척수마비 환자 치료 길 열리나

미국과 브라질 공동 연구진이 뇌와 컴퓨터를 연결하는 ‘뇌·기계 인터페이스(BMI·Brain Machine Interface)’ 기술을 활용해 척수마비 환자의 감각을 되돌리는데 성공했다.
미국 듀크대 신경공학센터 미구엘 니콜레리우수 소장과 브라질 신경재활연구소 공동 연구진은 가상현실과 외골격 로봇을 뇌와 연결하는 BMI 기술을 이용한 재활요법이 척수손상에 따른 하지 마비 환자들의 일부 감각과 근육 조절 기능을 회복시켰다고 12일 밝혔다. 연구결과는 국제 학술지인 ‘사이언티픽 리포트’ 최신호에 게재됐다.
연구진은 척수 손상으로 하반신을 움직일 수 없는 환자 8명을 대상으로 BMI 기술을 이용한 재활치료를 진행했다. 이들은 모두 브라질 시민으로 척수손상으로 인한 마비가 온지 3~13년이 지난 환자들이었다. 일반적으로 척수손상이 오고 18개월이 흐를때 까지 재활운동을 하더라도 운동능력 향상이 없으면 다시 근육을 움직일 수 있는 가능성은 ‘0’에 가까워진다고 알려져있다.

↑ 하지마비 환자가 가상현실 속 아바타를 이용해 재활훈련을 하고 있다. <사진제공=사이언티픽 리포트>

연구진은 일주일에 최소 두시간씩, 1년 동안 8명의 환자를 대상으로 BMI 훈련을 실시했다. 환자들은 먼저 머리에 뇌파를 측정할 수 있는 모자를 쓴다. 그 뒤 가상공간의 아바타를 움직이기 위해 집중할 때 머리에서 나오는 뇌파를 측정한다. 이 뇌파의 신호는 컴퓨터를 거쳐 바로 외골격 로봇으로 이동한다. 궁극적으로 “앞으로 걷는다”라는 생각을 할 때 나오는 뇌파를 컴퓨터가 분류해 내고 이를 환자가 입고 있는 외골격 로봇에 전달하는 것이다.
연구진의 실험은 예상치 못한 효과를 가져왔다. 8명의 환자 모두 척수손상으로 장애가 생긴 일부 감각과 근육 기능이 회복된 것이다. 환자들은 미약하지만 무릎을 들어올리거나, 다리를 앞으로 걷는 형태로 올리는데 성공했다. 니콜레리우스 소장은 “연구진이 전혀 예상하지 못했던 결과”라며 “완전마비 진단을 받고 긴 시간이 흐른 뒤 기능 회복이 이뤄진 사례는 없었다”고 덧붙였다. 일부 환자들은 핀이나 빗을 다리에 접촉시켰을 때 촉감을 느끼기도 했고 창자 등의 내장 기능도 좋아진 것으로 나타났다.
하지만 실험 자체가 BMI 기술을 위해 진행된 만큼 실험의 어떤 부분이, 환자들에게 영향을 미쳤는지 알 수 없다. 김형민 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구단 선임연구원은 “BMI와 관련된 다양한 실험을 진행한 결과이기 때문에 어떤 부분이 영향을 미쳤는지 정확한 조사분석이 필요하다”고 말했다.
다만 연구진은 환자들을 1년 동안 장기적으로 훈련시키는 과정에서 뇌가 척수 신경을 조절하는 곳에 자극을 줬기 때문으로 분석했다. 니콜레리우스 소장은 “완전마비 진단을 받은 환자들 가운데 상당수가 아직 손상되지 않은 척수신경을 갖고 있을지도 모른다”며 “이 신경들은 대뇌피질로부터 근육으로 향하는 신호가 없어 수년간 가만히 있다가 BMI 훈련으로 되살아난 것일 수 있다”고 설명했다. 연구진은 전 세계 병원에서 이용할 수 있도록 단순한 버전의 훈련법과 기구를 개발한다는 계획이다.
[원호섭 기자]