뇌졸중 후 재활 치료 간편해진다…머리에 쓰는 ‘무선 뇌 자극기’ 개발

개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예/사진=KIST

헬멧처럼 쓰는 재활치료용 뇌 자극기가 개발됐다. 이는 초음파로 뇌 운동 영역을 자극해 뇌졸중 후 뇌 신경계 기능 회복에 도움을 준다.

한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 김형민 박사팀이 착용이 가능한 ‘무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기’를 제작했다고 20일 밝혔다.


뇌졸중은 사망률이 높고, 사망하지 않더라도 뇌에 혈액이 공급되지 않아 신경세포가 손상되면 신체를 움직이기 어려워지는 심각한 질병이다.

뇌졸중으로 손상된 뇌 신경 재활을 위해 운동 요법과, 뇌 신경 자극 등 다양한 기술이 개발되고 있다.

연구진은 지난 2018년 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가해 편마비에 의해 저하된 운동기능이 회복되는 치료법을 개발한 바 있다.


저강도 집속초음파 자극 기술은 수술 없이 초음파가 두개골을 통과해 원하는 위치에 높은 정확도로 기계적인 에너지를 전달해 신경세포를 활성화하거나 억제할 수 있다. 초음파로 뇌 운동 영역을 자극해 뇌졸중으로 손상된 신경의 재활이 가능한 것. .

이어 올해 뇌졸중 소뇌 심부 저강도 집속초음파 자극 치료기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증했다.

이 기술을 다양한 환경에서 뇌졸중 환자의 재활 치료에 효율적으로 사용하기 위해서는 초음파 기계를 일상생활에서 편하게 착용할 수 있어야 한다. 하지만 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고 고정돼 있어 마취되거나 고정된 동물을 대상으로 하는 실험에서만 사용할 수 있었다.

연구진은 지금까지의 연구 결과를 바탕으로 저강도 집속초음파를 무선으로 조정할 수 있는 약 20g의 가벼운 착용형 뇌 자극기를 개발했다.

뇌 자극기는 가벼운 데다 무선이어서 신체적 움직임에 따른 제약이 없다.

개발된 무선 착용형 뇌 자극 시스템을 사용한 동물 착용 예/사진=KIST

연구진은 이를 뇌졸중 쥐 모델에 사용해 운동 능력을 측정했다.

연구진에 따르면 뇌졸중 쥐 모델의 뇌에서 운동을 관장하는 영역에 약 426kPa의 압력을 갖는 초음파를 가해 재활 3일 후 초음파를 가하지 않은 뇌졸중 모델과 비교했을 때 운동 능력이 향상됐다. 또 재활 7일 후에는 정상 쥐와 유사한 운동 능력을 보였다.

김 박사는 “착용형 초음파 기기를 이용한 비침습적인 뇌신경 재활 치료가 가능하다는 것을 입증했다”며 “앞으로 자극 후 안전성과 질병 치료의 효과를 보장하기 위해서 초음파 자극을 통한 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 및 자극 프로토콜을 최적화하는 후속 연구가 필요하다”고 말했다. 이번 연구성과는 미국전기전자학회(IEEE) ‘트랜잭션즈 온 바이오메디컬 엔지니어링’에 게재됐다.