지나가고 있었다.
환자는 54세의 제시 설리번이라는 사람으로 양팔이 절단된 상태였다. 토드 쿠이켄은 노스웨스턴 메모리얼 병원의 성형외과의인 그레고리 더매니언이 설리번의 가슴 근육을 네 갈래로 절개하고 주요 팔 신경을 각 갈래로 나누는 모습을 지켜보며 조언을 했다. 이 신경들은 아직 설리번의 뇌와 산 채로 연결되어 있었는데, 쿠이켄은 곧 이 신경들이 첨단 인공 팔과 교신할 수 있기를 기대했다. 게획대로 진행되면 그가 20년간 연구해 온 최초의 뇌 조절 인공 팔이 실현되는 셈이다.
근육에서 기계로
시카고 재활연구소의 외과의사이자 생명의학 엔지니어인 쿠이켄은 25세에 노스웨스턴 대학 대학원생이었을 때 뇌로 조절하는 인공 팔 아이디어를 생각해냈다. 처음에 그는 쥐의 “신경 배열을 바꾸며” 한 근육의 신경들이 다른 근육들을 얼마나 잘 움직이는지 연구했다. 이후 그와 공동연구자는 컴퓨터 모델을 이용해 피부에 부착한 전극들이 인접한 수술 근육 조각들로부터 발생한 전기 신호를 구분해 각 조각이 별개의 운동 근육을 움직이도록 했다.
다음 단계는 이 신호들이 작동하도록 하는 것이었다. 쿠이켄은 최고의 팔 부품들을 찾았는데, 이중에는 팔목이 구부러지는 최초의 전동식 손(중국산)과 착용자가 팔꿈치를 얼마나 구부리거나 펼지 조절할 수 있는 보스톤 디지털 팔(메사추세츠 리버레이팅 테크놀러지스 제품)이 있었다. 이전에는 이런 첨단 부품들을 모두 조립한 예가 없었다. 쿠이켄이 개척한 신경 수술 없이는 이런 복잡한 장치를 조절할 수 없었기 때문이다.
진정한 생체 인간
신경 수술을 한 지 3년이 지난 현재 설리번은 2001년 전력선 연결 도중 치명적인 감전 사고를 당했었지만 일반인들처럼 인공 팔을 자유롭게 사용한다. 그가 생각을 하면 가슴 근육의 일부가 반응을 해 어깨와 팔꿈치, 팔목이나 손에 있는 모터를 작동시킨다.
설리번은 어깨가 절단된 사람으로는 처음으로 팔꿈치를 펴면서 동시에 손을 회전시키는 부드럽고 자연스런 동작을 할 수 있다. 그는 인공 팔 수술자로는 처음으로 물체를 얼마나 단단히 쥐어야 하는지 느끼기도 한다.
그의 인공 손에 달린 압력 센서들이 가슴에 있는 피스톤을 작동시켜 수술한 근육을 누름으로써 이전에 그의 팔을 따라 있었던 감각신경을 자극한다.
쿠이켄의 동료이자 생명의학 엔지니어인 노스웨스턴 대학의 리처드 바이에르는 알루미늄과 에폭시로 된 전동식 팔 회전기를 제작해 설리번의 팔이 자동으로 그의 몸쪽으로 회전하도록 해 설리번은 인공 팔 착용자로는 처음으로 혼자서 모자를 쓰거나 포크로 집은 음식을 입에 가져갈 수 있다.
다음: 정교하게 다듬기
인공 팔 연구팀은 아직 할 일이 많다. 바이에르는 쌀알만한 크기로 설리번의 가슴 근육에 주입해 보다 선명한 신호들을 전달하게 함으로써 더욱 섬세한 조절이 가능한 이식물을 개발중이다. 쿠이켄과 동료들은 손과 팔 관절이 좀더 부드럽게 움직이도록 조절하는 알고리즘을 다듬고 있다.
설리번은 나름대로 하루라도 빨리 자기 팔로 농어 낚시를 하고 사고 전에 구입한 1953년형 GMC 트럭을 복구할 생각이 가득하다.
“앞으로 10년 후면 굉장한 일이 될 겁니다,”라고 그가 말한다.
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