장 | 미래육군과학기술연구소 | 과학기술과 안보

20220608 | 조영호 | 교수 | KAIST 바이오및뇌공학과 | 40-Year Research Journey Map: Stream amd Trasition of Research Topics, Methods and Goals

연구 분야별 특별 세미나 시리즈

Inspiration Talk Series | 20210901 | 김철홍 | 교수 | POSTECH 전자전기공학과/IT융합공학과/기계공학과 | Multi-modal Imaging: Photoacoustic Imaging Plus More

Inspiration Talk Series | 20210908 | 안상욱 | 전략사업부문장 | 바텍이우 홀딩스 | 소규모 벤처기업에서 글로벌 히든 챔피언으로: 바텍의 성장비결

Inspiration Talk Series | 20210929 | 배상수 | 교수 | 한양대학교 화학과 | Current Status and Challenges in Genome Editing

Inspiration Talk Series | 20211027 | 최두섭 | 교수 | Mayo Clinic College of Medicine and Science | Neuroscience of Breaking the Bad Habit: Molecular and Computational Approached Focusing on Striatum-Pallidal Circuits

Inspiration Talk Series | 20211103 | Morris Moscovitch | Professor | University of Toronto | Memory Systems Consolidation and Re-organization

Inspiration Talk Series | 20211110 | Casey Greene | Professor | University of Coorado School of Medicine | Machine Learing Approached to Uncover Targets and Stratify Patients

Webinar Series | 20211210 | Ain Chung | Ph.D | Center for Neural Science, New York University | Neurobiology of Learning to Learn

Webinar Series | 20220125 | Surl-Hee Ahn | Ph.D | University of California San Diego | Building the lens of a computational microscope to study proteins and biomolecules

Webinar Series | 20220207 | Moon Kee Choi | 교수 | UNIST Department of Materials Science and Engineering | Ultrathin flexible optoelectronic devices for wearable/implantable applications

Special Seminar | 20200713 | Jaeyoun Kim | Professor | Dept. Electrical & Computer Engineering, Iowa State University | Light-Controlled Capillary Force Lithography for Sub-10-nm Resolution Grayscale Printing of Metasurfaces

Special Seminar | 20220714 | Shadi A. Dayeh | Professor | Dept. Electrical and Computer Engineering, UC San Diego | Mapping the Huma Brain with High Spatiotemporal Resolution

Special Seminar | 20220804 | Taehoon Shin | Professor | Division of Mechnical and Biomedical Engineering, Ewha Woman University | Velocity-selective MR Angiohraphy

Webinar Series | 20220819 | 김헌석 | Ph.D. | Stanford University School of Medicine | Single-cell characterization of CRISPR-perturbed transcripts with nanopore sequencing

Webinar Series | 20220826 | 백인화 | Ph.D. | Biological Chemistry and Molecular Pharmacology | Engineering a cell fate with geme expression regulators

국제 공동워크샵 운영

20210827 | KAIST-HUST Bioengineering Joint Workshop | KAIST, HUST(Hanoi University of Science & Technology BME) - Jong Chul Ye, Yoonkey Nam, Chul Kim, Nguyen Minh Duc, Nguyen Viet Dung, Han Huy Dung

20211022 | The 2nd KAIST BBE-SJTU BME Symposium | KAIST BBE, SJTU BME - Ki-Hun Jeong, Chul Kim, Seongjun Park, Shanbao Tong, Hao He, Feng SHEN

20211210 | The 2021 KAIST-Boston Symposium on Digital Therapeutics | LUMINOPIA, NOOM., BRIGHAM AND WOMEN'S HOSPITAL, KAIST - Scott Xiao, Youngin Paul Kim, Haipeng Mark Zhang, Doheon Lee, Sue-Hyun Lee, Young Jeong, Sang Wan Lee, Ki-Hun Jeong, Young-Suk Lee

2. 인력양성 계획 및 지원 방안

2.1 최근 1년간 대학원생 인력 확보 및 배출 실적

<표 2-1> 교육연구단 소속 학과(부) 대학원생 확보 및 배출 실적

확보(재학생)

구분 | 석사 | 박사 | 석·박사 통합 | 계

2020년 2학기 | 77 | 135 | 11 | 223

2021년 1학기 | 73 | 141 | 14 | 228

                  계 | 150 | 276 | 25 | 451

2021년 2학기 | 78 | 147 | 16 | 241

2022년 1학기 | 71 | 147 | 16 | 234

                  계 | 149 | 294 | 32 | 475

배출(졸업생)

2020년 2학기 | 21 | 11 | | 32

2021년 1학기 | 11 | 8 | | 19

계 | 32 | 19 | | 51

2021년 2학기 | 25 | 9 | | 34

2022년 1학기 | 11 | 15 | | 26

계 | 36 | 24 | | 60

2.2 교육연구단의 우수 대학원생 확보 및 지원 계획

■ 대학원생 선발 입시 운영 실적

○ 2022 가을학기 모집: 2022년 4월, 2023 봄학기 모집: 2022년 6월 입시 운영하였다.

○ 신입생 선발과정을 1단계 서류심사 – 2단계 면접전형으로 2원화 하여, 서류심사에서 심사위원의 풀을 강화하고, 다양한 평가 요소들에 대한 종합 점수를 고려하여 선발된 지원자에 한하여 다시 전문성 면접을 실시하여, 융합인재로서의 가능성과 다양성을 동시에 평가하는 입시 시스템을 운영하였다.

■ 대학원생 학사 운영 실적

○ 연 2회 대학원 신입생 오리엔테이션 실시를 통해 체계적인 학사관리를 위한 과정별 안내하였다.

○ 6월, 12월 중 석사과정 학생들의 학위논문심사 실시하였다.

○ 8월, 2월 중 박사과정 학생들을 대상으로 자격시험 실시하였다.

○ 5월, 11월 중 박사학위 졸업 대상 학생들의 논문심사 실시하였다.

2.3 참여대학원생의 취(창)업의 질적 우수성

<표 2-2> 2021년 8월 및 2022년 2월 졸업한 교육연구단 소속 학과(부) 참여대학원생 취(창)업률 실적

구분 | 학위 | 졸업자 | 진학자(국내 | 국외) | 입대자 | 취업대상자 | 취업자 | 취업률(석박사합계기준)

2021년 2월 졸업자 | 석사 | 20 |( 12 | 0 )| 0 | 8 | 4 | 63.63(%)

2021년 2월 졸업자 | 박사 | 3 |( - | - )| 0 | 3 | 3 | (%)

2021년 8월 졸업자 | 석사 | 11 |( 9 | 0 )| 0 | 2 | 0 | 33.33(%)

2021년 8월 졸업자 | 박사 | 1 |( - | - )| 0 | 1 | 1 | (%)

2022년 2월 졸업자 | 석사 | 24 |( 17 | 1 )| 0 | 6 | 5 | 88.88(%)

2022년 2월 졸업자 | 박사 | 3 |( - | - )| 0 | 3 | 3 | (%)

■ BK참여대학원생들의 취업 실적

○ 2021년 8월 및 2022년 2월 학과전체 졸업생 박사 17명, 석사 36명 중에서 BK참여대학원생 졸업생은 박사 4명, 석사 35명이다. 총 4명의 박사졸업생 중 4명이 취업하여 100% 취업률을 보였고, 총 35명의 석사졸업생 중 27명이 학위과정 진학, 5명 취업으로 진학률 약 77%, 취업률 약 63%를 보였다.

○ 진학 및 취업자 총 36명의 주요 기관은

▸박사 졸업생의 경우(4) : Siemens-Healthineers(미국), 삼성전자(2), 기초과학연구원(1)

▸석사 졸업생의 경우(32) : Rice University 진학(미국), 한국과학기술원 진학(24), 서울대 진학(2), 취업(엠디뮨, ㈜큐노바, 네이버 AI 랩, 3billion. Inc, 한국과학기술원)

등 최고 수준의 우수 연구기관/ 기업에 취업하였거나 연구분야와 최적합한 벤쳐기업에 취업한 것으로 확인되었다.

■ 2021.8월 및 2022.2월 대표적 취(창)업 사례

연번 | 졸업연월 | 수여학위 | 현 직장 및 직위 | 취업의 우수성

1 | 2022.2. | 박사 | 삼성전자 / 연구원 | 국내 최고의 대기업 삼성전자의 반도체 혁신센터에 Staff Engineer로 취업하여 전공지식을 살려 딥러닝을 통한 반도체 영상분석 연구 수행하였다.

2 | 2022.2. | 석사 | 엠디뮨 | 석사과정때 수행한 다양한 연구경험을 바탕으로 엑소좀 기반 치료제를 개발하는 벤처회사에 취업하였다.

3 | 2022.8. | 박사 | 스마일게이트 홀딩스 / 대리 | 학위과정을 졸업하고 수리적 모델링 및 데이터 분석 전문성을 살려 국내의 대표적인 게임 회사인 스마일게이트 홀딩스에 전략기획 및 데이터분석 직무로 취직하였다.

4 | 2022.2. | 박사 | Siemens-Healthineers / Senior AI Scientist | 졸업 한 후, Siemens Healthineers의 digital technology innovation - image reconstruction (DTI-REC) 팀에서 MR 영상의 distortion correction 방법에 대한 딥러닝 연구를 하고 있다.

5 | 2022.2. | 석사 | ㈜큐노바 / 연구원 | 시너지정보학 연구실 석사과정 졸업 김경실 학생 졸업 후 3월 ㈜큐노바 에 취업. 연구실 연구 분야인 정보학 기반 신약 개발 전공을 살려, ㈜큐노바에서 Quantum Bioengineer 직책을 맡아 근무 중이다.

6 | 2022.2. | 석사 | 네이버 AI 랩 / 연구원 | 인간의 고위수준 인지기능 중 하나인 유비추론 기계학습 모델로 구현하였고, 네이버 AI랩에서도 관련된 연구를 진행 중이다.

7 | 2022.2 | 석사 | 3billion. Inc. / 연구원 | 졸업 후 전공을 살려 AI 기반 국내 희귀 질환 진단 기업 쓰리빌리언에 Bioinformatics Engineer로 취업하여, 환자의 유전체 서열 데이터를 이용하여 희귀 질환을 진단하는 AI 기반 파이프라인이 잘 작동할 수 있도록 데이터를 관리하는 역할을 하고 있다.

3. 참여대학원생 연구실적의 우수성

① 참여대학원생 저명학술지 논문의 우수성

■ 융합 연구 (참여와 교과목의 연계 + 연구 교류 프로그램) x 새로운 패러다임 창출 (실패할 가능성이 있으나 가치있는 연구)

○ 융합 연구에 집중할 수 있는 환경을 조성함과 동시에 활발한 연구참여에 대한 동기 부여. 현재 운영 중인 연구 교과목을 기반으로 발전 관련 지식습득과 연구 진행이 긴밀하게 연결하였다.

○ 그 결과로 당초 제안서 상 목표로 하였던 융합연구를 통한 새로운 패러다임 창출하는 우수한 연구결과들이 도출되었다.

연번 | 학위(과정) | 학위(과정) | 저널논문 | 대표연구업적물 상세내용

1 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Enhancement of Thermoplasmonic Neural Modulation Using a Gold Nanorod-Immobilized Polydopamine Film, ACS Applied Materials & Interfaces, 14(21) 24122-32, 2022 | 새로운 바이오 뇌공학 신경치료기술 개발을 위하여, 광열신경자극 재료의 성능을 폴리도파민이라는 물질과 금나노막대를 조합하여 개선하는 기술을 개발하였다. IF(2021): 10.383

2 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Face detection in untrained deep neural networks, Nature Communications, 12(1), 1-15, 2021 | 본 연구는 학습 과정을 전혀 거치지 않은 신경망에서 얼굴을 인식하는 뉴런이 발생할 수 있음을 보인 계산신경과학적 모델링 연구임. 본 연구 결과는 신경망에서 상위인지기능을 발생시키기 위해서는 반드시 데이터 기반 학습이 필요하다는 상식과 상반되는 시각을 제시함으로서 뇌인지과학 및 인공지능 분야 모두에 크게 기여하였다. (피인용수 22년 07월 현재 4회, Google Scholar; 2021 Nature Communications life and biological sciences 논문 Top25 선정; IF(2021): 17.694)

3 | 석사과정 | 재학 | 저널논문 | , Miniaturization for wearable EEG systems: recording hardware and data processing, Biomedical Engineering Letters, 12(3), 239-250, 2022 | 소형화 기술은 미래의 웨어러블 의료 뇌파(EEG) 시스템 개발에 필수적이다. 이를 위해서는 반도체 집적회로 칩 설계를 통한 하드웨어의 소형화와 유의미한 뇌 정보를 얻기 하기 위한 고성능 신호 처리 알고리즘이 필연적으로 요구돈다. 본 논문은 이러한 두 가지 측면에 대한 전문지식을 동시에 알려주며, 미래지향적 초소형 EEG 시스템 개발을 위한 전자회로 설계 및 컴퓨터 프로그래밍 분야에 선구적인 역할을 수행할 수 있다. (IF2021: 3.92)

4 | 박사과정, 석사과정 | 재학 | 저널논문 | , Droplet contact-based spheroid transfer technique as a multi-step assay tool for spheroid arrays, Lab Chip, 21 (21), 4155-4165, 2021 | 본 연구는 액적접촉 기반 스페로이드 형성 및 이식 기술을 활용하여 기존의 스페로이드 조작방식에서 흔히 일어나는 스페로이드 손상을 최소화하고 사용자의 편의성을 증진하였다. 본 기술로 유방암 스페로이드의 clearing을 위한 여러 시료처리 단계를 진행하고 네 가지 clearing 용액을 평가하였다. -Google Scholar 기준 피인용수: 2회 -2021 기준 IF: 7.517

5 | 박사과정,석사과정,박사과정 | 재학 | 저널논문 | , The Common Effects of Sleep Deprivation on Human Long-Term Memory and Cognitive Control Processes, Frontiers in Neuroscience, 16, 2022 | 본 논문은 sleep deprivation이 사람의 장기기억과 인지조절과정에 미치는 영향들이 기술된 연구들에서 공통적으로 나타나는 특징들을 정리했다. 또, 이러한 영향이 실제 뇌의 각 영역에서 어떤 결과로 나타나는지를 바탕으로 추후에 이어질 연구의 방향성을 제시할 수 있었다. 그 외에 sleep deprivation을 유발하는 외부 요소들 중 빛이 끼치는 영향을 정리하고, 실생활에서 이를 해결하기 위한 사례들을 소개하였다. - IF2021: 5.152 (WoS)

6 | 석사과정 | 재학 | 저널논문 | , Handheld laser scanning microscope catheter for real-time and in vivo confocal microscopy using a high definition high frame rate Lissajous MEMS mirror, Biomedical Optics Express, 13(3), 1497-1505, 2022 | 리사쥬 MEMS 거울 기반 실시간 핸드헬드 공초점 현미경 개발 및 동물 실험 검증 관련 논문이다. IF(2021): 3.562

7 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , An enhanced variant effect predictor based on a deep generative model and the Born-Again Networks, Scientific reports, 11, 19127, 2021 | 본 논문에서는 단일 아미노산 변이의 유해성 (deleteriousness)을 예측하기 위한 새로운 딥러닝 모델(MTBAN)을 제시하였다. 현재 해당 모델은 사용이 편리한 웹 서버 (http://mtban.kaist.ac.kr)를 통하여 자유롭게 변이 영향 예측에 이용 가능하다. MTBAN은 비지도학습 모델로써 학습 과정에서 multiple sequence alignment 만을 이용하여 학습하며, labelled 변이 데이터를 사용하지 않기 때문에 benchmark study에서 예측 성능이 과대평가 되는 문제에서 자유롭다. 또한 MTBAN은 이전에 동일 저자가 발표한 deep generative model 기반 모델인 mutationTCN과 최신 기계학습 기법인 Born-Again Networks 기법을 합한 모델로써, 기존 모델보다 더욱 우수한 성능을 보인다. 본 연구에서 개발한 MTBAN 모델은 유전 질병과 관련된 변이의 identification과 prioritization에 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

■ 산업체 및 병원과 연구의 연계 운영 (산업체-학교-연구소-병원)

○ 당초 제안서 상 목표로 하였던 바이오 공학과 산업체-병원 연계 연구를 활발히 진행하였다.

○ 산업체, 병원과의 공동연구 및 데이터를 활용하여 도출된 실적이다.

