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전기로 뇌 치료 ‘뇌전기자극술’ 안내할 ‘뇌 내비게이션’ 나와

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2019년 02월 25일 16:01 프린트하기

세 종류의 신경세포 가운데 ′3층 피라미드세포′의 활성화 반응을 시각화했다. 넓은 ′패드 타입′ 전극은 넓은 영역에, 작은 점 모양인 ′디스크 타입′ 전극은 제한된 뇌 영역에 자극이 집중됐다. 사진 제공 GIST
세 종류의 신경세포 가운데 '3층 피라미드세포'의 활성화 반응을 시각화했다. 넓은 '패드 타입' 전극은 넓은 영역에, 작은 점 모양인 '디스크 타입' 전극은 제한된 뇌 영역에 자극이 집중됐다. 사진 제공 GIST

국내 연구팀이 파킨슨병이나 우울증 등의 증상을 개선하는 데 쓰이는 ‘뇌전기자극’ 치료법이 실제 뇌에 미치는 영향을 예측, 평가할 수 있는 컴퓨터 기반 기술을 개발했다.


GIST는 서현 전기전자컴퓨터공학부 연구원과 전성찬 교수팀이 외부에서 미약한 전기 자극을 가했을 때 뇌가 어떤 영향을 받는지 뇌 전체는 물론 신경세포 수준에서도 효과적으로 예측까지 할 수 있는 새로운 ‘뉴로 내비게이션 시스템’ 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 


뇌전기자극법은 우울증이나 조현병, 치매 등 뇌 기능과 관련된 질환의 증상을 개선할 수 있어 널리 연구되고 있다. 보통 자기공명영상(MRI)를 이용해 알아낸 뇌의 구조적 특징을 기반으로 가상공간에 일종의 ‘뇌 아바타’를 만들고, 여기에 전극을 붙였을 때 일어날 자극 효과를 예측해 이를 지도처럼 이용해 치료했다. 뇌 속을 흐르는 전류와 그 영향을 실제처럼 알 수 있다고 해서 뉴로 내비게이션 시스템이라고 부른다.

 

최근에는 여기에 개별 신경세포가 전기 자극을 받았을 때 활성화되는 패턴을 추가해, 세포부터 뇌 전체까지 다양한 관점에서 영향을 평가하려는 시도가 있었다. 하지만 어떤 자극이 뇌 어디에 영향을 미치는지 등이 정확히 밝혀지지 않아 치료 효과가 일정하지 않다는 단점이 있었다. 


서 연구원팀은 신경세포를 모양에 따라 세 가지로 구분한 뒤, 각각에 전류를 흘려줬을 때 전류가 흐르는 방향에 따라 신경세포가 어떻게 활성화되는지를 컴퓨터로 새롭게 시뮬레이션했다. 그 결과 신경세포의 활성화를 일으키지 않는 역치 이하의 자극에서 전류의 분포와 신경세포의 활성화가 높은 확률로 일치한다는 사실을 확인했다. 역치 이상의 자극에서도 비슷했다. 비유하자면 자동차 내비게이션이 현실의 길과 자동차를 아주 정확하게 묘사할 수 있다는 뜻으로, 이 시스템을 이용하면 원하는 곳에 원하는 정도로 전기자극을 가해 신경세포의 활성을 예측할 수 있게 된다.


전 교수는 “뇌 자극이 어떤 영향을 미치는지를 컴퓨터를 이용해 세포 단위에서 규명했다”며 “뇌의 기능을 이해하고 증진시키는 데 기여할 것”이라고 말했다. 또 “고령화에 따른 뇌질환 치료를 돕는 전기 자극 뉴로내비게이션 시스템의 가이드라인을 만들 수 있다”며 “치료 효과를 높일 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 뇌 자극술 분야 국제학술지 '뉴로 스티뮬레이션' 1월 22일자에 발표됐다.

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