[MIT 10대 혁신기술 1] 척수손상 마비환자를 움직인다...'뇌 임플란트'
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[MIT 10대 혁신기술 1] 척수손상 마비환자를 움직인다...'뇌 임플란트'
  • 백성요 기자
  • 승인 2017.07.20 09:53
  • 댓글 0
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-척수손상으로 발생하는 마비를 해소하기 위한 '뇌 임플란트' 기술에서 놀라운 발전

MIT(Massachusetts Institute of Technology)는 2002년부터 해마다 경제, 정치, 의학은 물론 문화에도 영향을 미치는 10대 혁신 기술을 발표해 왔다. 올해는 뇌 임플란트 자율 운행 트럭 안면인식 결재 실용적 양자 컴퓨팅 360도 셀카 기존보다 2배 효율적인 태양전지 유전자 치료 2.0 세포지도 사물 봇넷 강화학습 등 10가지 혁신 기술을 발표했다. 이 기술들은 지금, 혹은 10년 이상 지나 실현될 것으로 전망된다. 이에 본지에서는 10회에 걸쳐 MIT가 선정한 '10대 혁신기술 2017'에 대해 알아본다. 

과학자들은 척수손상으로 발생하는 마비를 해소하기 위한 '뇌 임플란트' 기술에서 놀라운 발전을 이루고 있다. 

MIT 테크놀로지 리뷰의 생물 의학 수석 편집자인 안토니오 레갈라도는 '뇌 임플란트' 기술은 향후 10년~15년 정도에 상용화 될 것으로 전망했다. 

◇ 성공적인 '뇌 임플란트' 원숭이 실험

동물 실험에서 '뇌 임플란트'는 성공적인 결과를 보였다. 

프랑스의 신경과학 연구팀은 척수 중 절반을 제거해 오른쪽 다리를 마비시킨 원숭이에게 두개골 아래 운동피질을 접촉시키는 장치를 설치하고, 손상된 척수 주위에 유연한 전극 패드를 봉합했다. 두 장치는 무선으로 연결됐다. 

원숭이의 두개골 아래 설치된 장치가 원숭이의 의도를 읽은 후 즉시 척추에 전기 자극을 전송했다. 얼마 지나지 않아 원숭이의 오른쪽 다리가 움직이기 시작했다. 

실험을 주도한 스위스 로잔 연방 공과대학교(École Polytechnique Fédérale de Lausanne )의 그레고리 커타인 교수는 "원숭이가 생각하고 나서 '붐(boom)'을 일으켰다. 걷고 있었다"고 전했다. 

◇ 사지마비 환자에게 적용된 '신경 우회' 장치

최근 몇 년간 뇌 임플란트와 연결된 기계를 통해 생각으로 마우스 커서나 로봇 팔을 제어하는 기술이 발달해 왔다. 

여기서 한 발 더 나아가 연구자들은 신체마비를 회복할 수 있는 중요한 단계에 진입했다. 뇌의 명령을 읽고 신체에 연결된 전기 자극기에 무선으로 자극을 보내 팔다리를 움직일 수 있도록 하기 위해서다. 

뉴런의 신호를 읽는 브레인 리딩 칩 <사진=MIT Technology Review>

이를 위해 '신경 우회(neural bypass)'라 불리는 장치를 만든다. 

美 클리블랜드에 위치한 케이스웨스턴리저브 대학은 중년의 사지마비 환자와 '뇌 임플란트'를 삽입하는 것에 합의했다. 환자는 머리와 어깨 외에는 움직일 수 없는 상태다. 

그에게 삽입될 '뇌 임플란트'는 앞서 원숭이에게 사용했던 것과 동일한 유형으로 실리콘으로 만들어진 우표보다 작다. 이 장치는 뇌의 뉴런이 명령을 내릴 때 '들을 수 있는' 머리카락 100개 정도 크기의 금속 탐침을 가지고 있다. 

이 바이패스를 완료하기 위해 로버트 키쉬와 볼루 아지보예가 이끄는 케이스大 팀은 16개의 미세 전극을 환자의 팔과 손의 근육에 삽입했다. 

실험 결과 그는 천천히 팔을 들고 지푸라기로 컵을 들어올릴 수 있었다. 

척수를 시뮬레이트 하기 위해 개발된 유연한 전극 <사진=MIT Technology Review>

의료저널에 발표되기를 기다리는 케이스大의 결과는 다양한 감각과 능력을 회복하기 위해 이식된 전자장치를 사용하려는 광범위한 노력의 일부에 불과하다. 

과학자들은 마비 치료 외에도 신경 보철을 사용해 눈에 칩을 삽입하는 방법으로 시력을 회복하고, 알츠하이머 병에 걸린 기억을 복원하는 방안도 연구중이다. 

청각 신경에 직접 신호를 전달하기 위한 마이크가 장착된 내이(內耳) 임플란트도 효과적인 방안으로 고려되고 있다. 

◇ 1억달러가 투자된 신경기술 개발 센터와 '뉴로컴(neurocomm)'

이번 원숭이 실험을 주도한 커타인 교수의 실험실은 스위스 제네바에 위치하고 있다. 제네바에는 신경기술에 대한 기술적 장애물을 해소하기 위해 1억달러가 투자된 센터가 자리잡고 있다. 

이 센터의 책임자는 미국에서 뇌 임플란트의 초기 개발을 주도한 사람과 2년 전 제네바로 자리를 옮긴 존 도나호다.

도나호의 최우선 순위 중 하나는 인터넷의 속도로 뇌에서 데이터를 수집할 수 있는 초소형 무선장치인 '뉴로컴(neurocomm)' 이다.

두개골에 자리하는 뉴로커뮤니게이션 디바이스 모델 <사진=MIT Technology Review>

그는 '뉴로컴'을 '머릿속의 라디오'라고 표현한다. 또 '세계에서 가장 정교한 뇌 커뮤니케이터'라 불리기도 한다. 

성냥갑 크기의 프로토 타입은 생체적합성 티타늄으로 만들어졌다. 커타인은 원숭이 테스트에서 이전 버전을 사용했다. 
 

 

 

백성요 기자  sypaek@greened.kr

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