연번 | 학위(과정) | 학위(과정) | 저널논문 | 대표연구업적물 상세내용

1 | 박사과정, 석사과정,박사과정 | 재학 | 저널논문 | , , Nature Communications, 13:3848 (2022), 2022 | 해당 연구는 인공지능 모델 개발의 고질적 문제점이던 라벨 의존성을 크게 줄여, 의료영상에서 소수의 라벨 데이터 만으로도 지속적으로 스스로 성능을 진화시킬 수 있는 인공지능 알고리즘을 제안하였으며, 그 참신성을 인정받아 Nature 자매지인 Nature Communications에 게재되었다. IF(2021): 17.694

2 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Targeting Extracellular Matrix Glycation to Attenuate Fibroblast Activation, Acta Biomaterialia, 141, 255-263, 2022 | 콜라겐 하이드로겔 기반 플랫폼에서 최종당화산물의 축적을 통해 섬유아세포의 기계적 신호 전달 반응을 관찰하였다. 최종당화산물의 가교를 끊어주는 약물과, 세포의 기계적 반응을 차단하는 약물을 동시처리 했을 때, 암-관련-섬유아세포의 활성을 억제하는 효과를 관찰하였다. 암 치료 적용을 희망하고 있다. Acta Biomaterialia Impact Factor(2021): 10.633

3 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Rapid meniscus-guided printing of stable semi-solid-state liquid metal microgranular-particle for soft electronics, NATURE COMMUNICATIONS, 13(1), 2022 | 해당 논문은 안정성 및 전도성을 극도로 높인 액체 금속을 개발하고, 해당 재료를 바이오메디컬 디바이스의 제작에 활용하기 위한 공정을 탐구한 내용이다. 해당 연구는 기존에 존재하지 않는 역할과 특성을 가진 재료를 사용함으로써 최근 떠오르고 있는 바이오공학 및 뇌공학 필드의 새로운 장을 열 수 있는 연구로 판단된다. 이러한 연구의 창의성, 혁신성 뿐만 아니라 실제 생활에 적용될 수 있을 정도로 우수한 적용성을 보여준다는 점에서 본 연구가 큰 의의를 가진다고 할 수 있다. IF(2021): 17.694

4 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Measurement of CSF Pulsation from EPI-based Human fMRI, NeuroImage, 257:119293, 2022 | 기존 fMRI 촬영기법으로 추가 데이터 획득없이 뇌척수액의 pulsation을 측정할 수 있는 분석 기법을 제시하였다. 기존에 다른 목적으로 얻어진 fMRI 데이터에 본 분석 기법을 적용하면 뇌척수액의 pulsation을 추가로 측정할 수 있으므로 impact가 높을 것으로 예상하고 있다. NeuroImage 저널의 2021년 IF는 7.400 이다.

5 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Coimmunomodulation of tumor and tumor-draining lymph nodes during in situ vaccination promotes antitumor immunity, JCI Insight, 7(12), e146608, 2022 | 종양과 종양부위림프절에 면역조절약물을 동시에 전달시킬 수 있는 약물전달시스템을 개발하여 항암면역치료 효과를 향상시킨 연구 결과이다. (IF2021: 9.484)

6 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Trifluoperazine and Its Analog Suppressed the Tumorigenicity of Non-Small Cell Lung Cancer Cell; Applicability of Antipsychotic Drugs to Lung Cancer Treatment, Biomedicines, 10(5), 1046, 2022 | 폐암은 전 세계적으로 발병률과 사망률에 있어 가장 높은 수준에 위치하고 있는 암종으로 생존기간 증대 및 완치를 위한 치료제 개발의 필요성이 크다. 최근 연구에 따르면 다양한 항정신병제제가 항암 효능을 가질 것이라는 연구가 지속적으로 제기되어 온 바 있다. 본 연구에서는 항정신병제제인 TFP와 해당 약물의 유도체인 3dc를 인간 폐암 세포주인 A549에 처리하였을 때 세포주 내 칼슘 농도 조절 및 신호전달 체계에 작용함으로써 암 세포 생존 억제 및 세포 사멸 유도 효과를 가짐을 확인하였으며, 폐암 유도 생쥐 모델에 해당 약물들을 처리하였을 때 암 세포의 생존 및 전이를 대조군에 비하여 효과적으로 억제하는 것을 확인하였다. 세포 및 동물 모델에서의 효능에 더하여 비소세포성 폐암 환자에서 TFP 기전 연관 핵심 유전자 발현 시그니처와 관련 기전 유전자 발현 패턴이 환자 생존 기간에 유의하게 연관된 것을 확인하였다. 본 연구를 통하여 비소세포성 폐암의 치료제 개발을 목적으로 기존의 항정신병 약물로 시판되어 사용되고 있는 Trifluoperazine (TFP) 및 해당 약물의 유도체가 질병 세포주 모델 및 동물 모델에서 효능을 가지며, 연관 기전을 매개하여 항정신병 약물을 항암제로 재창출할 수 있을 가능성을 제시하였다. IF(2021) 4.757

7 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Computational Discovery of Cancer Immunotherapy Targets by Intercellular CRISPR Screens , FRONTIERS IN IMMUNOLOGY, 13, 2022 | 현존하는 면역항암제는 일부 환자에게만 효과가 있으며, 따라서 새로운 면역항암제 타겟이 요구되고 있음. 본 연구에서는 T세포와 유방암 세포에 크리스퍼 screen을 수행한 데이터를 활용하여 세포 간 상호작용이 면역항암제의 타겟으로 활용될 수 있는지 평가하였다. 본 연구 결과는 향후 면역항암제의 새로운 타겟 발굴에 활용될 수 있을 것이라 기대된다. (IF2021: 8.786)

8 | 박사 | 졸업 2021.08.20 | 저널논문 | , Increased capillary stalling is associated with endothelial glycocalyx loss in subcortical vascular dementia, Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, 42(8), 2022 | 대뇌의 정상적인 기능을 위해서는 미세혈류순환의 건강한 작동이 필수적이다. 본 연구에서는 기존 방법론들로는 해결하지 못한 피질하혈관성치매에 대한 문제를 다양한 이미징 기법들의 창의적인 도입을 통해 해결한 사례이다. 본 연구의 핵심 주제는 생체형광현미경 이미징을 통한 혈관내피다당질과 일시적혈관막힘 간 관계인데, 본 연구에서는 일시적혈관막힘 현상의 다양한 생물학적 원인들(혈관내피다당질의 붕괴, 백혈구 막힘 등)이 규명되었다. 이러한 결과는 피질하혈관성치매의 바이오마커 발굴로 이어졌을 뿐 아니라, 대뇌미세순환조절과 관련한 여러 질병들의 치료표적인자의 발굴에 새로운 가능성을 제시한 것이다. 본 연구의 우수한 성과는 Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism(IF2021: 6.260)에 게재되는 것으로 인정받았고, 출판 이후 반 년 만에 10회가 인용되는 등(2022-07-19, Google Scholar 기준) 가열한 후속연구들을 낳고 있다.

9 | 박사과정 | 재학 | 저널논문 | , Gene essentiality for tumour growth influences neoantigen-directed immunoediting, Clinical and Translational Medicine, 12(1), e714, 2022 | 최근 각광을 받고 있는 면역항암치료 방법 중에서도 최신 방법론인 neoantigen cancer vaccine을 선별함에 있어서 유전자 기능의 중요성을 밝힌 연구로서 본 교육연구단 목표와 부함되는 창의성, 혁신성 높은 연구 성과이다. (IF2021=8.554)

■ 연구단 학생연구실적 평균은 사업신청서의 학생실적 인정기준은 참여대학원생이 없으므로 소속학과의 졸업생실적을 기준으로 하였다. 그러나 사업선정 이후에는 참여대학원생이 있으므로 최근 2년간 이들의 논문발표 실적을 조사하고, 이전 BK플러스사업의 참여대학원생 실적과도 비교하여 보았다.

※ 학생실적 인정기준: 사업신청서는 해당기간 졸업생의 재학~2019.12.31.사이 실적을 기준으로 하였으나, 자체평가는 참여대학원생 참여기간 동안 실적 및 참여대학원생 중 졸업 후 실적(최근 2년간) 인정함.

* 당초 BK플러스사업 논문당 실적작성기준은 환산논문 1편이었으나, 4단계사업 논문당 실적작성기준은 논문 1편으로 변경되었기에 기존 BK플러스사업 실적을 재계산함.

** 2020.9-2021.8 참여대학원생 수=(171+175)/2=173

*** 2021.9-2022.8 참여대학원생 수=(182+163)/2=172.5

# 2020.9-2021.8 실적은 자체평가이후 출판된 해당기간 실적 추가함.

# 최근2년간 실적의 IF, ES값은 JCR2021, FWCI값은 SciVal 사이트에서 검색하여 참조함(2022.7.22.기준)

<BK플러스사업 참여대학원생 실적 대비 4단계 BK21사업 참여대학원생의 환산 편수, 환산보정 피인용수(FWCI), 환산보정 IF, 환산보정 ES>

구분 | BK플러스사업 실적 | 4단계 BK21사업 자체평가 (2021) | (2022)

구분 | 2013.9-2019.8(6년간) | 2020.9.-2021.8(12개월) | 2021.9-2022.7(11개월)

논문편수

대표논문 총 편수 | 279 | 55 | 44

대표논문 환산 편수의 합 | 80.9848 | 14.0642 | 14.2643

평가 대상 1인당 대표논문 환산 편수 | 0.1033 | 0.0813 | 0.0827

피인용수

보정 피인용수(FWCI) 값이 있는 논문의 총 편수 | X | 54 | 42

보정 피인용수(FWCI) 의 합 | X | 99.24 | 46

환산 보정 피인용수(FWCI) 합 | X | 16.2039 | 15.1338

대표논문 1편당 환산보정 피인용수(FWCI) | X | 0.3001 | 0.3603

평가 대상 1인당 환산보정 피인용수(FWCI) 합 | X | 0.0937 | 0.0877

Impact Factor

IF=0이 아닌 논문 총 편수 | 80.9848 | 55 | 44

IF의 합 | X | 572.342 | 395.884

환산보정 IF의 합 | 52.70438 | 9.9209 | 11.3833

대표논문 1편당 환산보정 IF* | 0.1889 | 0.1804 | 0.2587

평가 대상 1인당 환산보정 IF* | 0.06718 | 0.0573 | 0.066

Eigenfactor Score

ES=0이 아닌 논문 총 편수 | 55.4783 | 55 | 44

ES의 합 | X | 11.5505 | 9.3283

환산보정 ES의 합 | 64.94014 | 17.653 | 20.1452

대표논문 1편당 환산보정 ES* | 0.23276 | 0.321 | 0.4578

평가 대상 1인당 환산보정 ES* | 0.12549 | 0.102 | 0.1168

참여대학원생 수(해당기간별 평균) | 784.5 | 173** | 172.5***

② 참여대학원생 학술대회 대표실적의 우수성

■ 융합 연구 (참여와 교과목의 연계 + 연구 교류 프로그램) x 새로운 패러다임 창출 (실패할 가능성이 있으나 가치있는 연구)

○ 석사 및 박사과정 학생들이 학위를 시작하는 초반부터 자기 주도적으로 활발하게 연구에 참여할 수 있도록 환경과 시스템을 구축하였고, 중간결과를 학술대회에 발표함으로써 자기 주도형 융합연구 능력을 함양하였다.

연번 | 학위(과정) | 학위(과정) | 발표 형식(구두, 포스터) | 학술대회 발표실적 상세내용

1 | 박사과정 | 재학 | 포스터 | , Selective neuronal cell adhesion on a microelectrode array by electrophoretic deposition of PLL-FITC, IBEC 2021 & ICBHI 2021, 0, 2021, 온라인 | 신경세포 배양계를 이용하여 세포칩을 제작하는데 필요한 새로운 신경세포 표면 흡착 조절기술을 개발하였다

2 | 석사과정, 박사과정, 석사과정, 박사과정 | 재학 | 포스터 | , Manufacturing of multifunctional fibers with thermal drawing process in application of biomedical devices, Nano Convergence Conference, 3, 2022, 온라인 | 해당 포스터 발표는 열 인발 공정을 이용하여 제작한 파이버 장비의 바이오메디컬 응용에 관한 내용을 다루고 있다. 해당 내용은 차세대 바이오메디컬 디바이스에 대한 고민이 들어감과 동시에 바이오메디컬 필드에서의 창의적인 해결방안을 제시한다는 측면에서 본 연구단이 중시하는 가치와 맞닿아있다고 평가할 수 있다.

3 | 박사과정 | 재학 | 구두 | , Extending nn-UNet for brain tumor segmentation, Brain Tumor Segmentation Challenge (BRATS) hosted by RSNA, MICCAI, and ASNR, 0, 2021, 미국(시카고) | 전세계 2200개팀이 참가한 Brain Tumor Segmentation Challenge (BRATS) 2021년 대회에서 박성홍 교수 연구실의 Huan Minh Luu 박사과정 학생이 1등을 차지하였다.. BRATS는 Multi-modal MRI data를 기반으로 뇌종양을 가장 정확히 구획화하는 딥러닝 네트워크 개발을 놓고 매년 전세계적으로 경쟁하는 대회로서 올해로 10회째를 맞고 있다. 올해는 세 개의 큰 국제학회 (RSNA, MICCAI, ASNR)가 공동으로 주관함. Huan Minh Luu 학생이 개발한 U-net 기반의 딥러닝 네트워크는 다른 경쟁자들의 제출물에 비해 통계적으로 훨씬 우수했음이 확인되었다. 상금으로 미화 $6000 수여받았다.

4 | 석사과정 | 재학 | 포스터 | , A multiplexible, high-quality, ultra-fast organ-scale immunohistochemistry technique, 2022 KSBNS, 1, 2022, 대한민국(송도) | Organ 수준의 삼차원 면역염색기술에는 조직을 투명하게 하기 위한 optical clearing 과정이 동반되는데, optical clearing 용액은 항원에 결합된 항체를 상당 부분 분리시키는 문제가 있다. 이미 출판되어 활용되고 있는 삼차원 면역염색기술인 eFLASH와 같은 기술도 예외는 아닌데, 이것을 우회하기 위해 PFA와 같은 비가역적 크로스링커를 사용하여 항체를 조직에 고정하여 신호를 보존하는 방법이 사용되어 왔다. 하지만 이럴 경우 기존 신호를 지우고 재염색을 하는 multi-round 염색이 불가능 하다는 단점이 있다. 해당 연구에서는 이 한계를 극복하기 위해 가역적 크로스링커를 활용해 삼차원 면역염색의 신호를 향상시키는 한편, organ 수준의 조직에서 multi-round 염색을 구현하였다.

5 | 박사과정 | 재학 | 포스터 | , Tumor-Targeted Membrane Fusion Delivery for Deep Tissue Penetration and Synergistic Chemotherapy, 2021년 한국세포밖소포체학회 정기학술대회, 0, 2021, 대한민국(부산) | 외부에서 주입되는 리포좀과 종양 내 혈관주변에 있는 세포가 분비하는 엑소좀을 동시에 이용하여 약물을 종양 내부에 고르게 분포하게 하여 항암치료 효과를 향상시킨 연구 결과이다.

6 | 박사과정 | 재학 | 포스터 | , Visual proportion sense in untrained deep neural networks, Society for Neuroscience Meeting 2021, 0, 2021, 온라인 | 본 연구는 인공신경망 모델에 기반하여 두 수량의 비율 또는 차이 인지와 같은 복잡한 인지 기능이 별도의 학습 없이 자발적으로 발생할 수 있다는 점을 제시했다는 점에서 의의를 가짐. 또한, 고등 인지 기능의 자발적 발생을 설명하는 이론적 모델까지 제시함으로써, 실제 두뇌에서 발견되는 선천적 인지 기능의 발생 원리에 대한 이해도를 높일 수 있을 것이라 기대함.

7 | 박사과정 | 재학 | 구두 | , Reliably fast adversarial training via latent adversarial perturbation, International Conference on Computer Vision (ICCV), 2021, 0, 2021, 온라인 | 높은 계산 효율적 적대적 기계학습 방법론 개발을 통해 기존 최신 방법론 (state-of-the-art)을 다양한 데이터셋 (dataset) 환경에서 능가하였다.

8 | 박사과정 | 재학 | 포스터 | , Neural Processing in the Processing in the Prefrontal Cortex for Memory Integration, Cognitive Neuroscience Society (CNS) CNS2022, 0, 2022, 미국(샌프란시스코) | 기존 연구들은 단순히 두 신경 기저에서 연합되는 정보들의 신경 표상이 변화함을 보이는 데에 그쳤으나, 본 연구는 기억 연합이 전전두피질의 원래 기억 신경 표상에 새로운 정보를 추가하는 방식으로의 기억 연합이 아니라, 새로운 형태로 나아가는, 새로운 정보와 함께 원래 기억까지 재구성되는 과정이 기억 연합과정에 포함되는 것을 시사하는 점에서 특히 우수하다.

9 | 박사과정 | 재학 | 구두 | , Lenselss holographic imaging based on physics informed style transfer network, Optics and Photonics Congress 2022 , 0, 2022, 대한민국(제주) | style transfer deep learning 기법을 활용하여 기준 데이터 상 위상 영상이 없는 경우에도 위상 정보를 복원할수 있는 물리 기반 deep learning 기법을 개발하였다. 학회 구두세센별 분과별 1개의 발표에 주어지는 우수 논문상을 수상하였다. (디지털홀로그피 및 정보 광학 분과).

10 | 박사과정 | 재학 | 구두 | , Handheld and ultrafast photothermal qPCR system for rapid detection of SARS-CoV-2, The 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2021), 2, 2021, 미국(팜스프링) | 현장에서 코로나바이러스를 정확하고 빠르게 측정하기 위해서 현장진단형 분자진단시스템이 필요하며, 본 연구에서는 초고속 초소형 실시간 광열 PCR 시스템을 개발하여 코로나바이러스를 현장에서 10분 이내에 검출 가능함을 확인하였다. 나노플라즈모닉 광열효과와 알루미늄 카트리지, 마이크로렌즈 어레이 카메라 등의 고유 기술이 포함되었다.

