뇌·척수 인터페이스 기술 개발

척수 손상으로 생기는 전신마비
디지털 방식으로 근육활동 제어
지형지물에 따라 서기·걷기 가능
공동연구팀 결과 ‘네이처’ 게재
“디지털 브리지… 마비 치료 도움”

‘슈퍼맨’이라고 하면 요즘은 DC코믹스의 ‘저스티스 리그’에 등장한 배우 헨리 카빌을 떠올린다. 카빌이 등장하기 전까지 슈퍼맨은 ‘크리스토퍼 리브’(1952~2004)로 전 세계인의 머릿속에 각인됐었다. 승마를 즐겼던 리브는 1995년 낙마 사고를 당해 얼굴을 제외하고 전신마비가 됐다. 전신마비가 된 지 5년 만인 2000년에 스스로의 의지로 손가락 하나를 움직이는 데 성공하면서 전 미국인을 흥분시키기도 했다.

전신마비는 리브처럼 낙상, 충돌사고 같은 외상이나 척수종양, 척수염 등 질병으로 척수에 손상이 가해져 신호 전달이 끊기면서 생기는 증상이다.

스위스 로잔연방공과대(EPFL) 뉴로X 연구소, 로잔대병원 임상신경과학과, EPFL 중개신경치료센터, 로잔 온워드 메디컬, 프랑스 그로노블 알프스대, 영국 옥스퍼드대, 네덜란드 신트 마르텐스 클리닉 공동 연구팀은 뇌와 척수 간 신경 신호 전달을 회복시킬 수 있는 장치를 개발했다고 밝혔다. 실제로 이번 기술을 활용해 척수 손상으로 팔, 다리가 마비된 환자가 자연스럽게 일어서고 걸을 수 있게 했다. 이번 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’ 5월 25일자에 실렸다.

많은 과학자가 전신마비 환자의 의사소통을 위한 기술 개발에 나서고 있다. SF에 등장하는 것처럼 생각만으로 의사소통하고 사물을 움직이는 ‘뇌·컴퓨터 인터페이스’(BCI) 기술이 대표적이다.전신마비 환자들의 움직임에 도움을 주기 위한 연구들도 진행되고 있다. 척수 손상 부위 주변을 전기적으로 자극해 운동성을 일시적으로 확보하거나 줄기세포를 이용해 문제가 생긴 척수 부위를 재생하려는 방식이 그것이다. 그러나 줄기세포를 이용한 전신마비 치료는 아직 걸음마 단계이고 전기적·기계적 방식은 전신마비 환자에게 복잡하고 거추장스러운 모션 센서를 장착시켜야 하는 불편함이 따랐다. 또 평지가 아니라 일상에서 접하는 다양한 지형지물에 따라 다리를 움직이는 데도 기술적 제약이 있었다.

이에 연구팀은 뇌와 척수를 디지털 방식으로 연결하는 것에 착안했다. 디지털 방식은 실시간으로 근육 활동의 타이밍과 진폭을 제어함으로써 지형지물에 따라 환자의 서기와 걷기를 자연스럽게 제어할 수 있는 장점이 있다고 연구팀은 밝혔다.

연구팀은 척수 손상으로 인한 전신마비 상태 환자의 좌뇌와 우뇌에 가로 95㎜, 세로 50㎜, 두께 7~12㎜의 ‘뇌·척수 인터페이스’(BSI) 장치를 각각 이식하고 척수에도 신경자극이 가능한 짧은 막대 형태의 장치를 심었다. 연구팀이 이번에 개발한 장치에는 환자가 등에 메고 있으면 지형 상황을 인식해 디지털 신호로 바꾼 다음 블루투스로 척수와 뇌에 전기자극을 전달하는 얇은 배낭도 포함돼 있다. 연구팀은 이번 실험에 참여한 환자에게 BSI 이식 수술 뒤 5개월 동안 장치에 대한 적응 및 재활 훈련을 시킨 다음 2년 동안 정밀 추적 조사를 했다.

그 결과 환자는 BSI를 통해 다리의 움직임을 일반인과 거의 비슷하게 제어해 서고, 걷고, 계단을 오르고, 가벼운 등산을 하는 데도 성공했다. BSI를 이용한 신경 재활로 신경학적 회복에도 성공해 BSI가 꺼진 상태에서도 혼자 휠체어를 움직이거나 목발을 짚고 걷는 것이 관찰됐다.

연구를 이끈 그레고르 쿠르틴 EPFL 교수는 “이번에 개발한 BSI 기술은 뇌와 척수 사이에 끊어지거나 손상된 연결 고리를 이어 주는 ‘디지털 브리지’ 개념”이라며 “신경 장애로 인한 전신 또는 부분 마비, 운동 결함을 치료하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.