치매 등뇌질환 치료를 위한 전기 자극이 뉴런 활성화에 미치는 영향을 보다 정확하게 예측할 수 있는 시뮬레이션 기법이 개발됐다.
전성찬 GIST(광주과학기술원) 전기전자컴퓨터공학부 교수팀은 뇌질환 치료법으로 주목받고 있는 `뇌 전기 자극`이 뇌에 미치는 영향을 정확히 예측하기 위해 해부학적 뇌 모델과 뉴런 모델을 결합한 새로운 시뮬레이션 기법을 개발했다고 14일 밝혔다.
`뇌 전기 자극`이란 외부에서 가해지는 전기 자극을 통해 뉴런 활성화를 조절하는 방법으로 각종 뇌 질환 혹은 뇌 기능 향상에 사용되고 있다. 최근 그 치료 효과가 입증되면서 널리 사용되고 있지만, 치료 과정의 메커니즘에 대한 이해는 부족한 실정이다.
연구팀은 먼저 단순형태의 뇌 모델과 자기공명영상 및 확산텐서영상을 이용해 뇌의 구조적·전자기학적 특성을 모방한 뇌 컴퓨팅 모델을 구현했다.
확산텐서영상은 물 분자운동의 확산이 방향에 따라 다르다는 성질을 이용해 뇌의 신경세포를 영상화 하는 기술이다. 이어 구축된 뇌 모델에 운동 신경 전달의 중추 역할을 하는피라미드 형태의 뉴런 모델을 가상적으로 결합한 후 전기 자극에 의해 뉴런이 활성화되는 예측 영역을 분석했다.
연구팀은 이 시뮬레이션을 통해피라미드 형태의 뉴런 모델이 활성화 되는 영역을 해부학적 뇌 구조에 비추어 제시했다.
특히 자극의 극성이 음극(-)인 경우 양극(+)에 비해 대뇌 열구의 깊은 영역에 위치한 손 운동 영역을 자극할 수 있다는 것을 찾아냈다.
연구팀이 개발한 새로운 기법을 이용하면뇌 전기 자극이 가해지는 특정 영역을 명확하게 유추하고, 극성에 따른 자극 영역의 차이를 예측할 수 있었다.
이번 연구는GIST 연구원(GRI)에서 지원하고 있는GIST 창조적 도전과제와KISTI(한국과학기술정보연구원)에서 수행하는 초고성능컴퓨터인프라 서비스 및 활용 활성화 사업의 지원을 받아 수행됐다. 논문은 네이처 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 6월 7일자에 게재됐다.
전성찬 교수는 “이번 연구는 컴퓨터 기반 뇌 자극 예측 기법을 통해 특정 자극 조건에서의 환자별 치료 효과를 예측하기 위한 것”이라며 “환자의 상태에 적합한 더 나은 치료 전략을 제안하는 데 도움을 줌으로써 뇌 질환 치료 효과를 높이는 데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
광주=서인주기자 sij@etnews.com
