'걷고 싶다'는 생각→척수 전달…사지마비 환자 걸었다

뇌 신호를 전자기기 신호로 변환
척수에 연결한 신경자극기로 전달
"바에서 맥주 마시는 기쁨 되찾아"

손상된 척수와 뇌의 소통을 회복시켜주는 장치가 개발됐다.

24일(현지시간) 그레구아르 쿠르티네 스위스 로잔연방공대 신경학과 교수 연구진은 뇌와 척수 간의 신호를 무선으로 전달하는 '디지털 브리지'(digital bridge) 개발하고, 이 장치를 이용해 사지마비 환자가 건강한 사람처럼 걸을 수 있는 것을 확인한 결과를 국제학술지 '네이처'에 발표했다.

연구진은 이 장치를 삽입한 환자가 기기 전원이 꺼진 후에도 목발을 짚고 걷게 됐다며 이 장치를 마비 후 자연스러운 움직임을 회복하는 데 활용할 수 있다고 전했다.

뇌-척수 연결해 '걷고 싶다' 생각이 생성하는 전기신호 전달

'뇌-척수 인터페이스'(BSI) 이용해 걷기 훈련하는 척수마비 환자. [사진 출처=CHUV / Gilles Weber·연합뉴스]

사지마비는 척수가 손상돼 뇌와 보행을 제어하는 척수 간 통신에 이상이 발생하게 되면서 팔과 다리가 제대로 움직이지 못하는 상태다. 주로 교통사고나 추락사고 등으로 척수가 크게 다칠 때 발생한다.

앞서 의료계는 이런 마비 환자의 움직임을 회복시키려는 연구를 활발하게 진행했다.

일부 연구진은 척수 부위에 전극을 삽입해 전기 자극으로 환자가 서거나 걸을 수 있게 하는 데 성공했으나, 이 방법은 환자가 모션 센서를 착용해야 하고 모래사장이나 산길과 같이 변화하는 지형에 맞춰 다리를 움직이는 데는 제한이 있었다.

그러나 이번 연구는 뇌에 전기 자극을 주는 것이 아닌 뇌와 척수의 소통을 돕는 접근 방식에 집중했다. 전기자극을 통해 뇌에서 발생하는 전기 신호를 강하게 만들고, 이 뇌의 신호를 최대한 온전히 척수에 전달하는 방법을 찾았다.

연구진은 보행에 관여하는 뇌와 척수 영역을 직접 연결하는 이식형 기록·자극 시스템으로 구성된 '뇌-척수 인터페이스(BSI)'를 제작했다.

이는 '걷고 싶다'라고 생각할 때 뇌에서 생성되는 전기신호를 구별하고, 전자기기에서 사용할 수 있는 신호로 변환했다. 이 신호는 척수에 연결된 신경 자극기로 전달되고, 뇌에서 신호를 수신한 신경 자극기는 척수에 전기를 흘려보내 뇌가 지시한 움직임을 취할 수 있게 만든다.

쿠르틴 교수는 "뇌와 척수를 디지털 방식으로 연결하면 근육 활동의 타이밍과 진폭을 더 섬세하게 제어할 수 있어 환자가 일어나고 걷는 행동을 더 자연스럽게 취할 수 있게 돕는다"라고 설명했다.

"서서 맥주 마시는 즐거움 되찾아"…신경학적 회복도 보여

이 장치를 12년 전 자전거 사고로 척수가 손상돼 하반신이 마비된 네덜란드인 세르트-얀 오스캄(40)씨에게 적용했다. 그 결과 오스캄씨는 마비된 다리 움직임을 제어할 수 있게 돼 일어서고, 걷고, 계단을 오를 수 있었다. 복잡한 지형에서도 역시 자연스럽게 걸을 수 있게 됐다.

오스캄씨는 "친구들과 바에 서서 맥주를 마시는 즐거움을 되찾았다"며 "이 소박한 즐거움은 제 인생에 큰 변화를 가져왔다"라고 소감을 전했다.

연구진은 "BSI는 작동을 수 분 안에 보정할 수 있고 별도 관리 없이도 1년 이상 높은 신뢰성과 안정적인 상태를 유지했다"라고 전했다.

이어 오스캄씨는 BSI를 이용한 신경 재활을 통해 새로운 신경 연결이 발달하는 등 신경학적으로도 회복이 진행돼 BSI 전원이 꺼진 상태에서도 목발을 짚고 걸을 수 있게 됐다. 이에 BSI가 뇌졸중 등이나 신경장애로 인한 운동 결함 치료에도 도움이 될 것이라 전망했다.

구나리 인턴기자 forsythia26@asiae.co.kr