뇌에 삽입한 장치로 '통증'을 경감시키는 데 성공...의존성이 없는 진통의 가능성을 열어

'뇌에 발생한 통증신호를 감지하고 그에 따라 뇌에 신호를 흘려 통증을 경감한다'는 장치를 개발하고 마우스 실험에 성공했다는 연구결과를 뉴욕대학 그로스만 의대의 연구팀이 발표했습니다. 뇌에 삽입한 장치로 통증을 완화하는 시스템은 의존성이 적은 진통의 개발 및 기타 뇌 관련 장애의 치료 가능성이 있다고 합니다.

A prototype closed-loop brain–machine interface for the study and treatment of pain | Nature Biomedical Engineering
https://www.nature.com/articles/s41551-021-00736-7

Implantable brain device relieves pain in early study | EurekAlert! Science News
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-06/nlh-ibd061521.php

Implantable brain device relieves pain in early study

A New Brain Implant Automatically Detects and Kills Pain in Real Time
https://singularityhub.com/2021/06/29/a-new-brain-implant-automatically-detects-and-kills-pain-in-real-time/

A New Brain Implant Automatically Detects and Kills Pain in Real Time

일반적으로 통증을 완화하는 방법으로는 진통제 처방이 이루어지고 있습니다만, 만성적 통증을 진통제로 대응하면 점차 내성이 생겨 이전과 같은 양의 진통제로는 효과를 볼 수 없어집니다. 또 오피오이드(Opioid) 등의 진통제는 뇌의 보상시스템에 작용하는 강한 의존성을 유발하는.약물이어서 과잉섭취로 인해 많은 사람이 사망하는 '오피오이드 위기(Opioid Crisis)'가 큰 사회문제가 되었습니다.

Attorney General James Delivers More Than $573 Million to Communities Across the Nation to Fight Opioid Crisis | New York State Attorney General
https://ag.ny.gov/press-release/2021/attorney-general-james-delivers-more-573-million-communities-across-nation-fight

Attorney General James Delivers More Than $573 Million to Communities Across the Nation to Fight Opioid Crisis

McKinsey Settles for Nearly $600 Million Over Role in Opioid Crisis - The New York Times
https://www.nytimes.com/2021/02/03/business/mckinsey-opioids-settlement.html

McKinsey Settles for Nearly $600 Million Over Role in Opioid Crisis

그래서 뉴욕대학 그로스 의대 연구팀은 컴퓨터로 제어되는 장치를 뇌에 삽입하여 통증을 완화하는 시스템을 개발했습니다. 'closed-loop brain-machine interface(폐쇄루프 브레인 머신 인터페이스/BMI)'라고 명명된 이 시스템은 통증의 중추부위 중 하나인 전대상피질의 뇌활동을 측정하는 센서와 전두전피질에 신호를 출력하는 장치로 구성되어 있습니다.

폐쇄루프 BMI는 먼저 센서가 감지한 전대상피질의 뇌활동을 장치에 연결된 컴퓨터가 분석하여 통증과 밀접하게 관련되는 전기적 패턴을 식별합니다. 뇌가 통증을 처리하고 있다고 판단될 경우, 이번은 광섬유로 구성된 출력장치가 광유전학적 방법으로 유전자 조작된 전두전피질의 신경세포에 빛을 조사하여 통증을 완화하는 신호를 보낸다는 것.

연구팀이 쥐의 뇌에 폐쇄루프 BMI를 삽입하여 실험한 결과, 폐쇄루프 BMI는 최대 80%의 정확도로 통증을 감지할 수 있는 것으로 확인되었습니다. 또 폐쇄루프 BMI가 활성화된 쥐는 순간적인 통증에 다리를 움츠리는 속도가 폐쇄루프 BMI가 꺼져 있는 마우스보다 40% 느렸다고 합니다. 이것은 폐쇄루프 BMI가 활성화된 마우스의 통증이 완화되었다는 것을 시사한다고 연구팀은 설명합니다.

다른 실험에서는 만성 통증을 느끼는 마우스로 '들어가면 자동으로 폐쇄루프 BMI가 활성화되는 방'과 '들어가면 자동으로 폐쇄루프 BMI가 비활성화되는 방'을 자유롭게 출입하도록 조성했습니다. 그러자 실험에 동원된 마우스는 폐쇄루프 BMI가 활성화되는 방에서 보내는 시간이 비활성되는 방보다 50% 이상 길었다고 합니다. 이 결과도 폐쇄루프 BMI가 제대로 작동하여 마우스의 만성적인 통증을 줄일 수 있었다는 것을 시사한다고 합니다.

연구팀의 Jing Wang 교수는 '우리의 연구결과는 증상을 식별하거나 관리하기 어려운 경우에도 임플란트가 통증치료에 효과적인 전략을 제공한다는 것을 보여준다"며 폐쇄루프 BMI는 통증이 있는 경우에만 활성화하므로 과다 사용의 위험이나 내성이 생길 가능성이 낮은 데다, 통증경감 이외의 보상이 없기 때문에 의존성의 위험을 최소화 수 있다고 주장합니다.

논문의 대표저자인 Qiaosheng Zhang 씨는 "우리의 연구결과는 통증이 뇌에서 어떻게 작용하고 있는지를 연구자들이 잘 이해하는데 이 장치가 도움이 될 가능성을 보여줍니다. 또 우리는 이제 불안장애나 우울증, 외상후 스트레스 장애(PTSD) 등 다른 신경정신장애에 대한 비약물 요법을 찾아낼지도 모른다"고 전망합니다.

이번에 개발된 폐쇄루프 BMI는 매우 침습적인 수술이 필요하며, 사람에게 적용하기에는 적합하지 않지만, 사람에 사용할 비침습 장치의 연구도 진행중이라고 합니다.