뇌 전기 자극 정확성 높이는 시뮬레이션 기법 개발

↑ GIST 전성찬 교수

국내연구팀이 치매 등 뇌질환 치료를 위한 전기 자극이 뉴런 활성화에 미치는 영향을 보다 정확히 예측할 수 있는 시뮬레이션 기법을 개발했다.
‘뇌 전기 자극’은 외부에서 가하는 전기 자극을 통해 뉴런 활성화를 조절하는 방법이다. 각종 뇌 질환 혹은 뇌 기능 향상에 사용된다. 최근 치료 효과가 입증되면서 널리 사용되고 있지만 치료 과정의 메커니즘에 대해선 알려진 바가 거의 없었다.
뇌 자극 효과를 분석하기 위해 기존엔 자극 유도 전기장을 통해 간접적으로 뉴런 활성을 예측하는 방식을 사용했다. 치료 효과에 영향을 미치는 자극의 목표 지점을 정확히 파악하기 어렵다는 한계가 있었다.
GIST 전기전자컴퓨터공학부 전성찬 교수 연구팀은 뇌질환 치료법으로 주목받는 ‘뇌 전기 자극’이 뇌에 미치는 영향을 정확히 예측하기 위해 해부학적 뇌 모델과 뉴런 모델을 결합한 새로운 시뮬레이션 기법을 개발했다. 연구성과는 네이처 자매지인 사이언티픽 리포츠 7일자에 게재됐다.
연구팀은 단순 형태의 뇌 모델과 자기공명양상 등을 이용해 뇌의 구조적·전자기학적 특성을 모방한 뇌 컴퓨팅 모델을 구현했다.
이어 피라미드 형태의 뉴런 모델을 가상적으로 결합한 후 전기 자극에 의해 뉴런이 활성화되는 예측 영역을 분석했다. 연구팀은 시뮬레이션을 통해 피라미드 형태의 뉴런 모델이 활성화되는 영역을 해부학적 뇌 구조에 미춰 제시했다.
극성에 따른 자극의 차이를 볼 수 없었던 기존 방식과 달리 연구팀이 개발한 새로운 기법을 사용하면 뇌 전기 자극이 가해지는 특정 영역을 명확히 유추하고 극성에 따른 자극 영역의 차이를 예측할 수 있었다.
전 교수는 “이번 연구는 컴퓨터 기반 뇌 자극 예측 기법을 통해 특정 자극 조건에서의 환자별 치료 효과를 예측하기 위한 것”이라며 “환자의 상태에 적합한 더 나은 치료 전략을 제안하는데 도움을 줌으로서 뇌 질환 치료 효과를 높이는데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
[이영욱 기자]