전기자극으로 파킨슨병·뇌졸중 치료 기술 개발

DGIST, 뇌신경 질환 치유 위한 전기 자극 및 모니터링 기술 선보여
고위인지기능 향상 시키는 등 잠재적 활용 가능성 풍부

역치이하 자극을 통한 뇌신경 활성화 조절 및 뇌가소성 조절 개요. 그림제공=DGIST

[아시아경제 김봉수 기자] 전기 자극을 통해 뇌졸중이나 파킨슨병 같은 뇌 신경 질환을 치료할 수 있는 기술이 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 최지웅 뇌공학융합연구센터장, 장재은 정보통신융합전공 교수, 문제일 뇌·인지과학전공 교수 공동연구팀이 뇌신경 질환 치유를 위한 전기 자극 및 모니터링 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 연구팀은 "기존의 뇌자극 치료 연구의 기술적 한계를 넘어 미래 뇌신경 관련 기술 개발에 큰 도움을 줄 것으로 기대한다"고 설명했다.

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 자극(suprathreshold)이 주로 활용되는데, 이는 복잡한 뇌신경 네트워크 내에 원치 않은 영역까지 자극해 부작용이 발생한다. 지속적인 자극을 요하는 경우 더 많은 배터리 용량이 요구되며 인체 내 배터리 교체를 위한 수술 횟수 증가 등 어려움이 있다.

연구팀은 뇌신경 활성화를 역치자극의 30%의 전력으로 자극하는 역치이하 신경 자극 기술(subthreshold electrical stimulation, STES)을 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(可塑性)을 유도하는 기술을 최초 개발했다.

특히 신경 활성에 필요한 전력보다 더 낮은 세기의 자극을 줌으로써 배터리 사용시간을 늘리고 국소 부위만 자극함으로써 부작용을 최소화할 수 있다는 사실을 확인했다. 연구팀은 신경 활성화를 조절해 뇌 신경회로를 원하는 방향으로 유도할 뿐만 아니라, 학습과 같은 인간의 고위인지기능을 향상시킬 수 있는 잠재력이 풍부한 기술이라고 밝혔다.

최지웅 센터장은 “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 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 네이처(Nature)의 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 지난 8일자 온라인 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr