GIST(광주과학기술원) 연구팀이 뇌질환 치료 효과를 높일 수 있는 뇌 팬텀을 제작하는 데 성공했다.
전기 자극 양상을 예측할 수 있는 컴퓨터 기반 뇌 모델링 기술 신뢰도를 높여 파킨슨병 등 뇌 질환 치료에 기여할 것으로 기대된다.
전성찬 정보통신공학부 교수와 정의헌 의료시스템학과 교수가 주도하고 김동현 정보통신공학부 박사과정생(제1 저자)이 수행한 이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, GIST 실버헬스바이오 기술개발사업, GIST 의료시스템학과 연구 프로젝트 개발 교과 프로그램으로 수행됐다.
이 성과는 뇌 자극 분야 국제학술지 브레인 스티뮬레이션 9·10월호 표지논문으로 게재됐다.
뇌 전기자극은 각종 뇌 질환을 치료하거나 증상을 완화하고 특정 뇌 기능을 향상시킬 수 있지만, 개별 질환에 맞춤형 자극 방법은 아직 규명되지 않아 임상 적용에 한계가 있었다.
이를 극복하기 위해 사람 뇌 구조적 특성을 모방한 컴퓨터 기반 뇌 모델을 구현하고 전기자극에 의한 반응을 시뮬레이션으로 분석하는 연구를 진행 중이지만 뇌 모델링이 실제로 뇌 반응과 비교해 얼마나 정확한지는 아직 검증되지 않았다.
연구팀은 뇌 팬텀을 3D 프린터를 이용해 제작하고, 뇌 팬텀에 전기자극을 가한 결과를 뇌 모델링에서의 뇌 자극 시뮬레이션 결과와 비교했다. 이를 바탕으로 컴퓨터 기반 뇌 모델 정확성을 검증했다.
연구팀은 핵자기공명영상(MRI)을 이용해 뇌의 기하학적 구조를 해석한 뒤 3D 프린터로 뇌 구조를 반영한 틀을 만들고, 실제 뇌 조직의 전기적 특성과 유사하도록 틀 안에 아가로스와 염화나트륨을 적정 비율로 혼합해 뇌 팬텀을 제작했다.
아가로스와 염화나트륨 혼합물은 조합 비율에 따라 전자기학적 특성이 자유롭게 조절되는데, 일정 시간이 지나면 틀 안에서 고체로 변해 다양한 전기적 특성을 가진 뇌 팬텀을 제작할 수 있다.
연구팀은 뇌 팬텀과 컴퓨터 기반 뇌 모델링에서의 전기자극에 대한 양상을 비교한 결과, 약 10% 오차로 컴퓨터 기반 뇌 모델이 실제 전기 자극에서 자극 양상을 예측할 수 있다는 것을 입증했다.
전성찬 교수는 “이번 연구는 다양한 뇌 질환을 치료하는 데 활용되는 컴퓨터 기반 뇌 모델 신뢰도를 검증하는 뇌 팬텀을 융합 연구를 통해 제작한 것”이라며 “전기 자극 정확성을 높여 치매나 우울증 등 뇌 질환의 효과적인 치료법 개발에 기여할 것”으로 기대했다.
광주=서인주기자 sij@etnews.com