비접촉·비침습 자기자극 활영 운동기능 회복 유도
만성기에도 운동 기능 70% 회복 확인 성과
연구팀은 대조군과 3, 5, 10 mT 자극군(군당 8마리)으로 나누어 실험을 진행했으며(a), 광혈전증 기법으로 유도된 내포(internal capsule) 손상은 조직 염색을 통해 확인되었고(b) 군 간 경색 부피에는 차이가 없었다(c). 자극 이후 모든 자극군에서 SPRT 성공률이 점진적으로 증가한 반면 대조군은 변화가 없었으며(d), 특히 5 mT와 10 mT 군은 발병 전 수행 수준 대비 약 70%까지 회복되는 유의한 행동 개선을 보였다(e). (그래픽=GIST 제공) [email protected]
[광주=뉴시스]이창우 기자 = 광주과학기술원(GIST·지스트) 연구진이 약한 초고주파 자기장으로 손상된 뇌 신경회로의 자연 회복을 유도하는 새로운 뇌 자극 기술을 개발했다.
기존 자기자극보다 훨씬 약한 수준의 자기장을 이용해 만성 뇌졸중 상태에서도 운동 기능 회복 효과를 확인하면서 재활 치료의 새 가능성을 제시했다.
12일 GIST에 따르면 의생명공학과 김형일·권혁상 교수 공동연구팀이 저강도 초고주파 자기장을 활용한 비접촉·비침습형 신경자극 기술인 '초고주파 저강도 자기자극 시스템(UHF-LiMS)'을 구현했다.
뇌졸중은 운동·감각·언어 기능에 장기 손상을 남기는 대표 질환으로 특히 만성기에 접어들면 회복 치료법이 제한적이라는 한계가 있다.
현재 활용하는 반복경두개자기자극(rTMS)은 강한 자기장으로 신경세포를 직접 자극하는 방식이지만 장비가 크고 자극 강도가 높아 재활 운동과 병행이 쉽지 않았다.
(왼쪽부터) GIST 의생명공학과 김형일 명예교수, 권혁상 교수, Zohaib Atif 박사과정생. (사진=GIST 제공) [email protected]
연구팀은 뇌를 강하게 자극하는 대신 스스로 회복하려는 기능을 돕는 방식에 주목했다.
기존 자기자극 대비 약 100분의 1 수준인 0.1V/m(미터당 0.1볼트)의 미세한 초고주파 자기장을 활용해 신경회로의 자발적 활동과 연결을 유도하는 시스템을 구현했다.
신경세포를 직접 흥분시키지 않고 반응 직전 상태를 미세하게 조절하는 '아역치(subthreshold)' 방식이 핵심이다.
실험용 만성 뇌졸중 마우스에 적용한 결과 자극 강도가 높고 치료 기간이 길수록 뇌 대사 기능이 회복되는 경향이 나타났다.
특히 손상 부위뿐 아니라 기능적으로 연결된 주변 뇌 영역까지 회복 효과가 확인됐다.
운동 기능 평가에서는 모든 자극군에서 먹이를 집는 능력이 개선됐고, 10밀리테슬라(mT) 자극군은 발병 전 운동 수행 능력의 약 70% 수준까지 회복한 것으로 나타났다.
김형일 교수는 "만성 뇌졸중 재활에서 새로운 신경조절 가능성을 제시한 성과"라며 "깨어 있는 상태에서 행동훈련과 병행할 수 있어 임상 적용 가능성이 크다"고 말했다.
이번 연구 결과는 신경 시스템·재활 공학 분야 국제학술지 IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering에 지난달 13일 실렸다.
기술이전 관련 협의는 GIST 기술사업화센터로 문의하면 된다.
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