하반신 마비환자가 일어나서 걷는다?! 뇌와 척수를 재연결하는 디지털 브리지 기술

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Pioneering research could help development of miniaturised devices for stroke patients and paralysed people

하반신 마비 환자와 뇌졸중 환자를 위한 뇌-척수 연결 기술로 보행과 계단오르기가 가능해 질 수 있습니다.

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사진출처) The Gardian / Gilles Weber

뇌의 신호가 하반신에 전달되면 마비된 사람도 걸을 수 있다고 합니다.

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2011년 자전거 사고로 하반신이 마비된 한 남성이 뇌파를 읽고, 이 명령을 척추에 보내 다리의 근육을 움직이게 하는 장치 이식한 사람이 걸을 수 있게 되었습니다.

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40세의 거트 얀 오스캄(Gert-Jan Oskam)은 중국에서 교통사고로 목이 부러진 후 다시는 걸을 수 없을 거라는 말을 들었지만 수술 후 계단을 오르고 한 번에 100m 이상을 걸었다고 합니다.

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네덜란드 출신인 오스캄은 "몇 달 전, 10년 만에 처음으로 일어서서 친구들과 맥주를 마실 수 있었습니다."라고 말했습니다. "정말 멋졌어요. 일상 생활에서도 사용하고 싶어요."

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'디지털 브리지(Digital Bridge)' 기술은 뇌-척수 인터페이스(BSI)로 마비를 극복하기 위하여 오랫동안 개발 되어온 프로젝트로 스위스 로잔공대(EPFL)의 신경과학자 팀이 개발한 최신 연구 결과입니다. 이 프로젝트는 척수 신경이 끊어져 쓸모 없어졌던 근육과 뇌를 다시 연결하기 위해 무선 신호를 사용하는 것을 목표로 합니다.

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이전 실험에서 오스캄은 컴퓨터에서 척수로 신호를 보내 리드미컬하게 걷는 걸음걸이를 재현하는 시스템을 테스트했습니다. 이 장치는 오스캄이 한 번에 여러 걸음을 내딛는 데 도움을 주었지만, 움직임은 매우 로봇같았고 버튼이나 센서로 작동해야 했습니다.

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최신 업데이트를 위해 로잔 대학 병원의 신경외과 전문의 조슬린 블로흐(Jocelyne Bloch) 교수는 오스캄의 뇌에 다리를 움직이려고 할 때 신경 활동을 감지하는 전극을 설치했습니다. 판독값은 알고리즘에 의해 처리되어 펄스로 변환되고, 이 펄스는 척추에 있는 다른 전극으로 전송됩니다. 이 펄스는 척추의 신경을 활성화하여 근육을 켜고 의도한 움직임을 만들어냅니다.

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스위스 로잔공대의 그레고아 쿠르틴(Grégoire Courtine) 교수는 "우리가 할 수 있었던 것은 디지털 브릿지를 통해 뇌와 다리 움직임을 제어하는 척수 영역 사이의 통신을 다시 구축하는 것"이라고 말했습니다. 그는 이 시스템이 "게르트 얀의 생각을 포착하고 그 생각을 척수 자극으로 변환하여 자발적인 다리 움직임을 다시 설정할 수 있다"고 말했습니다.

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이 장치는 빠르고 부드러운 보폭을 만들어내지는 못하지만, 오스캄은 일어서는 것과 걷는 것이 생각에 의해 시작되고 제어되기 때문에 이전보다 더 자연스러운 움직임이 가능하다고 저명한 과학저널인 '네이처(Nature)'에 설명했습니다. 이 신호는 엉덩이, 무릎, 발목을 구부리는 데 필요한 근육을 자극합니다.

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또한 재활을 촉진하는 것으로 보입니다. 장치를 착용하고 40회 이상의 훈련을 받은 후 척추 신경이 모두 절단되지 않은 오스캄은 장치가 꺼진 상태에서도 다리를 어느 정도 제어할 수 있게 되었다고 합니다. 쿠르틴 교수는 뇌와 척추를 다시 연결하면 척추 신경이 재생되어 환자의 잃어버린 통제력을 일부 회복하는 데 도움이 된다고 합니다.

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이 연구는 아직 초기 단계이지만, 연구진은 향후 소형화된 장치를 통해 뇌졸중 환자와 마비 환자가 걷고, 팔과 손을 움직이고, 척수 손상의 영향을 받는 방광과 같은 다른 기능을 제어하는 데 도움이 될 수 있을 것이라고 합니다. 팔과 손의 움직임은 걷는 것보다 더 복잡하기 때문에 조금 더 어려울 수 있다고 합니다.

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오스캄의 경우는 사고 후 10년이 지났지만, 연구팀은 최근에 부상을 입은 다른 환자들의 경우 더 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이라고 확신합니다.

사진출처) The Gardian / Gilles Weber

사진출처) The Gardian / Gilles Weber

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※ 기사 내용 참조

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[The Gardian] Paralysed man walks using device that reconnects brain with muscles | By Ian Sample Science editor | Wed 24 May 2023 16.00 BST | https://www.theguardian.com/science/2023/may/24/paralysed-man-walks-using-device-that-reconnects-brain-with-muscles

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