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[1일IT템] 척수 손상으로 마비된 원숭이의 팔이 움직였다

미국 피츠버그대 연구진, 원숭이 실험 마치고 임상 준비
손상된 척수에 남아있는 신경에 전기자극을 줘 신경회복
원숭이 손. 게티이미지 제공
원숭이 손. 게티이미지 제공
[파이낸셜뉴스] 미국 연구진이 척수 손상으로 마비된 원숭이의 팔을 다시 움직일 수 있게 만들었다. 손상된 척수에서 아직 남아 있는 신경에 전기자극으로 팔 움직임을 향상시켰다. 아직까지 잃어버린 팔 기능을 회복하거나 의미있게 개선할 수 있는 치료법이나 의료기술은 없다.

연구진은 뇌졸중 환자와 팔이 마비된 사람들에게 부분적으로 잃어버린 움직임을 되찾게 만들 수 있을 것이라고 전망했다.

미국 펜실베니아 피츠버그대 재활 및 신경공학연구소의 베아트리체 바라 박사와 하버드의대와 보스턴아동병원의 사라 콘티 박사는 지난 1일(한국시간) 원숭이를 이용한 임상전 실험 데이터를 세계적 학술지 '네이처 신경과학(Nature Neuroscience)에 첫 공개했다.

피츠버그 대학과 피츠버그대학병원(UPMC)은 이번 연구결과를 바탕으로 전기 척수자극이 뇌졸중 환자의 팔과 손 움직임을 향상시킬 수 있는지 여부를 확인하는 임상시험 참가자를 모집하고 있다.

4일 연구진에 따르면, 특정자극 펄스를 이용하는 척수 복원 시스템을 설계함으로써 기술을 단순화했다. 피츠버그대 마르코 카포그로소 박사는 "근육을 자극하는 대신 척수 속 아직 남아있는 뉴런으로 척수를 복원해 뇌와 팔을 연결했다"며, "이를통해 팔 마비환자가 일상생활 속 작업을 할 수 있도록 만들 것"이라고 말했다.

피츠버그대 연구진은 외부 자극으로 마비된 팔 근육을 제어하는 난제에 도전했다. 이는 뇌와 척수간 살아있는 신경을 활성화할 수 있는 기술을 개발하는 것이다. 또한 이들이 목표로 하는 기술은 환자들이 재활훈련 없이도 부상당하기전에 했던 방식으로 익숙한 운동이나 작업을 계속 할 수 있어야 한다.

연구진은 척수에서 팔과 손 근육으로 뻗어나가는 신경 위 놓을 전극·자극기를 각 동물의 고유한 해부학적 구조가 장치와 호환되도록 만들었다. 전극·자극기의 설계와 배치는 계산 알고리즘과 의료 영상 조합을 사용해 검증했다.

우선 원숭이의 뇌에 자발적인 움직임을 제어하는 부위의 전기적 활동을 감지하기 위한 이식물을 삽입했다. 또한 연필에 달린 작은 지우개 크기의 외부 자극기에 연결된 전극 배열을 이식했다.

이를 이용해 팔을 부분적으로 마비시킨 원숭이에게 테스트했다. 먹이를 먹기 위해 손을 뻗고, 먹이를 잡고, 레버를 당기는 행동 등이다. 연구진이 삽입한 전극들은 원숭이가 팔을 움직이려는 의도를 감지했을때 일시적으로 켜졌다.

척수손상으로 팔이 마비된 원숭이에 전기 자극을 줘서 먹이를 잡을 수 있을 정도로 팔이 움직이고 있다. 피츠버그대 제공
척수손상으로 팔이 마비된 원숭이에 전기 자극을 줘서 먹이를 잡을 수 있을 정도로 팔이 움직이고 있다. 피츠버그대 제공
실험 결과, 원숭이의 팔 기능을 완전히 회복시키기에는 충분치 않았다. 연구진은 "자극을 통해 정밀도와 힘, 이동 범위가 크게 향상돼 원숭이가 팔을 더 효율적으로 움직일 수 있게 됐다"며, "중요한 것은 원숭이가 적응하고 자극을 사용하는 방법을 배우면서 계속해서 발전했다는 것"이라고 말했다.

피츠버그대 재활 및 신경공학연구소 베아트리체 바라 박사는 "한 발짝 물러서서 이전에 행해졌던 어떤 것과도 다르고 단순한 관점에서 매우 복잡한 임상 문제를 해결하는 것은 팔과 손 마비가 있는 사람들에게 더 많은 임상적 가능성을 열어준다"고 말했다. 또한 "자연스럽게 설계된 것을 모방하는 신경계 주위에 기술을 구축함으로써 더 나은 결과를 얻을 수 있다"고 덧붙였다.

사라 콘티 박사는 "이 시스템은 원숭이가 움직이려는 의도를 감지함으로써 시작되는 단순한 자극 패턴으로 이뤄져 있다"고 설명했다. 콘티 박사는 "원숭이가 어디로 가고 싶은지 알 필요가 없다"며, "단지 원숭이가 움직이고 싶어한다는 것만 알면 되고, 그 정보를 추출하는 것은 비교적 간단하다"고 말했다.

콘티 박사는 "이 기술은 여러 방식으로 임상에서 구현될 수 있으며, 향후에는 해당 장치들을 뇌에 삽입하지 않아도 될 것"이라고 전망했다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자