척수 손상 원숭이 6일 만에 다시 걸어...과학자들, 새로운 뇌신경인터페이스 개발

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척수 손상 원숭이 6일 만에 다시 걸어...과학자들, 새로운 뇌신경인터페이스 개발

 

 

 

과학자들이 척수가 손상돼 다리가 마비된 원숭이가 새로운 ‘뇌신경 인터페이스(Neural Interface)’ 기술을 통해 6일 만에 다시 걸을 수 있게 하는 데 성공했다. 사지가 마비된 환자들이 다시 움직일 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 획기적인 연구로 평가된다.

그레고어 코틴(Gregoire Courtine) 스위스취리히연방공과대학 교수와 미국, 중국, 영국, 프랑스, 독일 등 7개국 과학자들로 이뤄진 국제 공동 연구진은 척수를 다쳐 다리를 움직이지 못하는 2마리의 원숭이가 다시 걷도록 하는 데 성공하고 연구 결과를 국제 학술지 네이처 9일자(현지시간)에 발표했다.

팔다리를 움직이기 위해서는 뇌의 전기신호가 척수를 통해 근육으로 전달돼야 한다. 이 때 사고로 인해 척수에 손상을 입으면 뇌의 신호와 근육까지의 연결이 끊겨 팔다리를 움직일 수 없다.

특히 척수 신경은 한번 손상되면 자발적으로 치료되지 않는다. 약물이나 재활 기술을 이용해 치료해도 정상인처럼 움직이기는 어렵다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 척수 손상으로 수십 년 동안 장애인으로 지내야 하는 전세계 환자수는 매년 25만~30만 명에 달한다.

국제 공동연구진은 먼저 원숭이의 뇌에 뇌신경 인터페이스 장치를 주입했다. 이 인공 장치는 다양한 뇌세포의 활동을 측정한 뒤 순차적으로 나오는 전기 신호로부터 정보를 해독한다.

▲ 척수가 손상된 원숭이를 다시 걷게 한 새로운 뇌신경 인터페이스 장치 모식도. 뇌의 전기신호를 요추 아래에 삽입한 전극에 무선으로 전송한다./네이처 제공

연구진은 외과 수술을 통해 전기 신호를 받아들일 수 있는 또다른 전극 장치를 원숭이의 손상된 척수 아래 요추 부분에 삽입했다. 그런 뒤 무선 연결을 통해 뇌에 삽입된 장치에서 나오는 미세한 전기 신호를 요추 아래에 삽입한 전극 장치로 보낼 수 있도록 인터페이스를 설계했다.

뇌에서 나온 신호 연결이 끊긴 손상된 척수 부분을 우회해 요추 아래 다리 근육으로 신호를 전달한 것이다. 2마리의 원숭이를 활용한 실험을 진행한 결과 원숭이는 6일 만에 다시 걸을 수 있게 됐다.

전기 장치를 삽입해 손상된 신경 연결 부위를 우회하자는 아이디어에 대한 연구는 1970년대부터 시작됐지만 21세기 들어 본격적으로 발전했다. ‘브레인게이트(BrainGate)’라고 불린 초창기 실험에서는 장애인의 뇌에서 나온 신호를 기록한 뒤, 이 신호를 이용해 인공 팔다리를 움직이는 데 성공했다.

▲ 코틴 교수가 이번 연구에 활용된 전기 장치를 들어보이고 있다./네이처 제공

연구진은 “초기 뉴럴 인터페이스 기술은 뇌의 전기신호에 대한 피드백이 없이 뇌 영역은 쓰면 쓸수록 활성화된다는 이른바 ‘신경가소성’을 높이기 어려웠다”며 “하지만 이번 연구는 뇌에서 나오는 전기 신호를 실시간으로 조절할 수 있고 피드백이 가능해 신경가소성도 높일 수 있다는 것을 입증했다”고 밝혔다.

연구진은 이번 실험 방법을 빠르게 사람에게 적용할 수 있을 것으로 보고 있다. 연구진이 활용한 인공 삽입물은 이미 사람에게 사용해도 된다는 허가를 얻었기 때문이다. 이르면 2020년 이번 실험을 사람에게 적용하는 임상을 진행할 것으로 예상된다.

그러나 이번 실험에 원숭이 같은 동물을 활용하는 데 반대하는 움직임도 있다. 전세계 동물 권리 관련 단체들은 미국이나 유럽에서 이런 실험이 엄격하게 제한돼야 한다는 입장을 고수하고 있다. 실제로 이번 연구를 수행한 과학자들은 대부분 미국과 유럽 출신이지만 실제 실험은 중국에서 진행됐다.

연구진은 “뇌의 신호를 보다 안정적으로 지속 가능할 수 있도록 하는 후속 연구를 진행할 계획”이라며 “실제 생활에 필요한 균형 능력, 장애물 회피 능력도 향상시킬 수 있는 방안을 고민할 것”이라고 밝혔다.