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일상생활 뇌 활동 추적·자극하는 '뇌 스캔 배낭' 개발
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일상생활 뇌 활동 추적·자극하는 '뇌 스캔 배낭' 개발
  • 심성필 기자
  • 승인 2020.11.03 21:04
  • 댓글 0
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자기 공명 영상(fMRI) 스캐너, 대략 픽업 트럭 크기에 비용 1백만 달러
"fMRI 환자는 약 1시간 동안 기계 안에서 가만히 있어야"
fMRI 기계와 동일한 데이터를 수집... TMS와 유사한 방식으로 뇌 자극
파킨슨병, 간질 및 강박 장애 등 상태 치료·모니터링 가능
문제는 신경 이식(임플란트) 수술받은 환자만 장치 사용 가능
이 모바일 뇌 모니터링 장치에는 신경 임플란트와 함께 작동하는 지팡이와 배낭이 포함되어 있다. 가상 현실 고글과 페어링 할 수도 있다. /사이언스지 갈무리

미국 과학자들이 일상생활에서의 뇌 활동을 추적하고 자극하는 배낭, 휴대용 신경과학 장비를 개발했다.

사이언스지에 따르면 이것은 연구자들이 실험실 밖에서 뇌가 어떻게 작동하는지 실제 환경에서 파킨슨병이나 외상 후 스트레스 장애와 같은 질병을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 뉴욕의 웨일 코넬 의학의 신경생물학자 티모씨 스펠맨은 "이 기술은 휴대용 신경 과학장비로 무엇이 가능한지에 대한 긍정적인 시연"이라고 말했다. 

보통 과학자들이 뇌를 스캔하려면 많은 비용과 넓은 공간이 필요하다. 뇌의 다양한 영역에서 활동을 감지하는 기능적 자기 공명 영상(fMRI) 스캐너는 대략 픽업트럭 크기이며 비용은 1백만 달러(약 11억 원) 이상이다. 거기다 환자는 선명한 스캔을 위해 약 1시간 동안 기계 안에서 가만히 있어야 한다. 

TMS(경두개자기자극)와 같은 접근 방식에서는 약 30분 동안 실험실에서 가만히 앉아있어야 하고 큰 코일이 두피를 통해 자기 펄스를 전달해 뉴런을 전기적으로 활성화해야 한다. 보다 나은 방법을 찾기 위해 UCLA 연구원들은 모바일 심뇌 기록 및 자극 플랫폼이라고 부르는 이 배낭을 개발했다. 

MRI 기계 / 사진=JAMECO 일렉트로닉스

신경 임플란트와 함께 작동하는 연결선과 배낭

작동 방식은 4kg의 배낭에서 연결된 줄이 올라와 환자의 두피 상단 근처에 놓인다. 연결된 줄은 뇌 깊숙한 곳에 있는 신경 이식물과 통신을 하고, 배낭은 모니터로 채워져있어 임플란트로부터 실시간으로 데이터를 수집할 수 있다. 

실험에 따라 참가자는 표면 뇌 활동을 모니터링하는 전극이 있는 두피 뇌파 검사 캡, 눈의 움직임을 추적하는 가상 현실 고글 및 기타 장치를 포함해 뇌와 신체 활동을 측정하기 위한 추가 장비를 착용할 수 있다. 

심장과 호흡수를 추적하고 이 모든 정보는 임플란트의 신호와 동기화된다고 한다.

UCLA 신경 물리학자이자 연구 저자인 자라 아가잔은 "이것의 장점은 동시에 들어오는 데이터 스트림이 많다는 것"이라고 말했다. 

연구팀은 실험실 테스트에서 배낭이 활동을 기록하고 사람들이 가만히 있을 필요 없이 다양한 뇌 영역을 자극한다는 것을 보여줄 수 있다고 설명했다. 또한 환경에 얽매이지 않는 것은 과학자들이 fMRI 기계 안에 가만히 누워있기보다 사람들이 움직이고 사람들과 상호작용하는 동안 뇌가 어떻게 기능하는지를 연구할 수 있게 해준다고 말한다. 

한편 지난 9월 세포연구 저널 Neuron은 fMRI 기계와 동일한 데이터를 수집하고 TMS와 유사한 방식으로 뇌를 자극할 수 있었다고 보고했다.

문제는 신경 이식(임플란트) 수술을 받은 환자만 장치를 사용할 수 있다는 것이다. 전 세계적으로 약 15만 명의 사람들이 이런 임플란트를 가지고 있으며, 의사는 파킨슨병, 간질 및 강박 장애를 포함한 광범위한 상태를 치료하고 모니터링하는 데 사용한다. 

연구 저자 우로스 타팔로빅 박사는 모든 과학자들이 사용할 수 있도록 배낭의 소프트웨어와 청사진을 공개했다.

앞서 2017년에 가상현실을 활용해 뇌가 기억을 인코딩하고 검색하는 방법을 밝히는 것을 세계 최초로 시도한 신경과학자 중 한 명이 있다. UCLA의 나티아 수잔나 과학자이다.

그녀의 장비도 뇌 모니터링 장치와 비슷한 형태로 알츠하이머, 외상성 뇌 손상 및 기타 장애로 고통받는 사람들에게 잃어버린 기억을 회복할 수 있는 치료 도구로 개발했다. 

UCLA 연구소는 움직임 중 뇌가 기억을 어떻게 암호화하는지에 대한 연구로 가상 현실의 힘을 활용한 바 있다. 

[가상현실 배낭] 환자가 걷는 동안 기억을 형성 할 때 뇌 내부에서 일어나는 일을 연구하는 UCLA 연구자들에게 핵심 데이터를 보내는 배낭과 모션 캡처 슈트를 착용한다. /UCLA 뉴스룸 캡쳐

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