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뇌 이식 칩, ‘기분’도 조절…정신 장애 치료 희망


▲출처=셔터스톡

각종 질병 치료 목적의 뇌 이식칩에 대한 다양한 연구가 활발히 진행 중인 가운데, 뇌 안에서 인간의 ‘기분’도 바꿔주는 칩까지 연구되고 있어 화제다. 뇌에 자극을 주어 기분 장애를 개선시켜 우울증 치료에 도움을 주고 나아가 치매 치료에도 유용한 일명 ‘마인드 컨트롤 칩’이 등장했다.

뇌 이식칩은 마비환자, 파킨슨병, 틱 장애 등 다양한 질병 치료를 목적으로 연구개발 되고 있으며 글로벌 유력 반도체 업체들도 이 분야에 뛰어들고 있어 의료계 혁신을 일으킬 것이란 기대를 받고 있다. 이 가운데 미군이 인간의 ‘기분’을 실시간으로 추적하고 조절할 수 있는 칩을 개발하고 있어 관심이 모인다.

기분 바꿔주는 인공지능 ‘마인드 컨트롤 칩’ 등장

미국 펜타콘의 국방 첨단과학기술 연구소(DARPA)는 일명 ‘마인드 컨트롤 칩’ 연구를 담당하는 연구원들에게 예산을 지원하고 있다. 이 칩은 인간의 뇌에 삽입되어 기분 장애를 고치는 게 핵심 기능이다. 캘리포니아 대학과 매사추세츠 종합병원의 연구원들은 인공지능(AI) 알고리즘을 활용하는 뇌 임플란트 테스트를 시작했다. 이 뇌 임플란트는 다양한 기분 장애를 탐지하고 전기쇼크를 뇌에 전달해 자동으로 건강한 상태로 되돌아가게 한다.

이 신경 이식물은 전자 맥박을 생성해내어 인간의 기분과 행동을 조절하고 뇌에 자극을 줘 노인성 치매 등의 정신 장애를 치료할 수 있다. 전문가들은 이 칩이 파킨슨병이나 만성 우울증 같은 다양한 범위의 질병을 앓는 환자들에게도 혜택을 줄 것으로 기대한다.

이 칩은 이미 6명의 뇌전증을 앓고 있는 자원자들에게 실험이 이루어졌다. 연구원들은 이들의 뇌에 이식된 전극을 통해 하루 종일 뇌 내부에서 어떤 일이 일어나고 있는지 추적할 수 있다.

캘리포니아 대학교 신경과학자 에드워드 창(Edward Chang)은 네이처와의 인터뷰를 통해 “이 기술의 흥미진진한 점은 최초로 우리가 뇌에 창을 달게 된다는 것이며 이를 통해 뇌 안에서 무언가가 재발할 때에 무슨 일이 일어나는 지 들여다 볼 수 있다”고 말했다.

이 실험의 한 과정으로 연구원들은 1주일에서 3주일이 소요되는 코스를 통해 자원자들의 뇌 활동과 기분을 상세히 추적했고, 마침내 그들의 기분을 바꿔주는 ‘암호해독’ 알고리즘을 만들어냈다. 이번 연구를 통해, 뇌의 의사결정 영역과 감정 영역에 자극을 전달하는 것이 참여자의 뇌의 기능을 상당히 개선시킬 수 있음을 발견했다. 예를 들면 숫자 이미지를 맞춰 본다거나 얼굴의 감정상태를 식별 하는 등의 설정된 작업을 수행하는 데 있어서 피실험자들의 성공율이 개선될 수 있는 것으로 나타났다.

하지만 ‘마인드 컨트롤 칩’은 윤리 문제에 직면해야 한다. 이 칩이 인간의 마음 자체를 읽는 것은 아니지만 이 기술이 연구원들에게 인간 내면의 기분에 실시간으로 접근하게 하는 만큼 윤리 논란이 일어날 수 있다.

파킨슨병 등 신경질환 환자 재활 칩 임상도 활발

이에 앞서 미국 메이요클리닉에서는 한국계 신경외과 교수 켄달 리(한국명 이승환)가 주도하는 신경질환 치료용 뇌 이식칩 임상도 활발히 진행되고 있다.

이승환 교수는 뇌에 작은 칩을 넣어 파킨슨병을 비롯한 신경질환 환자의 재활을 돕는 분야에서 가장 앞선 임상 경험을 보유했으며 그와 동료들이 개발한 ‘윙스 할머니’라는 이름의 칩을 지난 4월 국제학술지 사이언티픽리포트에 소개했다.

이 교수가 주도하는 뇌심부 자극술(DBS)은 장애를 보이는 뇌 부분을 찾아 신경전달 물질의 상태를 알아내고 전기 자극을 이용해 정상 뇌처럼 작동하게 하는 치료법으로, ‘틱 장애’로 불리는 투렛증후군이 주요 대상이다. 틱 장애가 있는 환자에게 칩을 심어 자극을 주자 팔을 펴고 평범한 사람처럼 행동했다는 게 그의 설명이다. 도파민 분비 이상으로 우울증이나 파킨슨병에 걸린 환자들에게도 이 치료법을 적용하면 유용하다.

이 교수는 이 칩의 이름에 ‘할머니’를 붙인 이유에 대해 어렸을 때 할머니가 하나부터 열까지 가르쳐 주던 기억이 떠올라 칩이 뇌에서 그런 역할을 한다는 의미라고 설명했다.

(출처:ARM)

인텔·ARM 등 굴지의 반도체사들 지대한 관심

의료 분야에서 뇌 이식칩의 잠재력이 높은 관심을 끌고 있는 가운데, 인텔, ARM, 마이크론, IBM 등 글로벌 굴지의 반도체 기업들 및 IT 기업들이 이 분야 연구개발에 적극적으로 뛰어들고 있다. 실제로 이승환 교수팀이 연구를 주도하고 있는 윙스 할머니칩은 메이요클리닉이 설계하고 IBM과 인텔, 마이크론테크놀로지가 제조한다.

앞서 지난 5월 세계 2위의 반도체 제조사 ARM은 인공 신체에 감각을 전달하는 초소형 뇌 이식 칩을 워싱턴 대학 CSNE(Sensitimotor Neural Engineering) 센터와 공동 개발로 프로토 타입을 완성한 바 있다.

로봇 기술의 발달로 의수, 의족 등 인공 신체는 크게 발전했지만, 움직일 수만 있을 뿐 감각을 느낄 수는 없다. ARM은 작은 칩을 뇌에 이식해 감각 신호를 분석하고 인공 신체로 전달하거나 그 반대로 작용하는 기술을 개발하고 있다. 이 기술 개발이 성공하면 인공 신체를 통해서도 이불의 촉감, 다른 사람의 체온 등을 느낄 수 있게 된다.

ARM은 자사의 프로세서 제품들 가운데 가장 크기가 작은 코어텍스-M0(Cortex-M0) 프로세서를 이 기술 개발에 활용할 계획이다. 초기 프로토 타입은 개발했지만 더 작은 크기로 저전력, 저발열을 구현하는 것이 관건이라는 게 이 회사의 설명이다.

이와 함께 삼성전자도 지난 2011년 보안성이 강화된 와이파이 라우터를 사람 뇌나 손가락에 이식해 취할 때나 졸릴 때, 스트레스 받을 때 등의 상태를 외부 기기로 파악할 수 있게 하는 기술의 특허를 미 특허청에 출원한 바 있다.

 


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