대구경북과학기술원 로봇 기계전자공학과 김소희 교수팀은 체내 이식이 가능한 정도로 작은 코일을 사용해 뇌 정밀 자극이 가능한 기술을 개발했다고 밝혔습니다. 

이 기술은 기존 기술보다 부피가 작고 발열 현상도 뇌 조직에 손상을 주지 않을 정도로 낮추는 등 부작용을 줄이고 안전성과 효과를 개선해 장기간에 걸친 치료가 필요한 뇌 신경계 질환자들의 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

뇌에 미세한 전류를 흘려보내 뇌를 자극하는 기존의 방법이 파킨슨병 치료, 뇌졸중 재활 등의 치료에 사용되고 있지만, 전극을 직접 뇌에 삽입해야 해서 뇌 조직 손상이 우려되고, 장기적으로는 전극 주변에 염증이 생기는 문제가 있습니다.

비접촉식으로 자기장을 이용하는 뇌 자극 방식도 있는데, 대표적인 사례로 경두 개 자기 자극 방식은 우울증 치료 등에 사용되고 있습니다. 

이 방식은 크기가 20㎝의 자석을 머리 위에 놓고, 강력한 자기장을 만들어 뇌세포를 자극하는 것인데, 머리 전체를 자극해 정밀도가 낮고, 두통이나 어지러움 같은 부작용이 생길 수 있습니다.

연구팀은 새끼손가락 손톱 절반 크기인 3.5㎜ 초소형 코일을 뇌 표면에 올려둔 상태에서 특정 부위만 자극할 수 있는 새로운 방식을 개발했습니다. 

이 방식은 기존의 방식처럼 큰 장치를 필요로 하지 않고, 열 발생을 일정 수준 이하로 억제해 뇌 조직 손상의 우려도 없습니다.

또 이 코일에서 발생하는 자기장의 크기는 약 500mT로, 지구 자기장의 크기인 약 50μT보다 약 10배 강한 정도로 낮은 강도의 자기장 치료가 가능합니다. 

이번 연구는 뇌 조직으로 침투하지 않고도 뇌의 특정 부위를 정밀하게 자극할 수 있어, 뇌졸중 환자의 재활 치료나 파킨슨병 같은 운동 장애의 증상 완화 등 여러 분야에서 사용될 수 있고 자가 치료형 전자약으로 발전하면 병원을 방문하지 않고도 집에서 뇌 자극 치료를 받는 시대를 열 수 있을 것으로 기대됩니다.

김소희 교수는 "밀리미터 크기의 코일을 사용하여 국소 부위에만 뇌 조직 손상 없이 정밀 뇌 자극이 가능함을 제시한 결과로, TMS 치료 시 병원을 주기적으로 방문하고 매번 코일과 자극 파라미터 설정을 위한 보정 작업이 필요했던 등의 단점을 극복할 수 있을 것"이라고 연구 의의를 밝혔습니다.

이번 연구는 김소희 교수가 교신저자로, 미국 보스턴 소재 매사추세츠 종합병원 박사후연구원인 이경제 박사가 제1 저자로 참여했으며, 2022년부터 2027년까지 방위사업청의 재원을 받아 국방과학연구소의 지원으로 수행된 미래 도전 국방 기술 연구개발 사업의 결과입니다. 

이번 연구 결과는 임상 신경학 분야 최상위 국제 학술지인 '브레인 스티뮬레이션' 지에 표지논문으로 게재됐습니다.