뇌 자극 치료…새로운 채널 나온다

GIST 연구팀, 준침습적 방법 효율 높아…컴퓨터 모델링으로 효과 입증

▲준침습적 뇌자극 방법에 대한 효과가 입증됐다.[사진제공=GIST]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 컴퓨팅 모델로 '준침습성 뇌 전기 자극' 효과를 입증했다. '뇌 전기 자극'이란 외부에서 가해지는 전기 자극을 통해 뉴런 활성화를 조절하는 것을 말한다. 여러 가지 뇌 질환 혹은 뇌 기능 향상에 사용되고 있는 치료법이다. 지금까지는 비침습적, 침습적 방법이 사용됐다.

비침습적 방법은 수술 없이 두피에 전극을 부착하거나 머리 가까이에 전자기 코일을 위치시켜 전기 자극을 전달하는 것을 말한다. 반면 침습적 방법은 수술을 통해 전극을 뇌 깊숙이 위치시켜 전기 자극을 전달한다. 준침습적 방법은 두피에 비침습적으로 전극을 부착한 뒤 높은 전도도를 가진 티타늄 채널을 두개골에 심는 방법이다.

그동안 준침습적 방법에 대한 효과 입증이 구체적으로 나오지 않았다. 이번에 국내 연구팀이 컴퓨터 모델을 통해 준침습적 방법의 효과를 확인했다. 준침습적 방법은 비침습적 방법론에 비해 약 5배 높은 자극 집중도를 나타냈다. 최대 11배 높은 뉴런 활성화 반응을 유도했다. 티타늄 채널이 전극과 뇌 사이의 인터페이스 역할을 하면서 전극에서 가해지는 전류가 손실 없이 뇌에 전달될 수 있었기 때문으로 풀이된다.

연구팀은 자체 개발한 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 이용해 '준침습성 전기 자극법'이 두피나 머리 가까이에서 전기 자극을 전달하는 '비침습적 뇌 자극'보다 10배 이상의 자극 효율을 나타낸다는 것을 밝혀냈다. 자기공명영상(MRI)을 이용해 뇌의 구조적 특징을 복원한 연구팀은 3차원 뇌 컴퓨팅을 이용해 두피에 전극을 부착하고 티타늄 채널을 두개골에 심은 뇌 모델을 구현했다.

이어 운동 신경 전달의 중추 역할을 하는 뉴런 모델을 뇌 모델에 가상적으로 결합한 뒤 다양한 지름(1~9㎜)의 티타늄 채널(길이 5㎜)을 통해 가해지는 뇌 전기 자극의 영향력, 채널·전극 간 거리 변화에 따른 뉴런 활성화 양상을 분석했다. 이번 연구는 전성찬 GIST 전기전자컴퓨터공학부 교수팀이 수행했다.

전성찬 교수는 "이번 연구는 준침습적 전기 자극법의 효용성을 컴퓨터를 이용한 뇌 자극 시뮬레이션을 이용해 입증한 것"이라며 "앞으로 준침습적 방법론이 실제 임상에 적용돼 더 나은 뇌 자극 치료 전략을 세우는 데 도움을 줄 것으로 기대한다"고 말했다.

연구결과는 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 1월 13일자(논문명: The Effect of a Transcranial Channel as a Skull/Brain Interface in High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation-A Computational Study)에 실렸다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr