“팔 절단 원숭이, 마음으로 인공팔 움직여…뇌신경도 재편된다”

댓글 2017-11-29 (수) 01:21:08

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▶ 시카고대팀, 사고로 4~10년전 팔 절단된 원숭이들 대상 실험

원숭이 뇌에 연결된 로봇팔이 공을 잡는 장면 [시카고대학 제공]

그에 앞서 팔을 뻗고 손으로 잡는 등의 운동에 관여하는 뇌 특정 부위 위에 전극을 심고, 절단된 팔 부위에 로봇팔을 연결하고 전기적으로 통하게 만들었다.

이를 통해 원숭이들은 공을 잡으려는 생각을 로봇팔에 전달할 수 있고, 연구팀은 원숭이 뇌 등의 변화를 관측할 수 있게 됐다.

앞서 미국 케이스 웨스턴 리저브 대학팀은 사지가 마비된 사람의 머리에 이러한 전극장치를 이식해 스스로 근육을 움직여 식사할 수 있게 한 연구결과를 지난 3월 발표한 바 있다.

이번 시카고대학팀은 사지가 오래전에 절단돼 없는 경우에도 인공(로봇) 팔을 부착하는 방식으로 재활할 수 있음을 보여준 점에서 다르다.

연구팀은 "더욱 고무적인 일은 뇌-기계(로봇팔) 상호작용으로 뇌를 변화시킬 수 있음을 확인했다는 점"이라고 강조했다.

로봇팔로 잡는 훈련이 진행되면서 관련 뇌 부위의 신경망 활동이 증가하고, 신경세포들 간의 연결이 처음보다 성기게 줄어들었다가 차츰 촘촘하게 늘었다.

이는 테니스나 피아노 등 새로운 것을 배울 때 뇌가 기존 신경망 연결 구조를 차츰 벗어버리고 새 구조로 덮어씌우는 것처럼 사지가 절단된 지 오래됐어도 관련 뇌 신경망 구조가 재편(reprogamming)될 수 있음을 뜻한다고 연구팀은 설명했다.

이런 뇌-기계 상호작용 시스템은 앞으로 인공 팔다리의 감각정보를 뇌로 전송해 촉각을 느낄 수 있게 해주고 그 피드백을 통해 운동능력을 더 향상할 수 있는 기술 개발의 가능성을 열어준다고 덧붙였다.

이번 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 실렸다.[http://www.nature.com/articles/s41467-017-01909-2#Fig2]

사고로 팔을 잃은 원숭이들을 훈련하면 마음만으로 로봇팔을 움직여 사용할 수 있다는 실험결과가 나왔다. 미국 시카고대 의대 신경과학자들은 이 실험결과는 무엇보다 사지가 절단돼 없어진 지 오래됐어도 팔다리를 움직이는 것과 관련된 뇌 신경과의 연결망을 다시 살리거나 새로 만드는 일이 가능하다는 점에서 주목된다고 27일(현지시간) 밝혔다. 이 대학 니초 해초풀로스 교수팀은 사고로 팔을 잃은 지 4~10년 된 붉은털원숭이 3마리를 대상으로 로봇팔을 이용해 공을 잡도록 하는 훈련을 시켰다. 공을 잡는 데 성공하면 보상으로 주스를 주는 방식을 40일간 시켰다. 그에 앞서 팔을 뻗고 손으로 잡는 등의 운동에 관여하는 뇌 특정 부위 위에 전극을 심고, 절단된 팔 부위에 로봇팔을 연결하고 전기적으로 통하게 만들었다. 이를 통해 원숭이들은 공을 잡으려는 생각을 로봇팔에 전달할 수 있고, 연구팀은 원숭이 뇌 등의 변화를 관측할 수 있게 됐다. 앞서 미국 케이스 웨스턴 리저브 대학팀은 사지가 마비된 사람의 머리에 이러한 전극장치를 이식해 스스로 근육을 움직여 식사할 수 있게 한 연구결과를 지난 3월 발표한 바 있다. 이번 시카고대학팀은 사지가 오래전에 절단돼 없는 경우에도 인공(로봇) 팔을 부착하는 방식으로 재활할 수 있음을 보여준 점에서 다르다. 연구팀은 “더욱 고무적인 일은 뇌-기계(로봇팔) 상호작용으로 뇌를 변화시킬 수 있음을 확인했다는 점”이라고 강조했다. 로봇팔로 잡는 훈련이 진행되면서 관련 뇌 부위의 신경망 활동이 증가하고, 신경세포들 간의 연결이 처음보다 성기게 줄어들었다가 차츰 촘촘하게 늘었다. 이는 테니스나 피아노 등 새로운 것을 배울 때 뇌가 기존 신경망 연결 구조를 차츰 벗어버리고 새 구조로 덮어씌우는 것처럼 사지가 절단된 지 오래됐어도 관련 뇌 신경망 구조가 재편(reprogamming)될 수 있음을 뜻한다고 연구팀은 설명했다. 이런 뇌-기계 상호작용 시스템은 앞으로 인공 팔다리의 감각정보를 뇌로 전송해 촉각을 느낄 수 있게 해주고 그 피드백을 통해 운동능력을 더 향상할 수 있는 기술 개발의 가능성을 열어준다고 덧붙였다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications)에 실렸다.[http://www.nature.com/articles/s41467-017-01909-2#Fig2]

<연합뉴스>

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