11 | 박사과정 | 재학 | 포스터 | , 고충격 가속도센서 성능 분석용 정전력 시뮬레이터, 2022 한국군사과학기술학회 종합학술대회, 2, 2022, 대한민국(제주) | 고충격 가속도센서의 주요 성능을 저비용으로 실험실 단계에서 측정 가능한 정전력 기반 성능 분석 시뮬레이터를 설계, 제작하여 실험을 통해 가속도센서의 감도, 주파수 특성을 측정하여 이론값과 비교하였다. 1~ 10kG의 가속도를 인가했을 때 가속도센서의 감도, 선형성, 공진주파수, 선형 주파수대역, 위상, 감쇠비의 실험값은 이론값 대비 4% 이하의 차이를 보였다. 본 정전력 기반 성능 분석 시뮬레이터는 고충격 가속도센서의 성능 측정뿐만 아니라 캘리브레이션, 오작동 진단과 Force balancing에 활용 가능할 것으로 기대된다.

■ 산업체 및 병원과 연구의 연계 운영 (산업체-학교-연구소-병원)

○ 당초 제안서 상 목표로 하였던 바이오 공학과 산업체-병원 연계 연구를 활발히 진행하였다.

○ 산업체, 병원과의 공동연구 및 데이터를 활용하여 도출된 실적이다.

연번 | 학위(과정) | 학위(과정) | 발표 형식(구두, 포스터) | 학술대회 발표실적 상세내용

1 | 박사과정 | 재학 | 포스터 | , In vitro Leptomeninges Model to Study Brain Aging, 2021 추계 바이오칩 학회, 0, 2021, 대한민국(제주) | 당화과정으로 인한 뇌막의 노화를 밝혀내고, 뇌막을 모방하여 만든 얇은 콜라젠 막을 이용한 삼차원 칩을 통해 뇌척수액 안에 존재하는 분자들의 이동형태를 파악한 연구이다. 노화된 쥐의 뇌막에 당화과정 최종산물이 존재함과 동시에 타입 I 콜라젠의 발현 정도가 낮아진 것을 처음 확인하였고, 이로 인해 뇌막을 통한 생체분자들의 이동이 노화에 따라 어떻게 달라지는 지에 대해 미세유체칩을 형성하여 당화과정의 유무에 따라 비교 분석하였다. 그 결과, 당화과정이 일어난 콜라젠 막을 통한 분자 침투 정도가 유체 이동 속도나 단순한 막의 변화가 아닌, 당화과정으로 인해 변화된 뇌막 섬유아세포의 기능 때문이라는 것을 밝혀냈다. 당화과정이 분자가 흡착되는 막의 성질 뿐만 아니라 뇌막과 뇌막 섬유아세포 간의 상호작용의 변화를 야기한다는 것을 통해, 뇌척수액에 존재하는 수많은 단백질이 뇌기질과의 교환 작용이 일어나는 기작이 당화과정의 영향을 받는다는 것을 제시하였다. 또한, 유전자 염기서열 분석법을 통해 노화된 쥐의 뇌막 섬유아세포가 젊은 쥐의 뇌막 섬유아세포보다 분자 및 이온 수송 기능이 떨어진다는 결과와 수반하여 우리의 플랫폼을 통해 노화된 뇌에서 분자 교환이 더딘 이유를 설명할 수 있으리라 기대하는 바이다.

2 | 박사과정 | 재학 | 포스터 | , Bioprinting intricate constructs with a low-viscosity bioink, 한국바이오칩학회 2022 춘계학술발표회, 1, 2022, 대한민국(부산) | 본 연구는 미세구조기판을 바이오프린팅에 적용해, 낮은 인쇄적성의 천연 생체수화젤로 복잡한 고해상도 구조체 제작 기술을 선보였다. 본 기술로 높은 세포적합성에도 불구하고 기존 바이오프린팅 연구에 직접 적용되기 어려웠던 피브리노겐을 프린팅 함으로써 복잡한 미세구조체 내 혈관세포의 자가조립을 유도하는 결과를 발표하였다. 이 논문은 The Best Poster Award를 수상하였다.

3 | 석사 | 2022.02 졸업 | 포스터 | , DiffusionCLIP: Text-Guided Diffusion Models for Robust Image Manipulation, IEEE / CVF Computer Vision and Pattern Recognition Conference (CVPR) 2022, 1, 2022, 미국(뉴올리언즈) | 본 연구에서는 High quality image synthesis와 near-perfect inversion이 가능한 Diffusion model을 이용하여 zero-shot 셋팅으로 텍스트 기반 이미지 조작 방법을 제안한다. 이를 통해 high variable한 ImageNet 데이터셋의 이미지를 조작을 가능하게 하여, 딥러닝 기반의 이미지 조작의 광범위한 적용을 가능하게 하였다.

4 | 박사과정, 박사 | 재학, 2021.08졸업 | 구두 및 포스터 | , Pericyte loss leads to capillary stalling through increased leukocyte-endothelial cell interaction in the brain, 2021 International Conference of Korea Dementia Association (IC-KDA 2021), 1, 2021, 대한민국(서울) | 혈관주위세포 손실 (Pericyte loss) 의 CBF (Cerebral Blood Flow) 에 대한 영향에 대해 뇌모세혈관의 일시적 막힘현상 (Capillary stalling)을 매개로 연구하고 그 결과를 구두 및 포스터로 발표하였다.

5 | 석사과정 | 재학 | 구두 | , Chemotherapeutic drugs regulating structure and flexural rigidity of microtubules, 한국물리학회 가을총회, 1, 2021, 온라인 | 마이크로튜블은 나노 구조를 이루며 체세포 분열을 수행하는데, 여러 항암 물질들은 이를 표적으로 삼아 세포분열을 억제한다. 그 중 파클리탁셀과 라우리말라이드는 마이크로튜블을 안정화하지만 다른 결합부위를 가지고 있다. 이로 인해 마이크로튜블의 격자구조가 달라지는데, 나노범위에서 어떤 영향을 주는지 명확하게 밝혀져 있지 않다. 본 연구는 엑스선 산란과 초저온전자현미경으로 이 두 약물에 의한 나노구조를 비교하였고, 공초점주사 현미경으로 휨강성을 측정했다. 

③ 참여대학원생 특허, 기술이전, 창업 실적의 우수성

■ 융합 연구 (참여와 교과목의 연계 + 연구 교류 프로그램) x 새로운 패러다임 창출 (실패할 가능성이 있으나 가치있는 연구)

○ 당초 연구 수월성 증진 계획 목표였던 융합적, 패러다임 창출형 연구를 통해 다양한 우수 특허 기술을 제안하였다.

연번 | 학위(과정) | 학위(과정) | 실적구분 | 특허, 기술이전, 창업 등 실적 상세내용

1 | 박사과정 | 재학 | 특허 | , 자연어 처리 기법을 활용한 화합물의 새로운 분자지문 표현식 및 이를 활용한 정량적 구조기반 활성 예측 방법, 대한민국, 10-2317287-0000, 2021 | 본 발명은 자연어 처리기법을 이용하여 화합물을 임베딩하여 임베딩 벡터로서 표현하는 분자 표현식에 관한 것이며, 이를 이용하여 정량적 구조-활성 예측을 하는 모델에 관한 것이다. 본 발명을 통해 화합물을 벡터 형식으로 표현할 수 있고, 이는 다양한 딥러닝 기법에의 응용이 가능하다. 이를 통해 화합물의 독성, 뇌혈관장벽투과성, 부작용 가능성 등을 더욱 정확히 예측할 수 있으며, 이는 신약 개발 단계 초기에 성공 가능성이 높은 화합물을 선별하는 과정에 도움이 된다.

2 | 박사과정 | 재학 | 특허 | , 가교제 분무 장치와 다발형 노즐이 결합된 이종 및 다층 수화젤 구조물 프린팅 시스템, 대한민국, 10-2323912-0000, 2021 | 본 발명에 따른 3차원 바이오프린팅 시스템은 다발형 유리 모세관 노즐과 가교제 분무 장치를 결합해 다종 바이오잉크의 연속 사출과 겔화를 동시에 진행함으로써 고해상도 다층 수화젤 구조물을 제작하였다. 다발형 노즐과 연결된 공압펌프의 조작으로 최대 7가지의 잉크의 동시 사출로 이질적인 세포-수화젤 구조를 제작하고, 가교제 분무 장치로 사출된 바이오잉크를 즉각적으로 겔화시켜 프린팅된 구조의 해상도를 향상하였다. 본 기술은 보편적인 3차원 바이오프린팅 방법으로는 구현이 어려운 저점도 수화젤로 이루어진 고해상도 이종 및 다층 구조 제작 기술로 활용될 수 있다.

3 | 박사과정 | 재학 | 특허 | , 장거리 수평적 연결을 갖는 인공 신경망을 이용하여 자원 효율적으로 객체를 인식하기 위한 전자 장치 및 그의 동작 방법, 대한민국, 10-2336815-0000, 2021 | 본 발명은 동물의 시각피질에서 발견되는 장거리 연결 구조를 모사하여 인공 신경망이 자원 효율적으로 객체를 인식하는 새로운 방법을 제시한 특허이다. 기존에도 장거리 연결 구조를 적용한 방법은 있었지만, 본 발명은 작은 세상 네트워크 이론을 도입하여 객체 인식의 효율성을 최대화하는 연결 구조 조건을 새롭게 제시하였다. 본 발명은 다양한 신경망 구조에 도입이 사용 가능하여, 기술의 창의성과 범용성을 인정받아 국내 특허 등록이 완료되었다.

4 | 박사과정 | 재학 | 기술이전 | , 마이크로렌즈 어레이 기반 초박형 현미경형 카메라 장치 그리고 이의 다기능 이미징 방법, , , 2022 | 마이크로렌즈 어레이 기반 초박형 현미경을 구현하여 초근접 영상촬영장치를 개발하였다.

■ 산업체 및 병원과 연구의 연계 운영 (산업체-학교-연구소-병원)

○ 당초 제안서 상 목표로 하였던 바이오 공학과 산업체-병원 연계 연구를 통해 관련 우수 특허 기술을 제안하였다.

○ 산업체, 병원과의 공동연구 및 데이터를 활용하여 도출된 실적이다.

연번 | 학위(과정) | 학위(과정) | 실적구분 | 특허, 기술이전, 창업 등 실적 상세내용

1 | 박사과정 | 재학 | 기술이전 | , 중합효소연쇄반응 장치 및 이를 이용한 중합효소연쇄반응 방법 외 3개, , , 2022.01.01 | 현장에서 코로나바이러스를 정확하고 빠르게 측정하기 위해서 현장진단형 분자진단시스템이 필요하며, 본 연구에서는 초고속 초소형 실시간 광열 PCR 시스템을 개발하여 코로나바이러스를 현장에서 10분 이내에 검출 가능함을 확인하였다. 나노플라즈모닉 광열효과와 알루미늄 카트리지, 마이크로렌즈 어레이 카메라 등의 고유 기술이 포함되었다.

2 | 박사과정 | 재학 | 특허 | , PDK1 저해제를 포함하는 역노화 유도용 조성물, 대한민국 / 유럽, 10-2405350-0000 / EP3643310A1, 2022 / 2021 | 본 특허는 지금까지 비가역적이라고 인식되었던 생명체의 노화현상을 가역화할 수 있는 핵심 치료전략을 제시하였다. 생명체 분자조절 네트워크의 복잡성으로부터 가역화의 가능성을 발견하여, 인간진피섬유아세포 대상으로 세포노화 신호전달 네트워크 모델을 개발하고, 대규모 네트워크 시뮬레이션 분석을 통해 노화된 인간진피섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리기 위한 핵심 인자인 PDK1 분자타겟을 최초로 발굴하였으며, 이를 실험증명하여 노화된 세포를 역노화시킴으로써, 암 유발 부작용 없이 노인성 질환을 예방 및 극복할 수 있는 핵심 원천기술을 개발하였다. 해당 연구성과 및 특허의 역노화 전략 기반 노인성 질환을 예방 및 극복할 수 있는 핵심 원천기술은 2021년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되었으며, ㈜아모레퍼시픽과의 산학협동연구 및 기술이전되어 실용화가 진행되고 있다.

3 | 박사과정 | 재학 | 기술이전 | , PDK1 저해제를 포함하는 역노화 유도용 조성물, , , 2021 | 기존에 생명체의 노화현상은 비가역적이라고 인식되었으나, 생명체 분자조절 네트워크의 복잡성으로부터 가역화의 가능성을 발견하여 암 유발 부작용이 없는 역노화 치료 전략을 개발하기 위해 인간진피섬유아세포 대상으로 세포노화 신호전달 네트워크 모델을 개발하고, 대규모 네트워크 시뮬레이션 분석을 통해 노화된 인간진피섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리기 위한 핵심 인자인 PDK1 분자타겟을 세계 최초로 발굴하고 분자세포생물학 실험을 통해 이를 규명하였다. 이러한 역노화 전략을 기반으로 노인성 질환을 예방 및 극복할 수 있는 핵심 원천기술을 개발하였으며, 동백추출물 기반의 실제 제품화(2022년 상품출시예정)로 발전시킬 수 있는 실용적 분자타겟을 제시하였다.

4 | 박사과정 | 재학 | 기술이전 | , 흡입전달용 핵산 또는 단백질 탑재 폐 계면활성제입자 및 이의 제조 방법, , , 2022 | 핵산 및 단백질을 폐내로 효율적으로 전달할 수 있는 폐 계면활성제 기반 흡입전달용 입자를 개발하여 임상승인 및 상용화를 위해서 프로지니어에 기술 이전하였다.

5 | 박사, 박사과정 | 2022.02 졸업, 재학 | 특허 | , 다양한 센서 조건에서의 초음파 영상 처리 장치 및 그 방법, 국내, 10-2317337-0000, 2021 | 본 발명에서 제안하는 알고리즘은, 어떠한 샘플링 패턴에서도 안정적으로 보간이 가능하며 좋은 화질의 이미지를 제공해줌으로 기존의 delay-and-sum (DAS) beamformer를 대체할 수 있을 것으로 기대한다. 본 특허의 알고리즘을 통해 휴대가 가능한 초음파 기기 시스템 및 초고속, 저전력 초음파시스템의 도입을 앞당길 수 있다. 또한, 많은 의료기기 회사에서 최근에 초음파 기기 발전에 투자하고 있어, 본 알고리즘의 사업화 전망은 매우 밝다고 말 할 수 있다.

6 | 박사과정 | 재학 | 특허 | , 환자 전사체 샘플의 유의 유전자 발현 지표 조합 점수 기반 질병 표현형 판별 방법, 대한민국, 10-2361617-0000, 2022 | 본 발명은 환자 전사체 샘플의 유의 유전자 발현 지표 조합 점수 기반 질병 표현형 판별 방법에 관한 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 혈액을 구성하는 주요 면역 세포 그룹인 말초 혈액 단핵세포(peripheral blood mononuclear cell, PBMC)의 유전자 발현 데이터를 이용하여 질병 표현형을 판별하는 방법에 관한 것이다. 기계 학습 기법과 다양한 샘플 조합을 기반으로 한 환자의 유전자 발현 데이터 분석을 통해 기존 진단 기법에 비해 간단하면서도 보다 효과적인 질병 판별이 가능한 유전자 조합을 획득할 수 있다. 또한, 다양한 샘플 조합에서의 교차 검증 작업을 통해 한정된 숫자의 전사체 데이터에서 과다 적합 현상이 감소한 형태의 질병 판별 마커 조합을 구성할 수 있다. 또한, 루푸스 환자 말초혈액 조직에서의 최적 질병 표지자 발굴을 통한 진단 효율 및 정확도를 증가시킬 수 있고, 기존 루푸스 표현형 기반 진단 점수에 비하여 객관적이고 간소화된 진단 기법을 제공할 수 있다. 최종적으로는 가공 혈액 샘플 내 유전자 프로파일만을 통한 질병 진단 칩 혹은 소규모 마이크로어레이의 개발을 통한 임상화 및 산업화를 도모할 수 있다.

4. 신진연구인력 현황 및 실적

■ 바이오 융복합 IBN (IT-BT-NT) 펠로우십 운영 (우수인력 확보)

○ BK신진연구인력 현황

연구분야 | 구분 | 기간(예정기간 포함) | 박사학위대학

생물정보학 | 박사후연구원 | 20201201-20211130 | 한국과학기술원

나노광학, 광학이미징 | 박사후연구원 | 20210601–20230228 | 고려대학교

Biomedical Imaging | 박사후연구원 | 20210701–20230228 | University of Groningen

뇌인지과학 | 박사후연구원 | 20220301-20230228 | 서울대학교

나노바이오공학 | 박사후연구원 | 20220301-20230228 | 한국과학기술원

○ 안정적 학술 및 연구 활동을 위한 제도 운영 현황

- 신진연구인력의 연구활동의 지속성을 위해 연구단 지원기간을 기본적으로 1년으로 하고, 추가지원이 필요한 경우 연장지원 하였다.

- 1-2차년도에는 참여교수에게 국제화경비 및 연구활동비(실험실습 재료비 등)를 지원함으로써 신진연구인력의 연구활동 환경 조성에 도움을 주었다.

