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 갖고 있음을 입증했다.
이번 성과는 안전하고 효율적인 뇌 전기 자극으로 뇌 질환을 치료할 수 있는 준침습적 전기 자극의 임상 적용에 기여할 것으로 기대된다.
뇌 전기 자극이란 외부에서 가해지는 전기 자극을 통해 뉴런 활성화를 조절하는 것으로 각종 뇌 질환 혹은 뇌 기능 향상에 사용되고 있다.
현재 의료 현장에서는 수술을 하지 않는 비침습적 방법이나 수술을 위해 개두를 하는 침습적 방법으로 외부 전기 자극을 뇌로 전달하고 있다. 하지만 침습적 방법보다 안전하고 비침습적 방법보다는 자극 효율이 높은 준침습성 전기 자극법에 대해서는 이론적으로 제안됐을 뿐 그 효과가 정확하게 입증되지 않았다.
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.
그 결과 준침습적 방법은 비침습적 방법론에 비해 약 5배 높은 자극 집중도와 함께 최대 11배 높은 뉴런의 활성화 반응을 유도할 수 있었다.
티타늄 채널이 전극과 뇌 사이의 인터페이스 역할을 하면서 전극에서 가해지는 전류가 손실 없이 뇌에 전달될 수 있었다.
전 교수는 “이번 연구는 준침습적 전기 자극법의 효용성을 컴퓨터를 이용한 뇌 자극 시뮬레이션을 이용해 입증한 것”이라며 “향후 준침습적 방법론이 실제 임상에 적용돼 더 나은 뇌 자극 치료 전략을 세우는 데 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다. /광주=김선덕기자 sdkim@sedaily.com
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