한국일보 애틀랜타 전자신문

2025년 4월 12일 (토요일) 특집 A4 현재 70세로 북가주 스탠포 드에살고있는그는“수 면 상태가 매우 안 좋았고, 깨어나 면머리가멍했다”며“약때문에매 일 아침 내 사무실에서 히터 앞에 누워 얼굴에 따뜻한 바람을 쐬곤 했다. 그게 유일하게 기분 좋은 순 간이었다”고회상했다. 북가주 스탁턴 출신의 제임스 맥 엘로이는 47세에파킨슨병진단을 받았고, 한때 하루에 17알의 약을 복용했었다. 기계공출신으로현재 60세인그는“약을그렇게많이먹 으면 마치 마약 중독자가 몸을 덜 덜떨며움직이는모습처럼보였었 다”고말했다. 약 5년 전 크레비엘과 맥엘로이 는‘적응형 뇌심부자극(adaptive deep brain stimulation)’이라 불 리는비약물성파킨슨병치료실험 에 자원했다. 이 치료는 기존 뇌심 부자극(DBS) 치료를 인공지능(AI) 기술로향상시킨것이다.이새로운 치료법은그들의가장심각한운동 증상을 거의 없애주었고, 삶의 질 도 향상시켰다. 약물 복용량도 줄 었고,관련부작용도감소했다. 크레비엘은“예전엔다섯,여섯알 씩약을먹었는데, 5년이지난지금 은하루에약한알만먹는다”며“ 완치나기적은아니지만,매일느끼 는삶의질측면에서는정말큰변 화다. 떨림도 사라졌고, 운동 이상 증도 없어졌다. 뇌 안개 현상도 사 라졌다”고말했다. 과학자들은 적응형 뇌심부자극 기술을계속개선하면서더많은파 킨슨병환자들에게도움이되기를 기대하고있지만,모든환자에게효 과가있는것은아니라고인정한다. ■적응형뇌심부자극이란 뇌심부자극(DBS)은 1997년부터 파킨슨병증상을치료하기위해사 용되어온확립된외과적치료법으 로, 심장 박동기와 유사한 장치를 뇌에 이식해 전기 자극을 전달한 다. 전통적인 DBS가 일괄적인 방식 인반면, 적응형 DBS는 AI의도움 을 받아 환자의 뇌 활동을 실시간 으로 분석해 개인 맞춤형 치료를 제공한다. 지난 2월연방식품의약 국(FDA)은파킨슨병환자용첫적 응형DBS시스템을승인했다. UC 샌프란시스코신경외과의필 립스타교수는“일부환자들,특히 증상이 심한 사람들에게는, 항상 일정한세기로작동하는표준DBS 로는충분한효과를얻지못한다” 며“뇌의필요는활동수준에따라 달라지며, 예를 들어 깨어 있을 때 와잠잘때, 혹은약물복용주기에 따라달라진다”고설명했다. 심장처럼 뇌도 뉴런이 만들어내 는전기활동의정상적인리듬이나 패턴을가지고있다. 간질이나정신 분열증같은질환은심장부정맥과 유사하게비정상적인뇌리듬과관 련이있다. 파킨슨병에서는뉴런들 이 지나치게 동기화되는‘진동병 (oscillopathy)’현상이 발생하며, 이는정상적인정보전달을방해해 떨림이나경직과같은증상을유발 할수있다. 스탠포드 의대 신경학과의 헬렌 브론티-스튜어트교수는“군중속 에서웅성거림이있지만자신이말 하는 소리는 잘 들리는 상황을 상 상해보라.그게정상적인뉴런활동 ”이라며“하지만진동병에서는, 마 치시위행진중모든사람이같은 구호를외치고있어자신의목소리 가전혀들리지않는것과같다”고 말했다. ■적응형DBS는자극을조절 DBS(뇌심부자극)와 파킨슨병 약 물은모두뇌의진동병을완화시키 는 것으로 알려져 있다. 전문가들 에 따르면, 특히 DBS에서 나오는 일정한전기자극은뉴런의발화를 일정하게 조절해 진동병의 과도한 동기화를억제하고뇌의리듬을정 상으로되돌리는데도움을준다. 하지만 기존 DBS는 일정한 세기 로 항상 자극을 주는 방식이기 때 문에, 자극이 부족하거나 과도한 시기가 생기고, 이는 각각 운동 느 림증 또는 운동 이상증을 유발할 수있다. 반면, 적응형DBS는실시 간신경신호를감지하고진동병이 나 다른 생체 지표에 반응해 자극 을 자동으로 조절한다. AI 모델링 을통해개발된알고리즘은필요한 순간에 정확한 세기, 즉‘용량’의 자극을제공함으로써보다안정적 인치료경험을환자에게제공한다. 초기 연구에서는, 적응형 DBS가 기존 DBS보다 운동 증상 조절이 우수하고부작용이적으며,전달되 는전기에너지도낮다는결과가나 타났다. 