■ 바이오 융복합 우수인력 양성 사업을 통해 우수한 연구성과를 도출함 (우수인력 양성)

○ 대표 연구실적

저널명 | 논문제목 | 게재년도 | 게재월 | 권 | 호 | 페이지 | DOI | ISSN | IF(출판년)

BRAIN | Unbalanced fronto-pallidal neurocircuit underlying set shifting in obsessivecompulsive disorder | 2022 | 03 | 145 | 3 | 979-990 | 10.1093/brain/awab483 | 0006-8950 | 15.255

○ 연구과제 수주 실적

과제시작일 | 과제종료일 | 과제제목 | 위탁기관 | 연구비

20220601 | 20230228 | 초음파와 광기술의 융합을 통한 생체조직 초고심도 광에너지 제어 기술 개발(1차년도) | 연구재단 | 52,500,000

5. 참여교수의 교육역량 대표실적

■ 최근 1년간(2021.9.1.-2022.8.31.)교육연구단 참여교수의 교육역량 대표실적

연번 | 참여교수명 | 대학원 교육관련 대표실적물 | 참여교수의 교육관련 대표실적의 우수성

1 | 김철 | IDEC 강의(6.20-6.21) | 바이오메디컬 저전력 회로설계의 주제로 경북대 IDEC에서 대학생, 대학원생, 연구원, 회사원, 교수들을 대상으로 2일간 교육 강연을 진행하였다. 바이오메디컬 저전력 회로를 설계하기 위한 방안에 대한 설명을 강연하였다. 바이오메디컬 디바이스에 있어서 집적회로의 중요성에 대한 설명과 신경 신호측정을 위한 전극 및 신경 측정/자극 회로의 요구사항에 대해 설명하고 저전력 회로설계의 가장 중요한 기술인 weak-inversion영역 설계와, 블락의 단순화 기법 등을 설명하였다. 해당 교육을 통해 다양한 미래 바이오 집적회로 설계자를 양성하는데 기여하였다.

2 | 김철 | IDEC 강의(8.24-8.25) | 뉴럴인터페이스 회로 설계의 주제로 카이스트 IDEC에서 대학생, 대학원생, 연구원, 회사원, 교수들을 대상으로 2일간 교육 강연을 진행할 예정이다. 뉴럴인터페이스 회로 설계를 위한 방안에 대한 설명을 강연하며 신경 신호측정을 위한 전극 및 신경 측정/자극 회로의 요구사항에 대해 설명하고 저전력 저잡음 뉴럴인터페이스 회로 구현에 대해서 설명하며, 해당 교육을 통해 뉴럴인터페이스 회로 설계를 진행하는 대학원생들에게 있어 ADC-direct front-end등의 최신 연구 동향 및 연구 방향을 지도 함으로써 다양한 미래 뉴럴인터페이스 설계자를 양성하는데 기여할 것으로 기대한다.

3 | 이상완 | 뇌기반 인공지능 교과목 개발 | 뇌기반 인공지능 과목에서 Brain-inspired reinforcement learning 부분을 중심으로 개편하였다. 인공지능/기계학습은 수학적으로 문제정의, 목표, 접근 방법이 명확하지만 복잡한 생명현상과의 연계가 부족하다. 한편 뇌과학은 다양한 생물학적 메커니즘들을 다루지만, 이론의 부재로 근본 원리 도출이 어렵다. 본 강의는 기계학습 이론으로 생물학적 지능의 근본 원리를 이해하고 스스로 질문할 수 있는 능력을 배양한다는 점에서, 인공지능-뇌과학 심층 융합하는 새로운 시도라 할 수 있다. 학과 학부생들의 뇌과학 관련 수요 설문조사 결과(‘20)를 바탕으로 수업 컨텐츠를 구성하였고, 소챕터 별 이해도를 실시간 체크(Zoom polling)하고, 원하는 학생에 대해 수업 종료 이후 질의응답 세션을 운영함으로써, 강의 설계에서부터 운영까지 완벽한 수요자 중심의 강의를 구현하였다. 그 결과 우수한 강의평가를 받았다. (4.8 / 5.0 만점)

6. 교육의 국제화 전략

① 교육 프로그램의 국제화 현황 및 계획

■ 해외학자(전임교수, 초빙교수, 객원교수 등 포함) 활용 계획 및 역할

전임교수 현황

연번 | 성명 | 임용시기 | 직급 | 국적 | 교육/연구 분야

1 | Christopher Fiorillo | 2009.01. | 부교수 정년직 | 미국 | Oberlin College | 이론신경과학, 세포 및 시스템 신경생리학, 도파민-보상 시스템

2 | Rajib Schubert | 임용예정 (2022.11) | 조교수 | 미국 | California Institute of Technology | NanoBioPhysics

해외석학 초청세미나 현황

연번 | 날짜 | 연사 | 직급 | 소속 | 연제

1 | 20211013 | Bruno Averbeck | Section Head | US NIMH/NIH | Computational Mechanisms and Neural Systems Underlying Reinforcement Learning

2 | 20211027 | 최두섭 | Professor | Mayo Clinic College of Medicine and Science | Neuroscience of Breaking the Bad Habit: Molecular and Computational Approached Focusing on Striatum-Pallidal Circuits

3 | 20211103 | Morris Mscovitch | Professor | University of Toronto | Memory Systems Consolidation and Re-organization

4 | 20211110 | Casey Greene | Professor | University of Coorado School of Medicine | Machine Learing Approached to Uncover Targets and Stratify Patients

5 | 20211210 | Ain Chung | Ph.D | Center for Neural Science, New York University | Neurobiology of Learning to Learn

6 | 20220125 | Surl-Hee Ahn | Ph.D | University of California San Diego | Building the lens of a computational microscope to study proteins and biomolecules

7 | 20220323 | 이정훈 | Professor | Dept. Radiation Oncology & Molecular Radiation Sciences, Johns Hopkins University | Artificial Intelligence in Image-Guided Radiation Therapy

8 | 20220406 | Hongwei Dong | Professor | Dept. Neurobiology, UCLA | The mouse Cortico-Basal Ganglia-Thalamic Network

9 | 20220518 | Okihide Hikosaka | Ph.D. | National Eye Institute(NEI), National Institute of Health | Basic Mechanism of Eye Movement in the Brainstem

10 | 20200713 | Jaeyoun Kim | Professor | Dept. Electrical & Computer Engineering, Iowa State University | Light-Controlled Capillary Force Lithography for Sub-10-nm Resolution Grayscale Printing of Metasurfaces

11 | 20220714 | Shadi A. Dayeh | Professor | Dept. Electrical and Computer Engineering, UC San Diego | Mapping the Huma Brain with High Spatiotemporal Resolution

국제 공동워크샵

연번 | 일자 | 행사명 | 내용

1 | 20210827 | KAIST BBE-HUST Workshop

  ▎Dr. Nguyen Minh Duc | HUST | Electrical impedance tomography for pulmonary embolism and treatment monitoring down to segmental level

  ▎Dr. Nguyen Viet Dung | HUST | Bag of Features for Chromoendoscopy Classification

  ▎Dr. Han Huy Dung | HUST | Electromyography acquisition system using graphene-based e-textiles

2 | 20211022 | The 2nd KAIST BBE-SJTU BME Symposium

  ▎Shanbao Tong | SJTU | Brain stimulation by low intensity transcranial ultrasound stimulation and applications

  ▎Hao He | SJTU | Direct control of calcium ion channels by femtosecond laser and its applications

  ▎Feng SHEN | SJTU | SlipChip Microfluidic Systems for Digital Nucleic Acid Analysis

3 | 20211210 | The 2021 KAIST-Boston Symposium on Digital Therapeutics

  ▎Scott Xiao | luminopia | Co-Founder&CEO

  ▎Youngin Paul Kim | noom | Medical Director

  ▎Haipeng Mark Zhang | BRIGHAM AND WOMEN’S HOSPITAL | Associate Chief Medical Information Officer

■ 우수 외국인 학생 유치 현황 및 계획

외국인학생 유치 실적

202109-202208 기간 신입생

연번 | 과정 | 학적상태 | 국적 | 입학일자 | 재학학기

1 | 석사과정 | 재학 | 인도네시아 | 20210830 | 2

2 | 석사과정 | 재학 | 베트남 | 20210830 | 2

3 | 석사과정 | 재학 | 중국 | 20210830 | 2

4 | 박사과정 | 재학 | 미국 | 20210830 | 2

5 | 박사과정 | 재학 | 중국 | 20210830 | 2

6 | 박사과정 | 재학 | 미국 | 20210830 | 2

7 | 박사과정 | 재학 | 에티오피아 | 20210830 | 2

8 | 박사과정 | 재학 | 러시아 | 20210830 | 2

202109-202208 기간 재학생

연번 | 과정 | 학적상태 | 국적 | 입학일자 | 재학학기

9 | 석사과정 | 재학 | 핀란드 | 20210301 | 3

10 | 석사과정 | 재학 | 베트남 | 20210301 | 3

11 | 석사과정 | 재학 | 중국 | 20210301 | 3

12 | 석사과정 | 재학 | 에티오피아 | 20200831 | 4

13 | 박사과정 | 재학 | 파키스탄 | 20200831 | 4

14 | 박사과정 | 재학 | 중국 | 20200831 | 4

15 | 박사과정 | 재학 | 체코 | 20200831 | 4

16 | 석사과정 | 재학 | 이란 | 20200302 | 5

17 | 박사과정 | 재학 | 인도네시아 | 20200302 | 5

18 | 박사과정 | 재학 | 중국 | 20200302 | 5

19 | 박사과정 | 재학 | 베트남 | 20190902 | 6

20 | 박사과정 | 재학 | 나이지리아 | 20190225 | 7

21 | 박사과정 | 재학 | 에티오피아 | 20170227 | 11

외국인 교환학생 및 인턴 유치실적

연번 | 구분 | 과정 | 소속기관 | 국적 | 입학일자 | 학적상태

1 | 인턴 | 석사과정 | Ecole Polytechnique Federale de Lausanne | 프랑스 | 20210920 | 파견종료

2 | 교환학생 | 석사과정 | University of Trento | 이탈리아 | 20220228 | 재학

3 | 인턴 | 석사과정 | Sorbonne University | 프랑스 | 20220309 | 재학

■ 최근 1년간(2021.9.1.-2022.8.31.) 글로벌 교육 인프라 현황

외국어 강의 | 2021.2학기 | 2022.1학기

개설과목 수 | 9 | 7

외국어강의 수 | 7 | 4

비율(%) | 77.77 | 57.14

*개설교과목수는 600단위 이상, 세미나과목 제외 시 외국어 강의수는 100%임.

외국인 전임교수 | 2021.2학기 | 2022.1학기

전임교수 수 | 26 | 24

외국인전임교수 수 | 1 | 1

비율(%) | 3.8 | 4.16

외국인 대학원생 | 2021.2학기 | 2022.1학기

대학원생 수 | 241 | 236

외국인대학원생 수 | 24 | 21

비율(%) | 9.95 | 8.89

학위논문 | 2021.2학기 | 2022.1학기

대학원생학위논문 수 | 34 | 26

외국어작성 대학원생학위논문 수 | 29 | 24

비율(%) | 85.29 | 92.31

② 참여대학원생 국제공동연구 현황과 계획

■ 최근 1년간(2021.9.1.-2022.8.31.) 교육연구단 소속 학과(부) 참여대학원생 국제공동연구 실적

연번 | 공동연구 참여자 (학생, 지도교수) | 국외 공동연구자 | 상대국/소속기관 | 연구주제

1 | ( ,김철) | Sohmyung Ha | UAE/ New York University | A Wireless Power and Data Transfer IC for Neural Prostheses Using a Single Inductive Link With Frequency-Splitting Characteristic

2 | ( ,이도헌) | 김상현 | USA / | Functional study of schizophrenia based on interpretable deep neural networks

연구역량 영역

□ 연구역량 대표 우수성과

본 교육연구단의 주요 연구분야는 생명정보/시스템생물학, 바이오전자, 바이오/의료 영상, 바이오나노/마이크로 시스템, 뇌인지공학/신경공학이다. 연구의 궁극적인 목표로 예방, 진단, 치료를 위한 바이오의료공학 기술 개발, 병원과의 공동연구 강화를 통한 중개연구 활성화 및 연구인력 양성, 바이오의료산업을 선도하기 위한 산학협력 기반 마련, 난제 해결을 목적으로 하는 중대형 연구센터 설립 등을 추진하고자 한다. 지난 1년간 대표 우수 성과는 아래와 같다.

○ 박영균 교수는 기억저장 뇌 세포들의 뇌 전체 매핑을 최초로 달성하였고, 기억이 다양한 뇌 부위에 흩어져 저장되었다는 distributed engram hypothesis를 검증하였다. (이번 과제제안서의 모티브인) 기억저장 세포간 네트워크를 연구할 수 있는 기반을 제공하였다. .(IF2021: 17.694)

○ 이상완 교수는 뇌기반 인공지능 기술을 이용해 인간의 고위수준 인지기능 중 하나인 메타 강화학습이 어떻게 기계학습의 난제 중 하나인 편향-분산 에러 최소화 문제를 푸는지를 밝히고, 관련된 뇌과학적 메커니즘을 규명하였다. 인공지능과 뇌과학 두 분야의 질문을 동시에 푼 융합연구로, 약 35개의 언론사에 보도되었다.(IF2021: 9.995)

 ○ 장무석 교수는 PhaseCut Loss를 deep learning 기반 phase retrieval 문제에 적용할 수 있는 수학적 토대를 마련하고, 광학, 초음파 등 의생명 영상에 적용하여 기존 deep learning 기법보다 우수한 성능을 검증하였다. 바이오 헬스 진단 분야에 널리 활용되는 phase retrieval 문제에 새로운 돌파구를 마련한다는 점에서 본 사업단의 목표에 부합한다. (Impact factor 24.314 (2021 JCR　기준)　COMPUTER SCIENCE, ARTIFICIAL INTELLIGENCE　분야 144개 저널 중 2위로 최상위 저널)

 ○ 정용 교수는 살아있는 실험동물의 뇌를 생체현미경으로 관찰하면 적혈구에 의해 미세혈관이 간간이 막히는 현상(capillary stalling)을 관찰하였으나 그 기전이나 의의에 대해서는 알려진 바가 적었는데 이를 정량화하고 기전에 혈관내피세포의 glycocalyxdp 의해 매개됨을 보였고 피질하혈관성치매 모델에서 capillary stalling이 증가되는 것이 중요 병인으로 작용함을 보였다. 본 연구는 세계적으로 거의 최초로 보여준 연구이며 생물학 이외에 광학 및 컴퓨터공학의 융합적인 접근이 필요한 연구로서 높은 창의성과 혁신성을 가지고 있어 융합연구라는 연구단의 비전과 목표에 매우 부합하는 성과로 판단된다. 이 내용으로 얼마전 영국에서 열린 국제뇌혈류대사학회에 초청되어 발표를 진행하였다.(IF2021 6.96, 피인용수10 Google Scholar)

 ○ 조광현 교수는 삼중음성 유방암 환자들과 호르몬 치료가 가능한 루미날-A 유방암 환자들의 수학적 유전자 조절 네트워크 모델을 구축하고 컴퓨터시뮬레이션을 통해 분석함으로써 삼중음성 유방암세포를 루미날-A 유방암세포로 변환하는데 필요한 핵심 인자를 규명하였으며, 이를 조절해 루미날-A 유방암세포로 리프로그래밍한 뒤 호르몬 치료를 시행하는 새로운 치료 원리를 개발했다. 삼중음성 유방암은 유방암 아형 중에서 가장 악성으로 알려져 있으며, 치료 표적이 발현하지 않아 항암 화학요법만이 유효한 치료법으로 알려져 있으나, 이러한 치료는 정상세포의 사멸과 암세포의 내성 획득이라는 심각한 부작용을 일으킨다는 큰 한계를 지니고 있다. 이를 극복하기 위한 기존의 연구들은 암의 복잡한 동역학적 특성을 고려하지 않아 효과적인 치료전략을 제시하지 못했지만, 본 논문에서 그 한계를 극복하였다. (Impact Factor 13.312, JCR 2021 기준)

1. 참여교수 연구역량

1.1 연구비 수주 실적

<표 3-1> 최근 1년간(2021.9.1.-2022.8.31.) 참여교수 1인당 정부, 산업체, 해외기관 등 연구비 수주 실적(단위:천원)

항 목 | 3년간(2017.1.1.-2019.12.31.) 실적(선정평가 보고서 작성내용) | 2020.9.1.-2021.8.31 | 최근 1년간 (2021.9.1.~2022.8.31.) 실적*

정부 연구비 수주 총 입금액 | 27,964,830 | 11,078,421 | 13,278,859

산업체(국내) 연구비 수주 총 입금액 | 4,994,257 | 2,687,360 | 2,201,062

해외기관 연구비 수주 총 (환산) 입금액 | 434,624 | 301,353 | 0

1인당 총 연구비 수주액 | 1,517,895 | 592,190 | 694,166

참여교수 수 | 22 | 23.5** | 22.3***

 *최근 1년간 실적은 2022.6.30.기준 입금액임.

 ** 총 24명 중 이상아 교수는 6개월 참여함에 따라 0.5명으로 환산.

 **** 총 23명 중 예종철 교수는 4개월 참여함에 따라 0.3명으로 환산.

1.2 연구업적물

① 참여교수 연구업적물의 우수성

본 교육연구단은 지난 1년간 미래 바이오산업을 견인하는 요소기술 (IT, NT, CT)의 융합을 통해 핵심 플랫폼기술 (바이오의료 정보기술, 바이오 의료기기 및 의료영상, 생체 재료 및 재생기술)로 적극 활용하고 있고, 이러한 강점을 살려서 미래 바이오산업을 선도하기 위하여, 세가지 요소기술 (IT, NT, CT)에 있어서 기초과학 수준에서의 요소기술 융합연구를 활성화하여 다양한 연구결과물들을 창출하였다.

