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2019년 1월 4일 금요일

뇌안의 칩(chip)으로 발작을 막는다



(In a proposed device, two of the new chips would be embedded in a chassis located outside the head. Each chip could monitor electrical activity from 64 electrodes located into the brain while simultaneously delivering electrical stimulation to prevent unwanted seizures or tremors. Credit: Rikky Muller, UC Berkeley)


(The WAND chip is designed with custom integrated circuits that can record the full signal from both subtle brain waves and strong electrical pulses delivered by the stimulator. Credit: Rikky Muller, UC Berkeley)


 캘리포니아 대학 (UC Berkeley)의 과학자들이 뇌에 심어 간질 발작이나 손떨림 증상을 예방할 수 있는 이식 기기를 개발했습니다. WAND (wireless artifact-free neuromodulation device)는 64개의 전극을 지닌 뇌 이식형 전자 장치로 일종의 뇌 페이스메이커 (brain pacemaker)라고 할 수 있습니다. 심각한 부정맥 및 심장병 환자에서 이식하는 페이스메이커 장치처럼 뇌에 이식해 발작을 막아주는 것입니다. 


 WAND는 64개의 전극 어레이를 지닌 이식 장치 두 개와 이를 제어어하는 장치로 구성되어 있으며 미세한 뇌의 전기적 파동 및 자극을 감지해 발작의 징후를 찾아냅니다. 이 과정은 사람마다 차이가 있을 수 있기 때문에 환자에 맞는 자극 신호를 감지하는 것이 관건입니다. 일단 이상 신호가 감지되면 WAND는 이를 제어할 수 있는 전기 자극 신호를 내보내 심각한 발작이 생기기 전에 차단합니다. 이론적으로만 잘 되면 심각한 뇌전증 환자나 다른 뇌 질환 환자도 생명을 위협할 수 있는 심각한 발작에서 자유로울 수 있습니다. 


 물론 장치의 특성상 위험도가 높기 때문에 연구팀은 우선 레서스 마카크 원숭이 (rhesus macaques)를 대상으로 특정 신호를 감지할 수 있다는 점을 보여줬습니다. 여러 개의 채널을 이용해서 뇌의 신호를 쉽게 기록하고 패턴을 감지할 수 있다는 점은 장점이지만, 실제 환자에게 사용하기 전까지 안전성에 대한 충분한 검증이 필요할 것입니다. 


 오랜 세월 사람 뇌에 탑재하는 컴퓨터 장치는 상상이나 SF의 영역이었습니다. 하지만 최근 기술의 발전으로 뇌 - 컴퓨터 인터페이스 (Brain - Computer Interface, BCI)는 점차 현실의 영역이 되고 있습니다. 공각기동대에서 보던 것과 같이 완전한 전뇌화를 이루는 것은 가능하다고 해도 먼 미래의 일이겠지만, 현재 발전하는 기술을 바탕으로 사지 마비 환자를 걷게 하거나 더 편리하게 생활할 수 있도록 돕고 심각한 뇌 질환을 지닌 환자를 치료할 수 있다면 큰 의미가 있을 것입니다. 


 참고 


 Andy Zhou et al, A wireless and artefact-free 128-channel neuromodulation device for closed-loop stimulation and recording in non-human primates, Nature Biomedical Engineering (2018). DOI: 10.1038/s41551-018-0323-x 


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