뇌 자극 치료의 정확성 검증하는 뇌 팬텀 개발.(광주과학기술원 제공)2015.10.14/뉴스1 © News1 신채린 기자

광주과학기술원(GIST)은 소속 연구팀이 컴퓨터 기반 뇌모델링의 정확도를 검증함으로써 전기적 뇌 자극을 이용한 뇌직환 치료의 효과를 높일 수 있는 뇌 팬텀을 제작했다고 14일 밝혔다.

GIST 정보통신공학부 전성찬 교수와 의료시스템학과 정의헌 교수가 주도하고 정보통신공학부 김동현 박사과정생(제1저자)이 수행한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 GIST 실버헬스바이오 기술개발사업, GIST 의료시스템학과의 연구 프로젝트의 개발 교과 프로그램으로 수행됐다.

3D 프린터를 이용한 이번 성과는 전기적 뇌 자극의 자극 양상을 예측할 수 있는 컴퓨터 기반 뇌 모델링 기술의 신뢰도를 높여 파킨슨병·우울증 등 뇌 질환 치료에 기여할 것으로 기대된다.

이번 성과는 뇌 자극 분야의 세계적인 권위지인 브레인 스티뮬레이션 9~10월호의 표지논문으로 게재됐다.

뇌에 대한 전기자극은 각종 뇌 질환을 치료하거나 증상을 완화하고 특정 뇌 기능을 향상시킬 수 있지만, 개별 질환에 대한 맞춤형 자극 방법은 아직 규명되지 않아 임상 적용에 한계가 있다.

이를 극복하기 위해 사람 뇌의 구조적·전자기학적 특성을 모방한 컴퓨터 기반 뇌 모델을 구현하고 전기자극에 의한 반응을 시뮬레이션으로 분석하는 연구가 진행 중이지만, 뇌 모델링이 실제 뇌의 반응과 비교해 얼마나 정확한지는 아직 검증되지 않았다.

연구팀은 사람 뇌의 구조적·전자기학적 특성을 모사한 '뇌 팬텀'을 3D 프린터를 이용해 제작하고, 뇌 팬텀에 전기자극을 가한 결과를 뇌 모델링에서의 뇌 자극 시뮬레이션 결과와 비교함으로써 컴퓨터 기반 뇌 모델의 정확성을 검증하는 데 성공했다.

연구팀은 MRI(자기공명영상)를 이용해 뇌의 기하학적 구조를 해석한 뒤 3D 프린터로 뇌 구조를 반영한 틀을 만들고, 실제 뇌 조직의 전기적 특성과 유사하도록 틀 안에 아가로스(agarose)와 염화나트륨(NaCl)을 적정 비율로 혼합해 뇌 팬텀을 제작했다.
 
연구팀이 뇌 팬텀과 컴퓨터 기반 뇌 모델링에서의 전기자극에 대한 양상을 비교한 결과, 약 10% 의 오차로 컴퓨터 기반 뇌 모델이 실제 전기 자극에서의 자극 양상을 예측할 수 있다는 것을 입증했다.

해당 연구결과로 검증된 컴퓨터 기반 뇌자극 예측기법을 이용하면 특정 자극 조건에 대한 환자별 뇌자극 효과를 미리 알 수 있고, 적절한 치료 전략을 만들어 치료 효과를 높일 수 있다.
 
GIST 전성찬 교수는 "이번 연구는 다양한 뇌 질환을 치료하는 데 활용되는 컴퓨터 기반 뇌 모델의 신뢰도를 검증하는 뇌 팬텀을 융합 연구를 통해 제작한 것"이라며 "뇌에 대한 전기 자극의 정확성을 높여 치매나 우울증 등 뇌 질환에 대한 효과적인 치료법 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

© News1 신채린 기자