이러한 요소기술 수준의 다학제적 융합연구를 통하여 핵심 플랫폼기술 (바이오의료 정보기술, 바이오의료기기 및 영상기술, 바이오의료 재생기술)을 집중적으로 개발하고 있다.

또한 연구의 방향 측면에서 주로 신기술, 첨단서비스, 신제품을 창출할 수 있는 목표지향적인 연구전략을 개발하고자 하였다.

향후 바이오의료 융복합 분야에서 세계적 수준의 창의적이고 미래 선도적인 연구성과를 거두고자 기존에 시도되지 않았던 차별화된 세부연구목표들을 바탕으로 교육연구단 연구 역량을 현격히 향상시키고자 한다.

우선적으로, 바이오의료산업의 미래 유망 분야를 선정하고 집중적으로 육성하는 전략을 취한다.

구체적으로, 상기 핵심 플랫폼 기술들을 활용하여 유전체정보 활용을 통한 개인맞춤형 의료서비스, 뇌-신경 IT 융합 산업, 첨단기기 기반의 U-헬스/스마트케어 등의 구현을 위한 연구에 집중 투자한다.

또한 연구의 방향 측면에서는 주로 신기술, 첨단서비스, 신제품을 창출할 수 있는 목표지향적인 연구전략을 개발하고자 한다.

바이오공학 융합산업의 급변하는 사회적 요구에 유연하게 대응할 수 있는 맞춤형연구 인력을 양성하기 위해서 하향식 (Bottom-up) 핵심연구주제 발굴과 동시에 산업체 공동연구에서는 상향식 (Top-down) 접근을 가능하도록 하는 통합적 연구과정 프로그램을 개발하고자 한다.

중개연구 (Translational Research) 전문 인력을 충원하여 산업체와의 유기적인 피드백을 통한 바이오의료 융합기술의 실용화 및 상용화를 선도할 것이다.

연번 | 참여교수 | 저널논문 | 대표연구업적물 상세내용 | 대표연구업적물의 우수성

1 | 김동섭 | 저널논문 | Ha Young Kim, Woosung Jeon, Dongsup Kim, An enhanced variant effect predictor based on a deep generative model and the Born-Again Networks, Scientific reports, 11, 19127, 2021. | 본 논문에서는 단일 아미노산 변이의 유해성 (deleteriousness)을 예측하기 위한 새로운 딥러닝 모델(MTBAN)을 제시하였다. 현재 해당 모델은 사용이 편리한 웹 서버 (http://mtban.kaist.ac.kr)를 통하여 자유롭게 변이 영향 예측에 이용 가능하다. MTBAN은 비지도학습 모델로써 학습 과정에서 multiple sequence alignment 만을 이용하여 학습하며, labelled 변이 데이터를 사용하지 않기 때문에 benchmark study에서 예측 성능이 과대평가 되는 문제에서 자유롭다. 또한 MTBAN은 이전에 동일 저자가 발표한 deep generative model 기반 모델인 mutationTCN과 최신 기계학습 기법인 Born-Again Networks 기법을 합한 모델로써, 기존 모델보다 더욱 우수한 성능을 보인다. 본 연구에서 개발한 MTBAN 모델은 유전 질병과 관련된 변이의 identification과 prioritization에 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. Scientific reports는 peer-reviewed open access journal로써 impact factor는 4.996이며, 세계에서 5번째로 많이 인용된 저널이다(2021년 기준). 본 논문은 2022년 7월 기준 2회 인용되었고, 웹 서버의 경우, 2021년 11월부터 2022년 7월까지 총 147번 사용되었다.

2 | 김철 | 저널논문 | Minjae Kim, Seungjae Yoo, Chul Kim, Miniaturization for wearable EEG systems: recording hardware and data processing, Biomedical Engineering Letters, 12(3), 239-250, 2022. | 소형화 기술은 미래의 웨어러블 의료 뇌파(EEG) 시스템 개발에 필수적이다. 이를 위해서는 반도체 집적회로 칩 설계를 통한 하드웨어의 소형화와 유의미한 뇌 정보를 얻기 하기 위한 고성능 신호 처리 알고리즘이 필연적으로 요구돈다. 본 논문은 이러한 두 가지 측면에 대한 전문지식을 동시에 알려주며, 미래지향적 초소형 EEG 시스템 개발을 위한 전자회로 설계 및 컴퓨터 프로그래밍 분야에 선구적인 역할을 수행할 수 있다. (IF2021: 3.92)

3 | 김필남 | 저널논문 | Minjeong Jang, Seung Won Oh, Yunji Lee; Jin Young Kim, Eun Sun Ji, Pilnam Kim, Targeting Extracellular Matrix Glycation to Attenuate Fibroblast Activation, Acta Biomaterialia, 141, 255-263, 2022. | 콜라겐 하이드로겔 기반 플랫폼에서 최종당화산물의 축적을 통해 섬유아세포의 기계적 신호 전달 반응을 관찰함. 최종당화산물의 가교를 끊어주는 약물과, 세포의 기계적 반응을 차단하는 약물을 동시처리 했을 때, 암-관련-섬유아세포의 활성을 억제하는 효과를 관찰함. 암 치료 적용을 희망함. Acta Biomaterialia Impact Factor(2021): 10.633

4 | 남윤기 | 저널논문 | Hyunsoo Jang, Dongjo Yoon, Yoonkey Nam, Enhancement of Thermoplasmonic Neural Modulation Using a Gold Nanorod-Immobilized Polydopamine Film, ACS Applied Materials & Interfaces, 14(21), 24122-32, 2022. | 새로운 바이오 뇌공학 신경치료기술 개발을 위하여, 광열신경자극 재료의 성능을 폴리도파민이라는 물질과 금나노막대를 조합하여 개선하는 기술을 개발하였다. IF2021: 10.383

5 | 박성준 | 저널논문 | Ji-won Hong, Chanwoong Yoon, Kyunghyun Jo, Joon Hee won, Seongjun Park, Recent Advances in Recording and Modulation Technologies for Next-generation Neural Interfaces, iScience, 24 (12), 103550, 2021. | 해당 논문은 차세대 신경인터페이스 개발을 위한 신호 측정 및 전달 최신기술을 다룬 리뷰 논문이다. 세부적으로, 본 논문은 부드러운 재료 사용, 새로운 폼 팩터 사용 등을 통한 새로운 뇌 신경 디바이스 플랫폼 개발 내용 뿐만 아니라 전기가 아닌 다양한 매개를 이용한 신경 타겟 방법 및 무선 통신, 피드백 제어, 에너지원 포함 등 여러 가지 새로운 기술들을 다루었다는 점에서 의의가 있다. 해당 기술들은 최근 새롭게 부상하고 있는 뇌신경공학 분야의 성장 및 안정적인 정착을 위해 매우 중요하게 여겨진다는 점에서 총설할 가치가 있다고 여겨진다. 따라서, 본 논문은 바이오메디컬, 뇌신경 분야 속 혁신 기술 조사를 통해 교육단 내 구성원들을 향한 교육 및 연구 의지를 잘 나타내는 결과물이라고 할 수 있다. (IF2021: 6.107)

6 | 박성홍 | 저널논문 | Jun-Hee Kim, Jae-Geun Im, and Sung-Hong Park, Measurement of CSF Pulsation from EPI-based Human fMRI, NeuroImage, 257, 119293, 2022. | 기존 fMRI 촬영기법으로 추가 데이터 획득없이 뇌척수액의 pulsation을 측정할 수 있는 분석 기법을 제시하였다. 기존에 다른 목적으로 얻어진 fMRI 데이터에 본 분석 기법을 적용하면 뇌척수액의 pulsation을 추가로 측정할 수 있으므로 impact가 높을 것으로 예상하고 있다. NeuroImage 저널의 2021년 IF 7.400 이다.

7 | 박제균 | 저널논문 | Gihyun Lee, Soo Jee Kim, Honggu Chun, Je-Kyun Park, Multilayered and heterogeneous hydrogel construct printing system with crosslinking aerosol, Biofabrication, 13 (4), 045027, 2021. | 본 연구는 다발형 유리 모세관 노즐과 가교제 분무 장치를 바이오프린팅에 적용해 해상도 이종 및 다층 세포-수화젤 구조물을 제작함. 다발형 노즐 내 각각의 노즐을 개별 구동되는 공압펌프에 연결해 사용되는 바이오잉크 특성 및 제작하고자 하는 구조에 따라 개별 제어함으로써 여러 종류의 세포-수화젤로 이루어진 하나의 구조를 구현함. 해당 노즐이 부착된 프린팅 헤드에 가교제 분무 장치를 접목해 사출된 바이오잉크를 즉각적으로 겔화시켜 구획화된 미세구조를 안정적으로 제작하였다. 본 바이오프린팅 시스템의 적용으로 높은 세포적합성의 천연 수화젤을 고해상도 미세구조로 프린팅함으로써 유방암 미세환경을 모사하였다. -Google Scholar 기준 피인용수: 2회 -2021 기준 IF: 11.061 -BRIC 한빛사 인터뷰

8 | 박지호 | 저널논문 | Moonkyoung Jeong, Heegon Kim, Junyong Yoon, Dong-Hyun Kim, and Ji-Ho Park, Coimmunomodulation of tumor and tumor-draining lymph nodes during in situ vaccination promotes antitumor immunity, JCI Insight, 7(12), e146608, 2022. | 종양과 종양부위림프절에 면역조절약물을 동시에 전달시킬 수 있는 약물전달시스템을 개발하여 항암면역치료 효과를 향상시킨 연구 결과이다. (IF2021: 9.484)

9 | 박영균 | 저널논문 | Dheeraj S. Roy, Young-Gyun Park, Minyoung E. Kim, Ying Zhang, Sachie K. Ogawa, Nicholas DiNapoli, Xinyi Gu, Jae H. Cho, Heejin Choi, Lee Kamentsky, Jared Martin, Olivia Mosto, Tomomi Aida, Kwanghun Chung & Susumu Tonegawa, Brain-wide mapping reveals that engrams for a single memory are distributed across multiple brain regions, NATURE COMMUNICATIONS, 13(1), 2022. | 기억저장 뇌 세포들의 뇌 전체 매핑을 최초로 달성하였고, 기억이 다양한 뇌 부위에 흩어져 저장되었다는 distributed engram hypothesis를 검증하였다. (이번 과제제안서의 모티브인) 기억저장 세포간 네트워크를 연구할 수 있는 기반을 제공하였다. .(IF2021: 17.694)

10 | 백세범 | 저널논문 | Gwangsu Kim, Jaeson Jang, Se-Bum Paik, Periodic clustering of simple and complex cells in visual cortex, Neural Networks, 143, 148-160, 2021. | 본 연구는 일차 시각피질에서 발견되는 단순/복잡 세포가 시각 피질 표면에서 클러스터 되어 있다는 사실을 보인 계산신경과학적 모델링 연구이다. 이는 복잡 세포가 단순 세포들의 선택적 피드 포워드 연결에 의해 다른 계층에서 발생한다는 기존 모델과 완전히 상반되는 것으로, 단순 세포와 복잡 세포가 모두 망막 신경절 세포의 지엽적 거리에 의해 발생할 수 있다는 것을 시사함에서 창의적이고 혁신적이다. 본 연구 결과는 시각 특징에 불변성을 가지고 반응하는 특성이 단순한 망막-시각피질 연결만으로 형성될 수 있다는 사실을 제시함으로써, 우리의 시각 기능 중 상당 부분이 학습 없이도 발생할 수 있음을 제시한다. 이는 뇌신경과학 연구의 가장 근본적인 질문 중 하나인 `인지 지능의 발생 및 진화'의 원리에 대한 새로운 통찰을 제공함으로써 뇌인지과학 분야에 크게 기여하였다. (피인용 수 22년 07월 현재 1회, Google Scholar. IF2021: 9.657)

11 | 예종철 | 저널논문 | Hyungjin Chung and Jong Chul Ye, Feature Disentanglement in generating three-dimensional structure from two-dimensional slice with sliceGAN, Nature Machine Intelligence, 3(10), 861–863, 2021. | IF2021 25.898의 탑 저널로 2차원 영상 단 하나만 이용해서 3차원 재료의 구조를 생성할 수 있는 모델을 제안한 논문이다. 기존 방법으로는 2차원 영상마다 뉴럴 네트워크를 하나씩 훈련시켜야 했지만, 제안된 방법을 이용하면 특징을 분리시켜 하나의 뉴럴네트워크를 이용해서 특성을 조절해가며 3차원 물질을 생성 가능함을 보였다.

12 | 이관수 | 저널논문 | Seongyong Park, and Gwansu Yi, Development of Gene Expression-Based Random Forest Model for Predicting Neoadjuvant Chemotherapy Response in Triple-Negative Breast Cancer, Cancers, 14(4), 881-903, 2022. | 수술전 선행 약물요법은 수술전 있을지 모르는 미세전이의 근절 및 종양 크기의 감소를 목적으로 시행하며, 삼중음성 유방암에서는 수술전 선행 약물요법에 의한 병리학적 완전관해 여부가 유의한 예후예측인자로 잘 알려져 있다. 하지만 실제 임상에서 수술전 선행 화학요법에서 완전관해를 달성하는 비율이 20-50%에 불과하기 때문에, 많은 환자들이 이득이 불확실한 수술전 선행 화학요법을 통해 불필요한 부작용을 경험하거나, 대안적인 치료를 받을 기회를 놓치게 될 수 있다. 본 연구에서는 기존에 보고된 유전자 발현 기반 삼중음성 유방암 수술전 화학반응 예측 모델들을 모두 구현하여 동일한 데이터셋을 이용해 평가하였고, 그 결과 제안된 무작위 포레스트 기반 모델이 비슷한 수준의 위양성율 조건에서 기존 모델 대비 2배 가량 높은 민감도를 보임을 확인할 수 있었다. 유방암에서 유의한 사전 유전자를 잘 선별하여 모델 개발에 활용한 점도 성능 개선에 도움이 되었다고 생각된다. 이번 연구에서 도출된 삼중음성 유방암의 수술전 화학반응 예측 모델은, 기존 Cell Metabolism지에 게재된 삼중음성 유방암의 대사 아형 중에서 Glycolytic 아형에서 더 높은 판별 성능을 보였고, 해당 모델의 구성 유전자들도 DNA 복원 및 세포 주기에 연관성이 높은 것으로 분석되었다. 또한 삼중음성 유방암 세포주에서 Cyclophosphamide의 민감도와 높은 상관관계가 있는 것으로 분석되었다. 본 연구는 환자들이 어떤 요법을 받았을 때 완전관해에 도달할 확률이 높은지를 판단할 수 있는 지표로 응용될 수 있을 것이라 생각된다.(IF2021: 6.575)

13 | 이도헌 | 저널논문 | Seonwoo Jung, Min-Keun Song, Eunjoo Lee, Sejin Bae, Yeon-Yong Kim, Doheon Lee, Myoung Jin Lee1, Sunyong Yoo, Predicting Ischemic Stroke in Patients with Atrial Fibrillation Using Machine Learning, FRONTIERS IN BIOSCIENCE-LANDMARK, 27(3), 2022. | 심방세동은 뇌졸중의 잘 알려진 위험인자 중 하나로 조기 치료를 결정해 뇌혈관 질환을 예방하려면 위험도 예측이 중요하다. 본 연구에서는 국민건강보험(KNHIS) 빅데이터를 기계 학습을 통해 분석하여 심방세동 환자의 허혈성 뇌졸중을 예측하였다. 국민건강보험 데이터에 존재하는 심방 세동 환자의 인구 통계 데이터, 건강 검진 데이터, 의료 기록 데이터 중 허혈성 뇌졸중 발병 예측에 중요하게 작용하는 데이터를 선별하고 이들을 딥러닝 학습에 사용하여 허혈성 뇌졸중 예측 모델을 구축하였다. 해당 모델은 기존에 임상에서 사용하던 뇌졸중 평가 점수나 다른 기계 학습 모델보다 우수한 성능을 보여 주었다. 향후 해당 모델은 심방세동 환자들의 뇌졸중 발병 여부를 미리 예측하고 예방하는 데 도움을 줄 수 있을 것이라 기대된다.(IF2021: 3.115)

14 | 이상완 | 저널논문 | Dongjae Kim, Jaeseung Jeong and Sang Wan Lee, Prefrontal solution to the bias-variance tradeoff during reinforcement learning, Cell Reports, 37/(13), 2021. | 뇌기반 인공지능 기술을 이용해 인간의 고위수준 인지기능 중 하나인 메타 강화학습이 어떻게 기계학습의 난제 중 하나인 편향-분산 에러 최소화 문제를 푸는지를 밝히고, 관련된 뇌과학적 메커니즘을 규명하였다. 인공지능과 뇌과학 두 분야의 질문을 동시에 푼 융합연구로, 약 35개의 언론사에 보도되었다.(IF2021: 9.995)

15 | 이수현 | 저널논문 | Taehyun Kim, Sejin Kim, Joonyoung Kang, Minjae Kwon and Sue-Hyun Lee, The Common Effects of Sleep Deprivation on Human Long-Term Memory and Cognitive Control Processes, Frontiers in Neuroscience, 16, 2022. | 본 논문은 sleep deprivation이 사람의 장기기억과 인지조절과정에 미치는 영향들이 기술된 연구들에서 공통적으로 나타나는 특징들을 정리했다. 또, 이러한 영향이 실제 뇌의 각 영역에서 어떤 결과로 나타나는지를 바탕으로 추후에 이어질 연구의 방향성을 제시할 수 있었다. 그 외에 sleep deprivation을 유발하는 외부 요소들 중 빛이 끼치는 영향을 정리하고, 실생활에서 이를 해결하기 위한 사례들을 소개하였다. - IF2021: 5.152 (WoS)

16 | 장무석 | 저널논문 | 차은주, 이찬석, 장무석, 예종철, DeepPhaseCut: Deep Relaxation in Phase for Unsupervised Fourier Phase Retrieval, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, , 2021. | PhaseCut Loss를 deep learning 기반 phase retrieval 문제에 적용할 수 있는 수학적 토대를 마련하고, 광학, 초음파 등 의생명 영상에 적용하여 기존 deep learning 기법보다 우수한 성능을 검증하였다. 바이오 헬스 진단 분야에 널리 활용되는 phase retrieval 문제에 새로운 돌파구를 마련한다는 점에서 본 사업단의 목표에 부합한다. Impact factor 24.314 (2021 JCR　기준)　COMPUTER SCIENCE, ARTIFICIAL INTELLIGENCE　분야 144개 저널 중 2위로 최상위 저널이다.

