일본산업뉴스요약

Next Tech 2030
인공신경으로 손발을 움직이게 한다
척수 손상∙뇌경색, 회복 빨라

질병이나 사고로 손상된 체내 신경을 기계로 바이패스 해, 손발을 다시 움직일 수 있게 한다. 이와 같은 치료기술에 대한 연구가 국내에서 추진되고 있다. 도쿄도의학총합연구소(東京都医学総合硏究所)의 니시무라(西村) 프로젝트리더팀이 추진하는 ‘인공신경 접속’ 연구이다. 2019년에는 뇌경색을 앓는 원숭이를 이용해 자신의 생각대로 움직일 수 있도록 하는 실험에 성공했다. 연구팀은 향후, 척수 손상 및 뇌경색 등의 환자에게 유효한 치료법이 될 수 있을 것이라고 기대하고 있다.

화면을 향해 한 마리의 원숭이가 한 과제에 열중하고 있다. 팔을 움직이면 화면의 마크가 움직이고, 표시된 틀 안에 마크를 넣으면 주스를 받을 수 있다. 원숭이는 섬세하게 팔을 움직이며 과제를 순조롭게 소화해낸다.

사실 이 원숭이는 뇌경색을 앓고 있다. 신체운동을 관할하는 ‘운동영역’ 부분과 팔을 연결하는 신경이 손상되어 있다. 하지만 이 원숭이의 뇌 표면과 팔의 근육은 니시무라 프로젝트리더팀이 개발한 ‘인공신경접속시스템’을 통해 연결되어 있다. 전원을 켠지 겨우 10분 만에 원숭이는 자신의 팔을 제어할 수 있었다. 뇌경색 발병 후 재활에 통상적으로 한달 정도 걸리는 것에 비하면 매우 빠른 회복이다.

인공신경접속시스템의 시스템은 단순하다. 뇌 표면에 부착된 시트형 전극으로 특정 부분의 뇌파를 측정, 그 강도에 따라 전기신호를 팔에 삽입된 전극을 통해 근육에 전달한다. 복잡한 계산 처리가 없고 시스템은 뇌와 근육을 연결하는 배선으로서 기능한다.

처음에는 잘 팔이 움직이지 않지만, 차츰 뇌가 시스템을 통해 팔의 제어 방법을 배워나간다. 한번 숙지시킨 후에 신호를 읽는 전극의 위치를 다른 뇌 영역으로 바꾼 실험도 시행했다. 처음에는 운동 정밀도가 떨어졌지만 원숭이는 점차 다시 팔을 움직일 수 있게 되었다.

신경 결손 및 장애로 잃어버린 운동기능을 보완하는 연구로는 뇌파를 읽어 로봇이나 의수를 움직이는 방법이 활발하게 연구되고 있다. 사지를 잃더라도 뇌로 제어할 수 있는 새로운 신체를 얻을 수 있다는 점에서 이 방법은 우수하다. 하지만 뇌경색이나 척추손상 등을 앓는 환자들 가운데 정상적인 수족을 가지고 있는 케이스도 많다. 인공신경접속시스템은 한번 뇌와의 접속이 끊긴 자신의 수족을 다시 뇌를 통해 제어하기 위한 방법이다.

또한 뇌파를 컴퓨터로 분석해 로봇의 움직임으로 변환하는 시스템의 경우, 컴퓨터의 학습 범위에서만 로봇을 움직일 수 있다. 이 점에서 인공신경접속시스템은 “본인의 팔이 운동을 학습하기 때문에 손발을 움직일 때 시스템의 제약을 잘 받지 않는다”(니시무라 프로젝트리더)라는 이점이 있다.

인공신경접속시스템은 이 밖에도 다양한 이용 케이스를 상정할 수 있다. 예를 들어 배선을 완전히 몸에 삽입해 단절된 신경의 대체 시스템으로써 지속적으로 사용하는 방법이다. 재생의료 등을 통해 재생된 신경의 재활에도 유효할 것으로 보인다. 연구팀은 척골 신경이 손상된 환자를 위한 인공신경접속시스템의 임상시험에 빠르면 올해 착수할 계획이다. 앞으로 사람을 대상으로 한 검증이 추진된다면 가까운 미래에 치료법이 보급될 가능성이 있다.

-- 정부 및 연구기관의 지원 중요 --
일본신경학회는 2018년의 ‘신경질환 극복을 위한 연구추진 제언’에서 2033년까지 뇌와 기계를 연결하는 BMI(Brain Machine Interface) 등을 신경질환 치료에 활용하는 것을 목표로 내걸었다. 국내에서는 인공신경접속시스템 외에도 iPS세포로 신경을 재생하는 연구도 추진되고 있다. 이러한 연구들은 눈에 띄게 진전되고 있지만, 선진적 치료기술 보급에 있어 국내 임상연구 규범이 걸림돌이 되고 있다.

인공신경접속시스템 연구는 일본 외에도 스위스와 미국에서도 추진되고 있다. 해외에서는 시스템을 사람의 체내에 삽입해 손이나 발의 운동기능을 관찰하는 임상연구가 추진되고 있다. 일본은 원숭이 등 동물실험 단계에서는 앞서고 있지만, 임상에서 뒤처지기 쉽다.

한번 단절된 신경을 다시 접속하는 이러한 기술은 정부가 제정한 임상연구법 가운데 ‘특정 임상연구’에 해당한다. 제 3자의 심사를 받기 위한 비용 등은 연구자 측이 내야 하고, 신청을 위한 서류 작성 등도 복잡하다.

신중하면서 적정하게 임상연구를 시행하도록 한다는 임상연구법의 취지는 매우 중요하지만 이에 대한 부담이 연구자 개인이나 연구그룹에만 집중되면 연구의 진전을 방해할 수 있다. 자금 측면에서의 공적 지원 및 연구자가 소속된 연구기관이 지원하는 체제 구축이 필요하다.

▶ ‘신경세포접속시스템’ 연구 역사
- 1969년; 미국의 연구팀이 원숭이의 뇌활동을 통해 외부 장치를 움직일 수 있다는 것을 증명
- 2009년; 미국에서 신경을 인공적으로 바이패스하는 동물실험이 성공
- 2013년; 미국에서 신경이 손상된 동물을 대상으로 바이패스가 가능한 것이 증명(미국에서 니시무라 프로젝트리더 등이 연구)
- 2019년; 니시무라 연구팀이 뇌경색이 발생한 원숭이를 대상으로 한 신경의 바이패스 실험에 성공
- 2030년경; 인공신경접속 치료법 보급이 진행

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