한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구단 김형민 박사팀은 뇌졸중으로 손상된 뇌신경의 재활 치료 기술이 뇌파 중 하나인 델타파의 변화와 밀접하게 연관됨을 입증했습니다. 해당 연구는 <IEEE Transactions on Neural Systems & Rehabilitation Engineering>에 게재됐습니다.
뇌졸중 재활 치료법
뇌혈관의 출혈 및 경색에 의한 뇌졸중은 사망률이 높은 질환입니다. 사망에 이르지 않더라도 혈액 공급 차단에 의한 신경세포의 손상은 신체 움직임의 장애를 유발시킵니다. 다양한 뇌 자극 기술들이 뇌졸중 이후 뇌신경 재활을 위해 연구되고 있습니다. KIST 김형민 박사는 2018년 <Neurorehabil Neural Repair>에 게재된 연구에서 소뇌 심부에 저강도 집속초음파 자극을 가하여 편마비에 의해 저하된 운동 기능이 회복되는 치료법을 밝힌 바 있습니다. 이 기술은 두개골을 열지 않아도 되고 정확한 위치의 깊숙한 뇌 영역을 선택적으로 자극할 수 있다는 장점이 있어 다양한 뇌 부위에서 일어나는 뇌졸중 환자를 치료할 수 있는 기술로 주목받고 있습니다.
이 기술을 다양한 환자 치료에 적용하기 위해서는 뇌 자극 후 치료 예후를 평가하고 운동 기능 회복을 극대화하기 위한 자극의 강도 및 빈도를 최적화 할 수 있는 자극 가이드가 필요합니다. 이를 위해 KIST 연구진은 뇌졸중으로 손상된 부위의 뇌 신경세포의 뇌파 변화를 치료과정 동안 함께 관찰했습니다. 뇌파 중에서도 뇌 손상이 일어난 부위에 비정상적으로 증가하는 뇌파인 델타파(1-4 Hz)의 변화를 병변쪽 뇌와 정상인 반대쪽 뇌에서 분석했습니다.
뇌파 변화와 관련 있다
KIST 연구진이 개발한 치료법을 통해 뇌졸중이 일어난 쥐의 소뇌 심부에 3일간 초음파 자극을 준 결과, 첫날에 비해 운동 기능이 3배 이상 회복됐고 4일 째에도 유지됐습니다. 이 실험 동안 델타파의 변화를 관찰했는데 뇌졸중에 의해 최고 3배나 증가한 델타파가 초음파 자극 그룹에서는 양쪽 뇌의 델타파 균형이 대칭에 가깝고, 정상 수준에서 안정적으로 유지됨을 확인했습니다.
위 결과를 통해 초음파 자극에 의해 델타파가 억제될 수 있으며 이러한 변화가 운동기능 향상을 반영하고 있는 뇌신경 변화 현상임을 알게 되었다. 향후 뇌파를 모니터링하여 맞춤형 자극 기술을 개발하면 동물 실험에서 실제 환자 치료로 발전 될 수 있을 것으로 기대합니다.
KIST 김형민 박사는 "초음파 뇌 자극 기술의 놀랍도록 빠른 발전 속도와 다양한 뇌 질환에서 연구되고 있는 현재 상황을 볼 때, 앞으로 초음파 뇌 자극이 안전하고 효과적인 뇌졸중 치료법으로 사용될 날이 멀지 않았다"라며 "이를 위해 여러 자극 조건과 장기간 추적 관찰의 안정성 검증이 매우 중요할 것"이라고 밝혔습니다.
##참고자료##
- Baek, Hongchae, et al. "Modulation of cerebellar cortical plasticity using low-intensity focused ultrasound for poststroke sensorimotor function recovery." Neurorehabilitation and neural repair 32.9 (2018): 777-787.
- Baek, Hongchae, et al. "Deep Cerebellar Low-intensity Focused Ultrasound Stimulation Restores Interhemispheric Balance after Ischemic Stroke in Mice." IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering (2020).
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