17 | 정기훈 | 저널논문 | Jaehun Jeon, Hyunwoo Kim, Hyunwoo Jang, Kyungmin Hwang, Kyuyoung Kim, Young-Gyun Park, and Ki-Hun Jeong, Handheld laser scanning microscope catheter for real-time and in vivo confocal microscopy using a high definition high frame rate Lissajous MEMS mirror, Biomedical Optics Express, Vol. 13, Issue 3, pp. 1497-1505, 2022. | 리사쥬 MEMS 거울 기반 실시간 핸드헬드 공초점 현미경 개발 및 동물 실험 검증 관련 논문이다. IF(2021): 3.562

18 | 정용 | 저널논문 | Jin-Hui Yoon, Paul Shin, Jongyoon Joo, Gaon S Kim, Wang-Yuhl Oh, Yong Jeong, Increased capillary stalling is associated with endothelial glycocalyx loss in subcortical vascular dementia, Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, 42(8), 1383-1397, 2022. | 살아있는 실험동물의 뇌를 생체현미경으로 관찰하면 적혈구에 의해 미세혈관이 간간이 막히는 현상(capillary stalling)을 관찰하였으나 그 기전이나 의의에 대해서는 알려진 바가 적었는데 이를 정량화하고 기전에 혈관내피세포의 glycocalyxdp 의해 매개됨을 보였고 피질하혈관성치매 모델에서 capillary stalling이 증가되는 것이 중요 병인으로 작용함을 보였다. 본 연구는 세계적으로 거의 최초로 보여준 연구이며 생물학 이외에 광학 및 컴퓨터공학의 융합적인 접근이 필요한 연구로서 높은 창의성과 혁신성을 가지고 있어 융합연구라는 연구단의 비전과 목표에 매우 부합하는 성과로 판단된다. 이 내용으로 얼마전 영국에서 열린 국제뇌혈류대사학회에 초청되어 발표를 진행하였다.(IF2021 6.96, 피인용수10 Google Scholar)

19 | 조광현 | 저널논문 | Sea R. Choi, Chae Young Hwang, Jonghoon Lee, and Kwang-Hyun Cho, Network Analysis Identifies Regulators of Basal-Like Breast Cancer Reprogramming and Endocrine Therapy Vulnerability, Cancer Research, 82 (2): 320–333, 2021. | 본 논문이 게재된 Cancer Research 저널은 Impact Factor 13.312(JCR 2021 기준)의 우수한 저널로, JCR의 Oncology 분야에서 245개 저널 중 20위의 Q1 quartile, 92.04의 JIF percentile을 기록하였다. 삼중음성 유방암은 유방암 아형 중에서 가장 악성으로 알려져 있으며, 치료 표적이 발현하지 않아 항암 화학요법만이 유효한 치료법으로 알려져 있으나, 이러한 치료는 정상세포의 사멸과 암세포의 내성 획득이라는 심각한 부작용을 일으킨다는 큰 한계를 지니고 있다. 이를 극복하기 위한 기존의 연구들은 암의 복잡한 동역학적 특성을 고려하지 않아 효과적인 치료전략을 제시하지 못했다. 본 연구는 삼중음성 유방암 환자들과 호르몬 치료가 가능한 루미날-A 유방암 환자들의 수학적 유전자 조절 네트워크 모델을 구축하고 컴퓨터시뮬레이션을 통해 분석함으로써 삼중음성 유방암세포를 루미날-A 유방암세포로 변환하는데 필요한 핵심 인자를 규명하였으며, 이를 조절해 루미날-A 유방암세포로 리프로그래밍한 뒤 호르몬 치료를 시행하는 새로운 치료 원리를 개발했다.

20 | 최정균 | 저널논문 | Hyeon Gu Kang, Haeun Hwangbo, Myung Ji Kim, Sinae Kim, Eun Ji Lee, Min Ji Park, Jae-Weon Kim, Byoung-Gie Kim, Eun-Hae Cho, Suhwan Chang, Jung-Yun Lee, Jung Kyoon Choi, Aberrant Transcript Usage Is Associated with Homologous Recombination Deficiency and Predicts Therapeutic Response, Cancer Research, 82(1), 142-154, 2022. | 난소암과 유방암에 대한 신약으로 주목받고 있는 PARP 저해제의 반응성을 기존과 달리 RNA 패턴을 통해 정확하게 예측할 수 있음을 밝힌 연구로서 본 교육연구단 목표와 부함되는 창의성, 혁신성 높은 연구 성과이다. (IF=13.312)

■ 평균실적 비교

* 2020.9-2021.8

- 참여교수수 : 총 24명 중 이상아 교수는 6개월 참여함에 따라 0.5명으로 환산.(23.5)

** 2021.9-2022.8

- 참여교수수 : 총 23명 중 예종철 교수는 4개월 참여함에 따라 0.3명으로 환산.(22.3)

- IF, ES값은 RIMS 최신년도 자료(JCR 2021), FWCI값은 SciVal 사이트에서 검색하여 참조함(2022.7.22.기준)

- 실적 확인 기준일은 2022.7.13.임.

 <표 3-3> 최근1년간 참여교수 논문 환산 편수, 환산보정 피인용수(FWCI), 환산보정 IF, 환산보정 ES

구분 | 2015-2019 5년간 전체실적 | 2020.9-2021.8.(12개월) | 2021.9-2022.7.(11개월)

논문편수

논문 총 편수 | 515 | 127 | 82

논문의 환산 편수의 합 | 154.6902 | 36.0087 | 22.2732

참여교수 1인당 논문 환산 편수 | 7.08234 | 1.5323 | 0.9988

피인용수

보정 피인용수(FWCI) 값이 있는 논문의 총 편수 | 425 | 126 | 79

보정 피인용수(FWCI) 합 | 606.1456 | 242.3 | 79.37

환산보정 피인용수(FWCI) 합 | 170.2034 | 54.4587 | 15.4751

논문 1편당 환산보정 피인용수(FWCI) | 0.4004 | 0.4322 | 0.1959

참여교수 1인당 환산보정 피인용수(FWCI) 합 | 7.7365 | 2.3174 | 0.6939

Impact Factor (IF)

IF=0이 아닌 논문 총 편수 | 515 | 127 | 82

IF의 합 | 2930.214 | 1304.444 | 727.608

환산보정 IF의 합 | 100.6428 | 26.7664 | 14.7415

논문 1편당 환산보정 IF | 0.1954 | 0.2108 | 0.1798

참여교수 1인당 환산보정 IF 합 | 4.5746 | 1.139 | 0.6611

Eigenfactor Score (ES)

ES=0이 아닌 논문 총 편수 | 515 | 127 | 82

ES의 합 | 124.678 | 29.8684 | 12.3033

환산 보정 ES의 합 | 218.8204 | 55.1428 | 30.6372

논문 1편당 환산보정 ES | 0.4248 | 0.4342 | 0.3737

참여교수 1인당 환산보정 ES 합 | 9.9463 | 2.3465 | 1.3739

참여교수 수 | 22 | 23.5* | 22.3** 

② 교육연구단의 학문적 수월성을 대표하는 연구업적물 (최근 1년(2021.9.1.-2022.8.31.))

연번 | 대표연구업적물 설명

1 | 박영균 교수, Brain-wide mapping reveals that engrams for a single memory are distributed across multiple brain regions, Nature Communications, 2022;13(1) | 기억저장 뇌 세포들의 뇌 전체 매핑을 최초로 달성하였고, 기억이 다양한 뇌 부위에 흩어져 저장되었다는 distributed engram hypothesis를 검증하였다. (이번 과제제안서의 모티브인) 기억저장 세포간 네트워크를 연구할 수 있는 기반을 제공하였다. .(IF2021: 17.694)

2 | 이상완 교수, Prefrontal solution to the bias-variance tradeoff during reinforcement learning, Cell Reports, 2021;37(13) | 본 논문에서는 인공지능 분야의 난제인 편향-분산 상충 문제 관점에서, 상황 변화에 따른 최적의 학습전략을 유동적으로 찾아가는 인간의 뇌의 정보처리 과정을 규명하였다. 전두엽의 한 부위인 복외측 전전두피질이 중요한 역할을 한다는 사실을 발견하였다. 이 연구는 뇌기반 인공지능 기술을 이용하여 인공지능의 오랜 난제중 하나인 과소적합-과적합 상충 문제를 실제로 풀어낸 최초의 사례이다. 연구를 통해 개발된 메타 강화학습 모델을 이용하면 간단한 게임을 통해 인간의 유동적 문제 해결 능력을 간접적으로 측정할 수 있니다. 더 나아가 스마트 교육이나 중독과 관련된 인지 행동치료에 적용할 경우 상황 변화에 유동적으로 대처하는 인간의 문제 해결 능력 자체를 향상할 수 있을 것으로 기대된다. 차세대 인공지능, 스마트 교육, 인지 행동치료 등 다양한 분야에 파급력이 큰 원천 기술로 최근 국내 및 해외 특허 출원이 완료된 상태이다. 해당 연구 결과는 약 35개의 언론사에 보도되었다.(IF2021: 9.995)

3 | 장무석 교수, DeepPhaseCut: Deep Relaxation in Phase for Unsupervised Fourier Phase Retrieval, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2021;12 | 본 연구는 비지도 학습 기반의 위상 복원 기술을 개발한 연구이다. 본 연구에서는 수학적 이론을 바탕으로 이미징 대상의 위상을 복원하기 위해 필요한 PhaseCut Loss를 도출하였고, 이를 딥러닝 모델을 학습하는데 도입하였다. 새로 도입된 PhaseCut Loss를 통해 학습된 딥러닝 모델은, 푸리에 공간상의 세기만으로 이미징 대상의 위상 복원을 높은 신뢰도를 바탕으로 가능케 했으며, 기존의 다른 기법들 보다 우수한 성능을 보여줌을 검증하였다. 본 연구는 위상 복원 문제에 새로운 돌파구를 마련한다는 점에서 광학, 초음파 등 의생명 영상 및 바이오 헬스 진단 분야 등에 널리 활용될 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 computer science, artificial intelligence 분야의 144개 저널 중 2위 (IF=24.314)에 해당하는 최상위 저널에 게제되었다.

③ 참여교수 특허, 기술이전, 창업 실적의 우수성

본 교육연구단은 지난 1년간 산업체와의 유기적인 피드백을 통한 바이오의료 융합기술의 실용화 및 상용화를 선도하는 것을 목표로 해왔고 관련 다양한 특허 및 기술이전 실적들을 만들었다.

뇌인지 I-Network 과 관련해서는 뇌신경 모방 인공지능 기술, 뇌인지 측정 (뉴로스카이, iBrain), 뇌인지 신호분석 응용관련 업체 (루닛, 뷰노등) 와 산학연구/교육 프로그램 활성화를 위한 산학네트워크를 강화하고 있다.

헬스케어공학/뇌인지+ 스타트업 피칭 행사 기획 및 추진을 시행하고자 하는데, KAIST 경영대학(기술경영학부/경영공학부)와 공동주최를 통하여 스타트업 장려를 위한 아이템을 가진 창업자화 전문경영인을 희망하는 학생 졸업생이 서로 만날 수 있는 기회를 마련하고자 한다.

헬스케어/뇌인지+ 분야 창업을 위한 연구역량 강화를 위하여 헬스케어/뇌인지+ 창업 아이디어 콘테스트 및 국내외 유명 스타트업 탐방을 지원한다.

본 교육연구단의 기술사업화 혁신 모델인 BIO-IT 싱크탱크 사업 내에서 특히 연구 혁신을 위한 BIO-IT Flagship 인터페이스 구축을 추진하고자 한다.

Inspiring industrial talk 시리즈에서는 바이오의료산업의 학계/산업계 leader들, 특히 4차산업 혁신 산업계 국내 및 해외 전문가를 초청하여 중개연구 등 첨단 바이오/헬스케어 분야의 연구 동향을 파악함으로써 교육연구단 구성원들의 연구역량을 강화하고자 한다.

Alumni seminar series 에서는 바이오의료 산업계에서 활동하는 alimuni 들 중 특히 창업가 등을 집중적으로 초청하여 교육연구단 소속의 자긍감을 고취하고 차후 산업계 유망 연구인력을 양성하기 위한 연구역량을 강화하고 기업가 마인드를 전파한다.

Inspiring industrial talk series 와 alumni seminar series 에서는 특히 유전체정보 활용을 통한 개인맞춤형 의료서비스, 뇌-신경 IT 융합 산업, 첨단기기 기반의 U-헬스/스마트케어 등의 구현 등 미래 유망분야의 교육연구단 내 연구활동과 직접적인 접목을 목표로 한다.

연구혁신을 위한 BIO-IT Flagship 연구 인터페이스 구축 사업을 통하여서 첫째, Bio-IT Flagship Forum을 통해 학과 교수간 융합연구 발굴, 국제 공동연구 지원을 통한 High Impact/High Citation 연구를 장려하는 효과를 기대하며, Bio-IT Flagship Innovation Space 구축 사업을 통하여 Bio-IT 싱크탱크 사업과 Bio-IT flagship forum 사업의 시너지 효과 창출을 위한 융합 공간 구축 및 리모델링을 추진한다.

■ 최근 1년간(2021.9.1.-2022.8.31.) 참여교수 저서,특허,기술이전,창업 실적

연번 | 참여교수명 | 실적 구분 | 저서, 특허, 기술이전, 창업 상세내용 | 저서, 특허, 기술이전, 창업 실적의 우수성

1 | 김동섭 | 특허 | , 자연어 처리 기법을 활용한 화합물의 새로운 분자지문 표현식 및 이를 활용한 정량적 구조기반 활성 예측 방법, 대한민국, 10-2317287-0000, 2021. | 본 발명은 자연어 처리기법을 이용하여 화합물을 임베딩하여 임베딩 벡터로서 표현하는 분자 표현식에 관한 것이며, 이를 이용하여 정량적 구조-활성 예측을 하는 모델에 관한 것이다. 본 발명을 통해 화합물을 벡터 형식으로 표현할 수 있고, 이는 다양한 딥러닝 기법에의 응용이 가능하다. 이를 통해 화합물의 독성, 뇌혈관장벽투과성, 부작용 가능성 등을 더욱 정확히 예측할 수 있으며, 이는 신약 개발 단계 초기에 성공 가능성이 높은 화합물을 선별하는 과정에 도움이 된다.

2 | 김철 | 기술이전 | , 초음파 신호처리 회로, 초음파 펄서 및 커패시티브 부하 구동 장치, , , 2021. | 본 기술이전은 초음파 구동 회로에 관련한 기술 이전이다. 초음파를 활용한 바이오메디컬 응용은 무수히 많으며, 최근 이를 초소형화하여서 더 확장하려고 한다. 이를 위해 필수적으로 초음파구동장치가의 초소형화가 진행되어야 한다. 초음파 구동장치의 초소형화를 위한 집적회로 설계 기술을 이전하였다.

3 | 김필남 | 특허 | , 필터를 이용한 소변의 전처리 방법 및 여과장치, 대한민국, 10-2386999-0000, 2022. | 폴리페놀 및 이중필터를 이용한 액체생검에서의 엑소좀 분리 및 분석기술이다.

4 | 김필남 | 기술이전 | , 필터를 이용한 소변의 전처리 방법 및 여과장치, , , 2021. | 폴리페놀 및 이중필터를 이용한 액체생검에서의 엑소좀 분리 및 분석기술 특허를 ㈜제놀루션에 기술이전하였다.

5 | 박성홍 | 특허 | 박성홍, 도원준, 가변절편 자기공명영상 데이터 획득방법, 미국, US 11,209,512, 2021. | 기존에 MRI에서는 다중 에코로 데이터 획득시 절편의 크기를 동일하게 가져갔으나, 본 특허에서 처음으로 다중 에코 각각의 절편의 크기를 다르게 가져감으로써 각각의 에코에 최적화된 촬영 파라메터로 획득할 수 있는 길을 열었다. 본 기법은 다중 에코를 통한 동맥조영술과 정맥조영술을 동시에 실시할 때 각각 최적화된 조건으로 획득이 가능함을 보여 촬영시간이 긴 두 가지 촬영법을 하나의 촬영 시간에 동시에 얻을 수 있게 되었다. 임상에서 MRI 촬영시간을 줄이거나 시간이 촉박한 뇌졸중 같은 환자의 진료에 유용하게 쓰일 수 있다.