예를 들어, 2024년 필립 스타 교 수와그의동료들은파킨슨병환자 4명을 대상으로 예비 연구를 진행 했으며, 여기에는맥엘로이도포함 되었다. 그 결과 적응형 DBS는 기 존 DBS보다 운동 증상과 삶의 질 을더개선하는것으로나타났다. 연구진은 각 환자의 맞춤형 알고 리즘을개발하기위해병원에서레 보도파(도파민을증가시키는파킨 슨병약물)를복용중일때와아닐 때의뇌리듬을측정했다. 스타교수는“이러한알고리즘을 개발하는 한 가지 방법은, 먼저 특 정조건에서뇌신호에대한연구를 하는것”이라며“그런다음이데이 터를 기반으로 인공지능 알고리즘 을 훈련시켜, 서로 다른 상태에 연 관된뇌신호의조합을학습하도록 할수있다”고설명했다. 스타는적응형 DBS 장치를제조 하는메드트로닉(Medtronic)과, 의 료제품을제조하는보스턴사이언 티픽(Boston Scientific)으로부터 교육 펠로우십 지원을 받고 있다. 해당 연구의 또 다른 저자는 의료 기기회사아이오타바이오사이언 스(Iota Biosciences)에서 자문 역 할을 수행하고 있으며, 세 번째 저 자는 연구 및 교육과 관련하여 메 드트로닉과 보스턴 사이언티픽으 로부터지원을받고,생명과학회사 애브비(AbbVie)및소프트웨어·데 이터회사룬랩스(Rune Labs)와도 협력하고있다. 연방 식품의약국(FDA)의 승인을 이끌어낸ADAPT-PD임상시험에 는기존의DBS를이미이식받은크 레비엘을포함해파킨슨병환자68 명이 참여했다. 브론티-스튜어트 교수와그녀의동료들은이들에게 적응형 DBS를 설치하고, 30일간 자택에서사용하도록했다. 연구의 전체결과는아직발표되지않았지 만, 초기 데이터에 따르면 심각한 장치 관련 부작용은 없었으며, 참 가자의98%가장기추적조사에서 도 적응형 DBS 사용을 계속 선택 했다. ■적응형DBS를개선하는방법들 브론티-스튜어트 교수는“파킨 슨병 환자 모두가 DBS 치료에 적 합한 것은 아니며, 레보도파와 같 은 도파민 약물에 잘 반응하고 병 의진행이너무심하지않아야수술 대상이될수있다고한다”며“모든 수술에는위험이따르며, 심장병이 나 고혈압과 같은 질환을 가진 환 자는감염, 뇌출혈, 뇌졸중또는마 취관련합병증의위험이더크다” 고말했다. 연구자들은 적응형 DBS와 그에 사용되는 AI 기반 알고리즘을 향 상시키기위한다양한방법을모색 중이다. 예를 들어, 킹스칼리지 런 던신경외과연구팀의앤드루오키 프와동료들은앞이나뒤방향으로 자극을 줄 수 있는 방향성 전극을 사용하여 뇌의 여러 부위를 자극 하는실험을하고있다. 자극의 위치와 강도를 보다 정밀 하게 제어할 수 있다면 DBS의 효 과를높일수있다. 오키프는향후 임상시험에서, 자극을언제주는지 뿐 아니라 어디에 주는지, 그리고 어떤생체지표를기준으로해야하 는지를최적화하고자한다.이는점 점더복잡해지고있는문제다. 오키프는“이건마치인생에서본 가장어려운스도쿠퍼즐을 3차원 으로 푸는 것과 같다. 인간으로서 는하기힘든일”이라며“하지만AI 에게는 이런 게 제일 적합한 문제 다. AI는 이런 복잡한 문제를 해결 하는 데 엄청나게 뛰어나기 때문” 이라고말했다. <ByMeeriKim> 인공지능 적용 치료… 파킨슨병 증상 완화에 효과 AI 적용한 ‘적응형 뇌심부자극’ 치료 실험 환자마다 뇌 활동 실시간 분석… FDA 승인 “심각한 증상 완화… 삶의 질도 크게 향상” 40세의키스크레비엘은뛰어난정치학자로,명예교수직,수상경력의저서,미국 예술과학아카데미회원이라는화려한경력을자랑했다.하지만그는오른손의떨 림과통증을겪기시작했고,이는곧팔까지퍼졌다.2년후,신경과전문의는그가 파킨슨병에걸렸다는사실을확인했다.현재파킨슨병에는치료법이없어,그는 운동증상을조절하기위한약물을처방받았다.그러나이러한약물은구역질,저 혈압,강박행동,소화기계문제와같은심각한부작용을동반했다.환자들은또한 환각,과도한주간졸림,그리고불규칙한움직임(운동이상증)을겪을수있다. 키스크레비엘이스탠포드의대에서적응형DBS실험치료를받고있다. <TomHolland/Stanford School of Medicine>