최소 전기자극만으로 ‘뇌졸중·파킨슨병’ 치료효율 높인다

[헤럴드경제=구본혁 기자] 기존보다 적은 전기자극으로 뇌 신경질환의 치료효율을 높일 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST) 뇌공학융합연구센터 최지웅 센터장, 정보통신융합전공 장재은 교수, 뇌·인지과학전공 문제일 교수 공동연구팀은 뇌신경 질환 치유를 위한 전기 자극 기술 및 모니터링 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 이번 연구는 기존 뇌자극 치료 연구의 기술적 한계를 넘어 미래 뇌신경 관련 기술 개발에 큰 도움을 줄 것으로 기대한다.

최근 평균 수명이 늘어나면서 다양한 뇌신경 질환 발병률 또한 증가하고 있다. 이에 따라 뇌 질환 치료나 뇌 기능 연구를 위한 뇌신경 전기 자극법이 각광받고 있다. 뇌 전기 자극법은 외부에서 가한 전기 자극을 통해 뉴런의 활성화를 조절하는 기술이다.

현재 대부분의 뇌 전기 자극 연구는 인위적인 신경 활성화를 불러오는 역치 이상 자극이 주로 활용되는데, 이는 복잡한 뇌신경 네트워크 내에 원치 않은 영역까지 자극해 부작용이 발생한다. 또한 지속적인 자극을 요하는 경우, 더 많은 배터리 용량이 요구되며 인체 내 배터리 교체를 위한 수술 횟수 증가 등 어려움이 있다.

공동연구팀은 뇌신경 활성화를 역치자극의 30%의 전력으로 자극하는 역치이하 신경 자극 기술을 고안했다. 연구팀은 뇌신경 모델링을 기반으로 신경 자극 시뮬레이션과 동물 실험 검증 등 다양한 방법을 통해 안정성을 입증했다. 이를 통해 뇌졸중의 재활에 중요한 역할을 하는 뇌신경 가소성(뇌세포의 일부분이 죽더라도 재활 치료를 통해 그 기능을 다른 뇌세포에서 일부 대신할 수 있게 하는 성질)을 유도하는 기술을 최초 개발했다.

이번 성과는 신경 활성에 필요한 전력보다 더 낮은 세기의 자극을 줌으로써 배터리 사용시간을 증대시켰고, 국소 부위만 자극함으로써 부작용을 최소화할 수 있었다. 신경 활성화를 조절해 뇌 신경회로를 원하는 방향으로 유도할 뿐만 아니라, 학습과 같은 인간의 고위인지기능을 향상시킬 수 있는 잠재력이 풍부한 기술로 평가된다.

최지웅 센터장은 “이번 기술은 기존의 강제적 신경 활성화가 아닌, 시냅스 전단의 활성화를 증폭시켜 자연스러운 생리적 신경 활성을 유도해 더 적은 부작용과 적은 에너지 소모가 장점”이라며 “전자공학, 뇌과학 분야 전문가들의 융합 연구 결과로 기존 의료기술의 한계를 극복한 뇌신경 자극 기술에 적극 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’ 7월 8일자 온라인 게재됐다.