6 | 박성홍 | 특허 | 박성홍, 김기환, 허효임, 이현수, 다중 반복시간을 이용한 자기공명영상 뉴런진동 검출방법, 미국, US 11,185,248, 2021. | 뉴런진동은 뇌과학에서 매우 중요한 척도인데 뇌 안쪽의 뉴런진동을 측정할 수 있는 방법은 MRI가 유일하다. MRI로 뉴런진동 측정시 크기가 작아서 한번의 촬영으로는 획득이 어려운데 반복촬영하여 averaging할 경우 뉴런진동의 주파수를 알아야 하는 한계점이 존재한다. 본 특허는 다중 반복시간(time to repeat, TR) 접근법을 통해 뉴런진동의 주파수에 대한 사전지식 없이 임의의 주파수에 대해 넓은 대역폭으로 뉴런진동을 매핑할 수 있는 길을 열었다. 뉴런진동을 MRI로 촬영하는 가능성을 높였다.

7 | 박제균 | 특허 | 박제균, 이기현, 가교제 분무 장치와 다발형 노즐이 결합된 이종 및 다층 수화젤 구조물 프린팅 시스템, 대한민국, 10-2323912-0000, 2021. | 본 발명에 따른 3차원 바이오프린팅 시스템은 다발형 유리 모세관 노즐과 가교제 분무 장치를 결합해 다종 바이오잉크의 연속 사출과 겔화를 동시에 진행함으로써 고해상도 다층 수화젤 구조물을 제작하였다. 다발형 노즐과 연결된 공압펌프의 조작으로 최대 7가지의 잉크의 동시 사출로 이질적인 세포-수화젤 구조를 제작하고, 가교제 분무 장치로 사출된 바이오잉크를 즉각적으로 겔화시켜 프린팅된 구조의 해상도를 향상하였다. 본 기술은 보편적인 3차원 바이오프린팅 방법으로는 구현이 어려운 저점도 수화젤로 이루어진 고해상도 이종 및 다층 구조 제작 기술로 활용될 수 있다.

8 | 박지호 | 기술이전 | , 흡입전달용 핵산 또는 단백질 탑재 폐 계면활성제입자 및 이의 제조 방법, , , 2022. | 핵산 및 단백질을 폐내로 효율적으로 전달할 수 있는 폐 계면활성제 기반 흡입전달용 입자를 개발하여 임상승인 및 상용화를 위해서 프로지니어에 기술 이전하였다.

9 | 박지호 | 창업 | , mRNA 치료제 개발, 드노보 바이오테라퓨틱스, , 2021. | 지질나노입자를 이용하여 mRNA를 생체내로 효율적으로 전달하여 다양한 치료용 단백질을 생체내에서 직접 생산하여 질병을 치료하는 기술을 개발하는 회사를 창업하였다.

10 | 백세범 | 특허 | 백세범, 이현수, 박영진, 신경망을 이용한 기억 장치 및 그의 정확성-저장용량 트레이드오프에 기반한 정보의 자동적 재분배 및 가변적 저장 용량 구현을 위한 동작 방법, 대한민국, 10-2356787-0000, 2022. | 본 특허에서는, 별도의 학습/물리적 구조 변화 없이도, 신경망의 물리적 특성 조절만으로 기존 정보의 보존과 신규 정보의 학습을 가능하게 하는 알고리즘을 제시하였다. 이는 기존 인공신경망 기반의 정보 저장 시스템에서 나타나는 문제들 (순차적으로 여러 가지 정보가 입력될 때 기존의 기억이 손상되는 catastrophic forgetting이나 신규 정보의 학습이 불가해지는 fixed capacity 문제)에 대한 간단하면서도 효과적인 솔루션을 제공할 수 있을 것이라 기대한다. 또한, 기존에 이러한 문제를 해결하기 위해서는 계속 외장 메모리 시스템을 추가하는 등 물리적 구조의 변경/추가가 필수불가결 하였기에, 물리적 특성 변화만으로 문제를 해결할 수 있도록 하는 본 특허의 경우, 물리적 구조 변화가 불가능한 상황(우주탐사로봇, 해저탐사로봇)에서 적용될 수 있는 차세대 메모리 알고리즘으로 생각된다.

11 | 예종철 | 특허 | 예종철, 한요섭, 김준영, 뉴럴 네트워크를 이용한 콘빔 단층촬영 영상 처리 방법 및 그 장치, 국내, 10-2329938-0000, 2021. | 본 발명은 콘빔 단층촬영 영상 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 콘빔 아티팩트(conebeam artifact)를 제거하는 뉴럴 네트워크를 이용하여 콘빔 단층촬영 영상을 고품질의 영상으로 복원할 수 있는 영상 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명을 통해 사용될 수 있는 치과용 3D CBCT 와 성형외과용 3D CBCT 는 사용빈도가 광장히 높으며 이미 장비들이 대거 도입이 되어 있는 실정이다. 이와 같이, 3D CBCT 에 관한 인프라가 충분히 갖춰 있는 상황에서 본 특허와 같은 코어 어플리케이션이 개발되지 않은 상황이다. 따라서, 상기 특허는 치과용과 성형외과용 3D CBCT에 바로 적용가능한 인프라에 충분히 구축이 되어 있기 때문에 즉시 도입이 가능하여 고부가가치의 이윤을 도출할 수 있을 것으로 사려된다.

12 | 이관수 | 특허 | 이관수, Li Yi, 이윤혁, Pharmaceutical composition for improving, preventing or treating muscle related disease comprising ginsenoside Rh2, 미국, 11179410, 2021. | 본 연구에서는 인삼 추출물의 근위축성 질환 연관 기전 및 효능을 검증하여 Rh2를 포함하는 조성물 정보를 미국 특허 등록하였다. 근위축 질환의 질병 대표기전을 수집하고, 질병 오믹스 기반으로 기전 연관 오믹스 마커 유전자들을 확인하였으며 이들 유전자 및 기전을 기반으로 악액질 표현형 모사 세포모델을 구축하고 질환 효능을 검증하였다. 그 결과로 해당 조성물이 근관세포(myotube)의 너비 감소 개선 효과를 가지며, Smad2의 인산화, MAFbx 발현량의 감소를 통한 전사인자 MyoD의 활성을 증가시키는 질병 기전을 갖는 것을 검증하였다. 이를 통해 진세노사이드 Rh2를 유효성분으로 포함하는 근위축을 포함한 근육 질환의 예방, 경감 및 치료용 조성물을 최종적으로 구축하였다. 해당 연구는 약물(천연물) 질병 연관 기전 및 표적을 오믹스 통계 및 머신러닝 분석을 통해 예측하고, 이를 실제로 검증하여 그 유효성을 입증해 실용화에 성공한 사례이다.

13 | 이관수 | 기술이전 | , 천연물 소재 및 성분의 신규 효능 예측 시스템 및 방법 (KR-10-1848074), 구성성분 및 효능 정보 기반 천연물 소재 및 성분의 신규 효능 예측 시스템 (KR-10-1927911), 유사 약리활성 그룹 화합물들의 조각구조 특성 연관 규칙을 기반으로 신규 선도물질 예측 방법 및 시스템 (KR-10-1995511), , , 2021. | 본 기술이전은 약리 활성을 가지는 성분의 조각구조 특성 유사도를 기반으로 천연물의 신규 효능 발굴에 대한 등록된 특허 3건에 관한 것이다. 해당 특허들을 선급기술료 3,000만원, 경상기술료 매출액의 1.5%으로 전용실시권을 에아스텍 Co., Ltd에 이전하였다. 해당 특허는 유사한 효능을 갖는 화합물들의 조각구조를 이용해, 연관규칙을 기반으로 공통 조각구조를 신규 선도물질로서 예측하는 기술을 개발하는 것을 포함하는 것으로서 조각구조 개념을 활용하여 실용화 및 사업화 가능성을 인증받은 사례이다.

14 | 이관수 | 기술이전 | , 인체 대사물질과의 유사도 기반 약물 재창출 후보 예측 방법 및 그 시스템 (KR-10-1963331), 질병 표적 대사 효소에 특이적인 인체 대사 물질을 이용하여 질병에 대한 약물 후보를 예측하는 방법 (KR-10-2035162), , , 2022. | 본 기술이전 계약에서는 인체 대사물질과의 구조 유사도에 기반하여 신규 약물 후보의 질병에 대한 효능을 예측하는 기술 특허의 전용실시권을 ㈜ 온코앤사이언스에 양도하였다. 상기 특허 기술은 질병에 대한 ‘재창출 후보 약물’을 예측하기 위하여 질병 발생과 연관된 질병 연관 단백질 정보, 단백질과 인체 대사 물질의 상호작용 관계 정보를 활용하며, 또한 질병에 대한 ‘신약 후보 물질’을 예측하기 위하여 질병의 발생에 기여하는 질병 표적 대사 효소들과 특이적으로 상호작용하는 인체 대사 물질 정보를 활용한다. 이는 인체 대사물질의 질병 기전 정보를 활용하여 약물 후보 실용화 및 사업화 가능성을 인증받은 사례이다.

15 | 이도헌 | 기술이전 | , 플라바논 유도체 화합물 및 이의 섬유증을 치료 또는 완화하기 위한 의약용도, , , 2022. | 해당 기술이전은 ‘플라바논 유도체 화합물 및 이의 섬유증을 치료 또는 완화하기 위한 의약 용도’라는 특허를 바탕으로 이뤄진 기술이전이다. 현대 산업화가 이뤄지며 바이오 분야에 대한 기술 발전과 혁신은 꾸준히 있어왔고 이에 따라 연구도 계속 활발히 진행되며 좋은 연구 결과들을 발표해 냈었지만 이러한 연구 결과를 더 많은 사람들이나 대중들에게 상용화 및 보편화 시키는 작업은 좋은 연구 결과와는 별개로 다른 중요한 부분 중 하나이다. 본 기술이전을 통해 컴퓨터 기반의 인체 모델링을 통해 천연물 기반의 약물 개발 분야에서 연구 결과를 기업에 기술이전 함으로써 상용화에 힘썼다. 바이오 및 헬스케어 산업에서 기술이전이 가능함을 보임과 동시에 산업에서의 유용성 또한 검증해낸 부분에서 기여도가 크다고 볼 수 있으며, 컴퓨터 기술과 바이오를 융복합 시켜 이뤄낸 창의적인 업적을 통해 BK21사업의 비전과 추진 배경에도 이바지하였다.

16 | 이상완 | 특허 | 이상완, 박중배, 강화학습을 이용한 적응형 뇌파 분석 방법 및 장치, 대한민국, 10-2318775-0000, 2021. | 뇌기반 인공지능 연구를 위한 적응형 뇌파 분석 원천 기술을 개발하였다.

17 | 조영호 | 기술이전 | , 능동형 피부 접촉 센서 특허 및 노하우, , , 2022. | 피부에 나타나는 다수의 스트레스 생리신호를 안정적으로 측정할 수 있도록 다수의 핵심센서를 단일 패치로 구성한 스트레스 측정패치(H/W)의 구조와 핵심 기능요소에 관한 능동형 피부접촉센서 특허는 타기술 대비 유연성, 집적도 및 착용감이 우수하다. ① 피부 접촉면적 최소화와 유연성 증진을 위한 스트레스 측정패치의 소재와 MEMS 제조공정의 노하우는 타 기술 대비 소재와 공정의 경제성 향상, ② 개인별 스트레스 판정을 위한 스트레스 측정신호의 처리 분석방법 및 지수 선정 기준에 관한 노하우는 타 기술에서 제시하지 못하는 개인별 스트레스 분석 방법과 객관적 지수 산출의 기준을 제공, ③ 스트레스 측정 환경과 자극 및 설문 요건에 관한 노하우는 타 기술에서 제시하지 못하는 개인별 스트레스 측정의 도구와 방법을 제공한다.

18 | 정기훈 | 기술이전 | , 중합효소연쇄반응 장치 및 이를 이용한 중합효소연쇄반응 방법 외 3개, , , 2022.01.01. | 현장진단형 실시간 광열 PCR 시스템을 활용하여 코로나바이러스 기반의 임상적 연구를 진행하였으며 높은 정확도와 증폭효율을 확보하였다.

19 | 정기훈 | 기술이전 | , 마이크로렌즈 어레이 기반 초박형 현미경, , , 2022. | 5마이크로렌즈 어레이 기반 초박형 현미경을 구현하여 초근접 영상촬영장치를 개발하였다.

20 | 조광현 | 특허 | 조광현, 이수범, 안수균, 강준수, 조시영, 김형수, PDK1 저해제를 포함하는 역노화 유도용 조성물, 대한민국 / 유럽, 10-2405350-0000 / EP3643310A1, 2022 / 2021. | 본 특허는 지금까지 비가역적이라고 인식되었던 생명체의 노화현상을 가역화할 수 있는 핵심 치료전략을 제시하였다. 생명체 분자조절 네트워크의 복잡성으로부터 가역화의 가능성을 발견하여, 인간진피섬유아세포 대상으로 세포노화 신호전달 네트워크 모델을 개발하고, 대규모 네트워크 시뮬레이션 분석을 통해 노화된 인간진피섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리기 위한 핵심 인자인 PDK1 분자타겟을 최초로 발굴하였으며, 이를 실험증명하여 노화된 세포를 역노화시킴으로써, 암 유발 부작용 없이 노인성 질환을 예방 및 극복할 수 있는 핵심 원천기술을 개발하였다. 해당 연구성과 및 특허의 역노화 전략 기반 노인성 질환을 예방 및 극복할 수 있는 핵심 원천기술은 2021년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되었으며, ㈜아모레퍼시픽과의 산학협동연구 및 기술이전되어 실용화가 진행되고 있다.

21 | 조광현 | 기술이전 | , PDK1 저해제를 포함하는 역노화 유도용 조성물, , , 2021. | 기존에 생명체의 노화현상은 비가역적이라고 인식되었으나, 생명체 분자조절 네트워크의 복잡성으로부터 가역화의 가능성을 발견하여 암 유발 부작용이 없는 역노화 치료 전략을 개발하기 위해 인간진피섬유아세포 대상으로 세포노화 신호전달 네트워크 모델을 개발하고, 대규모 네트워크 시뮬레이션 분석을 통해 노화된 인간진피섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리기 위한 핵심 인자인 PDK1 분자타겟을 세계 최초로 발굴하고 분자세포생물학 실험을 통해 이를 규명하였다. 이러한 역노화 전략을 기반으로 노인성 질환을 예방 및 극복할 수 있는 핵심 원천기술을 개발하였으며, 동백추출물 기반의 실제 제품화(2022년 상품출시예정)로 발전시킬 수 있는 실용적 분자타겟을 제시하였다.

22 | 조광현 | 창업 | , 암과 노화의 가역치료, ㈜바이오리버트, , 2022. | ㈜바이오리버트는 암과 노화를 가역화(reversion)하는 신개념 치료기술을 개발하고 임상적용을 추진하는 기업이다. 현행 항암치료는 모두 암세포를 사멸시켜 치료하는 것을 목표로 하기 때문에 정상 세포를 사멸시켜 부작용이 나타나거나 암진화를 촉진시켜 치료내성을 갖는 암의 재발이 나타나는 것이 한계이다. 이를 해결하기 위해 암세포를 죽이지 않고 다시 정상세포 상태로 리프로그래밍하는 신개념 치료기술을 개발하여 임상에 적용하고자 한다. 또한 노화된 세포상태를 다시 젊고 건강한 세포상태로 역노화하는 기술을 개발하고 이를 인간에게 적용할 수 있도록 상용화하고자 하고 있다. 이를 위해 시스템생물학적 방법론들을 활용하여 새로운 신약 타겟을 발굴하고자 하고 있으며, 이를 통해 항암치료의 새로운 패러다임을 개척하고 항노화가 아닌 역노화 시장을 새롭게 개척할 것으로 기대하고 있다. 본 참여교수는 ㈜바이오리버트의 CSO(최고과학책임자)로서 방법론의 연구와 개발에 참여하고 있다.

23 | 최정균 | 특허 | 최정균, 배민균, 김영준, 김다원, 최은지, 이정우, 딥러닝을 이용한 암의 예후 예측 모델, 대한민국, 10-2336311-0000, 2021. | 다양한 암종의 멀티오믹스 데이터를 입력으로 받아 주어진 환자의 예후를 예측할 수 있는 딥러닝 모델을 개발한 연구로서 본 교육연구단 목표와 부함되는 창의성, 혁신성 높은 연구 성과이다.

2. 산업·사회에 대한 기여도

본 교육연구단은 지난 1년간 바이오/뇌 이미징 기술, 바이오의료/신경 정보공학, 의료용 진단/치료기기 개발 분야에서 연구적 산업, 사회 문제 해결을 위해 다양하게 기여해왔다.

구체적으로 바이오/뇌 이미징 기술관련해서 정기훈 교수는 플라즈모닉 분광필터 기술을 개발하여 파이퀀트에 기술이전하였고, 예종철 교수는 3D A/B/C Plane 화질 개선 과제를 삼성전자를 위해 수행했고, 장무석 교수는 스냅샷 초분광 센서 기술 개발과제를 삼성전자를 위해 수행했으며, 정용 교수는 가정에서 필요한 디지털 기술의 변화방향 연구관련 주식회사 한샘을 위해서 수행하고 있다.

바이오의료/신경 정보공학관련해서 이도헌 교수는 피로개선/운동수행능력 증진용 조성물을 개발하는 기술을 뉴메드에 기술이전했고, 최정균 교수는 신생항원 발굴 기술을 펜타메딕스에 기술이전했고, 이상완 교수는 적응형 인공지능-인간 공진화 기술 개발과제를 삼성전자를 위해서 수행하고 있고, 조광현 교수는 범용 암세포 시뮬레이터 개발 과제를 삼성전자를 위해서 수행했다.

의료용 진단/치료기기 개발 분야에서 최명철 교수는 생화학적 종속 연쇄 반응 연구를 삼성미래기술육성재단을 위해서 수행했다.

향후 중개연구 전문인력을 충원하여 산업체와의 유기적인 피드백을 통한 바이오의료 융합 기술의 실용화 및 상용화를 선도하고자 한다.

융합기반의 핵심 플랫폼기술을 활용하여 바이오의료산업의 미래 유망 분야인 유전체정보 분석을 통한 개인맞춤형 의료서비스, 뇌-신경 IT 융합산업, 첨단기기 기반의 U-헬스/스마트케어 등의 구현을 위한 신기술, 첨단서비스, 신제품을 창출할 수 있는 목표지향적 연구를 수행한다.

세부 분야별 산업/사회 문제 해결 기여 계획은 아래 도표와 같다.

■ 최근 1년간(2021.9.1.-2022.8.31.) 참여교수 산업·사회에 대한 기여 실적

교육연구단의 기술 이전 실적

연번 | 교수명 | 기술내역 | 산업체명 | 시작일 | 계약 또는 기술이전 형태 | 기술료 수입액(원)

1 | 이도헌 | 대사질환특화****** | ****** | 20210527 | 통상실시 | ******

2 | 조광현 | PDK1 저해제를****** | ****** | 20210915 | 통상실시 | ******

3 | 이관수 | 천연물 소재****** | ****** | 20211215 | 전용실시 | ******

4 | 정기훈 | 중합효소연쇄반응****** | ****** | 20220101 | 통상실시 | ******

5 | 정기훈 | 마이크로렌즈****** | ****** | 20220118 | 전용실시 | ******

6 | 이도헌 | 섬유증에 대한****** | ****** | 20220415 | 전용실시 | ******

7 | 이관수 | 인체 대사 물질과의****** | ****** | 20220415 | 전용실시 | ******

8 | 박지호 | 흡입전달용 핵산****** | ****** | 20220513 | 전용실시 | ******

9 | 조광현 | PDK1 저해제를****** | ****** | 20210915 | 통상실시 | ******

10 | 예종철 | 비전 변환기술****** | ****** | 20211215 | 통상실시 | ******

참여교수의 대표적인 산학 자문 활동 실적

연번 | 시작일 | 종료일 | 성명 | 활동목적

1 | 20200326 | 20230326 | *** | 사외이사활동

2 | 20210101 | 20231231 | *** | 사외이사

3 | 20210601 | 20220531 | *** | 자문위원

4 | 20210701 | 20221231 | *** | 기술자문

5 | 20210701 | 20220630 | *** | 고문

6 | 20210801 | 20220731 | *** | 자문위원

7 | 20210801 | 20220731 | *** | 자문위원

8 | 20210901 | 20240831 | *** | 비상근등기이사

9 | 20211201 | 20241101 | *** | 사외이사

10 | 20211220 | 20220102 | *** | 논문심사

11 | 20220101 | 20221231 | *** | 자문위원

12 | 20220103 | 20220630 | *** | 자문위원

13 | 20220502 | 20230630 | *** | 자문위원

교육연구단에서 수주한 산학협력 과제 실적 (2021.09.–2022.07.)

연번 | 기간 | 과제명 | 참여교수

1 | 20210901-20230630 | 생체시료내 엑소좀****** | 김필남

2 | 20210901-20220630 | 적응형 인공지능****** | 이상완

3 | 20211001-20220930 | 생체내 치료****** | 박지호

4 | 20211101-20221031 | 멘탈 상태 측정을****** | 김철

5 | 20211101-20221031 | 전기장 기반****** | 박성준

6 | 20211101-20221031 | 모발 케라틴/아미노산 ****** | 박지호

7 | 20211101-20220730 | 폐계면활성제 기반 핵산****** | 박지호

8 | 20211101-20221031 | 지니 브레인 : 뇌처럼****** | 이상완

9 | 20211101-20221031 | 피부강화용 LED****** | 정기훈

10 | 20211101-20221031 | LG전자-KAIST 디지털****** | 정용

11 | 20211101-20221031 | 이질 데이터****** | 정용

12 | 20211101-20221031 | 복합 상황인지****** | 정용

13 | 20211201-20230228 | 일주기리듬이 인간 인지****** | 이수현

14 | 20220101-20221231 | 바이오네트워크 기술을****** | 이도헌

15 | 20220101-20221231 | 적응형 인공지능-인간****** | 이상완

16 | 20220101-20221130 | 2.5차원 무질서 메타****** | 장무석

17 | 20220101-20221231 | 후면반사 회절판****** | 정기훈

18 | 20220101-20220630 | 미니멀 세포****** | 최명철

19 | 20220301-20230228 | MRI 조영제의****** | 박성홍

20 | 20220301-20230228 | 폐계면활성제 기반****** | 박지호

21 | 20220301-20250228 | KAIST 반도체****** | 장무석

22 | 20220401-20230331 | 동적 장애 회피****** | 조광현

23 | 20220601-20230531 | Cancer immune repertoire****** | 최정균

24 | 20220701-20221231 | 적응형 인공지능-인간****** | 이상완

3. 참여교수의 연구의 국제화 현황

① 국제적 학술활동 참여 실적 및 현황

■ 국제학회/학술대회 활동

국제학회/학술대회에서 수상

날짜 | 지도교수 | 학생(과정) | 수상내역 | 관련 학회/장소, 개최기간

2021.11 | 박성홍 | Huan Minh Luu(박사과정) | 1위 | 'RSNA/MICCAI/ASNR’3개 국제학회 공동주관 Brain Tumor Segmentation Challenge(BRATS), 2200개 참가팀중 1위, 2022.07 ~ 2022.11

2021.10 | 정기훈 | 강병훈(박사과정) | Elsevier Sensors Award | MicroTAS 2021/캘리포니아, 2021.10.10.-14

2021.11 | 정기훈 | 안명수(박사과정) | Young Investigator's Award | SPIE ABC 2021/부산, 2021.11.04.-06

초청강연, 기조연설

참여교수 | 강연일자 | 강연 제목 | 학술대회

김필남 | 202111 | The Mode and Dynamics of Glioblastoma Cell Invasion Into a Decellularized Matrix-Based 3D Model | EMT conference (해외)

김필남 | 202207 | Disruption of Cell Adhesion by Alteration of Fibronectin in Glycated Extracellular Matrices | 21th Annual International Proteomics Conference(KHUPO), 부산

박영균 | 202107 | Single-cell brain mapping: Current status and Applications | 44th annual meeting of the Japan Neuroscience Society / the 1st CJK International Meeting, webinar

박제균 | 202204 | Point-of-care finger-actuated microfluidic devices | 17th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered & Molecular Systems, Online (April 14-17, 2022)

장무석 | 202112 | ‘Solving’ and ‘using’ optical complexity with digital holography | The 11th Japan-Korea Workshop on Digital Holography & Information Photonics (DHIP 2021), 온라인

정용 | 202205 | The role of the cerebral capillary glycocalyx in capillary stalling in a subcortical vascular dementia model. | The 30th International Symposium on Cerebral Blood Flow, Metabolism and Function, Glasgow, UK

조영호 | 202110 | Emotion monitoring skin patches for human mental healthcare | The 12th Japan-China-Korea Joint Conference on MEMS/NEMS (JCK MEMS/NEMS 2021), Howard Johnson Ginwa Plaza Hotel Xian, Xi’an, China & ZOOM

좌장 등 학회활동

참여교수 | 기간(yyyymm-yyyymm) | 학회명 | 활동명

김철 | 202106 - 현재 | IEEE Custom Integrated Circuits Conference | Technical Program Committee

박제균 | 201601 - 202110 | The Chemical and Biological Microsystems Society | Board of Director

박성홍 | 202205 - 202205 | International Society for Magnetic Resonance in Medicine | Session Chair

예종철 | 202001 – 202112 | IEEE EMBS | Distinguished Lecturer

예종철 | 202001 – 202112 | IEEE Technical Committee on Computational Imaging (TC CI) | Chair

이상완 | 202112 - 202112 | Annual symposium of Korean Society for Computational Neuroscience (KSCN) 2021 | Chair

이상완 | 202201 - 202312 | Organization for Computational Neurosciences (OCNS) | Program committee

장무석 | 202104 - 202107 | ICAMD 2021, 12th International Conference on Advanced Materials and Devices | Program Committee

정기훈 | 202207 - 202207 | The 20th Internatioal Nanotech Symposium | Program Committee & Chair

최정균 | 202206 - 202206 | 2nd International Congress of Asian Oncology Society | Session Organizer & Chair

■ 국제 학술지 관련 활동

참여교수 | 기간 | 학술지명 | 직위

김철 | 202001 - 현재 | IEEE Transactions on biomedical circuits and systems | Associate Editor

남윤기 | 202201 - 202312 | Experimental Neurobiology | Executive Editor

박제균 | 201301 ~ 현재 | Biotechnology Journal (WILEY) | Editorial Board

박제균 | 201805 ~ 현재 | Sensors (MDPI) | Editorial Board

박제균 | 201810 ~ 현재 | Micromachines (MDPI) | Editorial Board

박제균 | 202002 ~ 현재 | View (WILEY) | Editorial Board

박성홍 | 202101 - 202312 | Magnetic Resonance in Medicine | Editorial Board Member

박지호 | 202110-현재 | Chemical Engineering Journal | Associate Editor

백세범 | 202109 - 현재 | Frontiers in System Neuroscience | Editorial Board

백세범 | 201906 - 현재 | Scientific Reports (Nature Publishing) | Editorial Board

예종철 | 201803 - 현재 | IEEE Signal Processing Magazine | Senior Editor

예종철 | 201805 - 현재 | IEEE Trans. Medical Imaging | Associate Editor

예종철 | 201807 - 현재 | BMC Biomedical Engineering | Section Editor

이수현 | 202001 - 현재 | Frontiers in Behavioral Neuroscience | Editorial Board

이수현 | 201901 - 현재 | Frontiers in Human Neuroscience | Guest Associate Editor

장무석 | 202205 - 202404 | Current Applied Physics | Editorial Board

정기훈 | 201901 - 현재 | BioChip Journal | Editor

정용 | 202103 - 202602 | Journal of Clinical Neurology | Editorial Board

정용 | 202012 - 현재 | Experimental Neurobiology | Associate Editor

조광현 | 201001 - 현재 | IET Systems Biology | Editor-in-Chief

조광현 | 200801 - 현재 | Bulletin of Mathematical Biology | Associate Editor

조광현 | 200701 - 현재 | BMC Systems Biology | Associate Editor

조광현 | 201301 - 현재 | Molecular and Cellular Therapies | Editorial Board Member

조광현 | 201301 - 현재 | Journal of Coupled Systems and Multiscale Dynamics | Editorial Board Member

조광현 | 201001 - 현재 | Frontiers in Systems Physiology | Editorial Board Member

조광현 | 200601 - 현재 | Systems and Synthetic Biology | Editorial Board Member

조광현 | 200601 - 현재 | Gene Regulation and Systems Biology | Honorary Editorial Board Member

최정균 | 202103 - 202207 | Genes | Editorial Board

최정균 | 202003 - 202207 | Molecules and Cells | Editorial Board

② 국제 공동연구 실적

<표 3-6> 최근 1년간(2021.9.1.-2022.8.31.) 국제 공동연구 실적

연번 | 공동연구 참여자 | 상대국 | 국제 공동연구 실적 | DOI 번호/ISBN 등 관련 인터넷 link 주소

1 | 김철, Sohmyung Ha | UAE / New York University | A Wireless Power and Data Transfer IC for Neural Prostheses Using a Single Inductive Link With Frequency-Splitting Characteristic | 10.1109/TBCAS.2021.3135843.

2 | 김철, Sohmyung Ha | UAE / New York University | A Single-Mode Dual-Path Buck-Boost Converter with Reduced Inductor Current Across All Duty Cases Achieving 95.58% Efficiency at 1A in Boost Operation | https://ieeexplore.ieee.org/document/9772861

3 | 김철, Gert Cauwenberghs | USA / University of California, San Diego | Low-Power 256-Channel Nanowire Electrode-on-Chip Neural Interface for Intracellular Electrophysiology | https://ieeexplore.ieee.org/document/9645036

4 | 박성준, Haider Butt | UAE / Khalifa University | Nanostructured Photonic Hydrogels for Rea-Time Alcohol Detecion, ACS APPLIED NANO MATERIALS (2022) | 10.1021/acsanm.2c00576

5 | 박영균, Susumu Tonegawa, Kwanghun Chung | USA / Massachusetts Institute of Technology | Brain-wide mapping reveals that engrams for a single memory are distributed across multiple brain regions, NATURE COMMUNICATIONS (2022) | 10.1038/s41467-022-29384-4

6 | 박지호, DONG-HYUN KIM | USA / Northwestern University | Co-immunomodulation of tumor and tumor-draining lymph node during in situ vaccination promotes antitumor immunity, JCI INSIGHT (2022) | 10.1172/jci.insight.146608

7 | 이도헌, Sanghyun Kim | USA / Stanley Medical Research Institute | Functional study of schizophrenia based on interpretable deep neural networks | 과제수행(2021.5-2022.4)

8 | 이상완, Anil Yaman, Nicolas Bredeche, Onur Caylak, Joel Z. Leibo | The Netherlands / Vrije Universiteit Amsterdam, France / Sorbonne Universite, The Netherlands / Eindhoven University of Technology, UK / DeepMind | Meta-control of social learning strategies, PLOS Computational Biology (2022) | 10.1371/journal.pcbi.1009882

9 | 이수현, Xiaonan L. Liu, Marc N. Coutanche | USA / University of California, Davis, University of Pittsburgh | Editorial: Neural Mechanisms of Memory Retrieval and Its Links to Other Cognitive Processes, FRONTIERS IN HUMAN NEUROSCIENCE (2021) | 10.3389/fnhum.2021.810073

10 | 장무석, Atsushi Shibukawa | Japan / Hokkaido University | Optical modulation device and Optical focus device 공동 특허 출원 | 特願2021-153788

11 | 정용, Marvin Chun | USA / Yale Univ. | Predicting multilingual effects on executive function and individual connectomes in children: an ABCD study, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA. (2021) | 10.1073/pnas.2110811118

12 | 조광현, Nika Shakiba 외 11 | UK 외 / University of British Columbia 외 | How can waddington-like landscapes facilitate insights beyond developmental biology?, CELL SYSTEMS (2022) | 10.1016/j.cels.2021.12.003

③ 외국 대학 및 연구기관과의 연구자 교류 실적 및 계획

■ 최근 1년간(2021.9.1.-2022.8.31.) 외국대학 및 연구기관과의 교류 실적

일자 | 행사명 | 내용

20210827 | KAIST BBE-HUST workshop

▮Dr. Nguyen Minh Duc(HUST) “Electrical impedance tomography for pulmonary embolism and treatment monitoring down to segmental level

▮Dr. Nguyen Viet Dung(HUST) “Bag of Features for Chromoendoscopy Classification

▮Dr. Han Huy Dung(HUST) “Electromyography acquisition system using graphene-based e-textiles

▮Prof. Jong Chul Ye(KAIST) “Review of deep learning at KAIST for biomedical imaging

▮Prof. Yoonkey Nam(KAIST) “Brain-on-a-chip technology: neural Interface platform for live neurons in a dish

▮Prof. Chul Kim(KAIST) “Miniaturized energy-efficient electronics for invisible brain-machine interface

20211022 | The 2nd KAIST BBE-SJTU BME Symposium

▮Shanbao Tong(SJTU) “Brain stimulation by low intensity transcranial ultrasound stimulation and applications

▮Hao He(SJTU) “Direct control of calcium ion channels by femtosecond laser and its applications

▮Feng SHEN(SJTU) “SlipChip Microfluidic Systems for Digital Nucleic Acid Analysis

▮Ki-Hun Jeong(KAIST) “Plasmonic Molecular Diagnostics for Point-of-Care Applications

▮Chul Kim(KAIST) “Miniaturized energy-efficient electronics toward invisible brain-machine interface

▮Seongjun Park(KAIST) “Fiber-based Interfaces for Brain Diagnostics

20211210 | The 2021 KAIST-Boston Symposium on Digital Therapeutics

▮Scott Xiao (Co-Founder&CEO, luminopia)

▮Youngin Paul Kim (Medical Director, noom)

▮Haipeng Mark Zhang (Associate Chief Medical Information Officer, BRIGHAM AND WOMEN’S HOSPITAL)

▮Doheon Lee, Sue-Hyun Lee, Yong Jeong, Sang Wan Lee, Ki-Hun Jeong, Young-suk Lee (KAIST)