This woman’s brain implant zaps her with electricity when it senses she’s getting depressed

뇌 이식장치가 우울증 치료의 새로운 길 열어줄까

환자의 뇌에 이식한 장치로 우울증을 치료했다는 연구 결과가 발표됐다. 이식장치가 뇌에서 우울 증상 발현을 감지하면 미세한 전기 신호를 보내 증상을 억제해주는 식이다. 이런 개인 맞춤형 장치가 우울증 환자 치료의 새로운 길을 열어줄지 주목된다.

미국 캘리포니아에 거주하는 36세 여성 사라는 5년 동안 만성 우울증을 앓고 있었다. 그녀는 매시간 여러 번 자살 충동을 느꼈고, 식사 메뉴 같은 기본적인 의사결정도 제대로 내릴 수 없었다. 사라는 우울증을 치료하려고 전기 충격 요법을 비롯해 온갖 방법을 다 시도했지만 아무것도 도움이 되지 않았다.

그러던 2020년 6월 사라는 뇌에서 우울증을 일으키는 부분을 억제하는 장치를 뇌에 이식했다. 4일 ‘네이처 메디신(Nature Medicine)’에 게재된 연구 결과는 사라의 사례를 통해 각종 요법이나 약물로 해결되지 않는 중증 정신질환자에게 적용할 수 있는 개인 맞춤형 치료법의 적용 가능성을 보여준다.

사라(성은 밝히지 않았다)는 기자 회견에서 “우울증이 마침내 사라졌다. 그 덕분에 나는 살만한 가치가 있는 새로운 삶을 다시 시작할 수 있게 되었다”고 말했다.

어떤 방식인가? 효과는?

이식장치 삽입에는 여러 단계가 필요했다. 우선, 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스의 연구팀은 전극 10개를 사용해 사라의 두뇌 활동을 지도화하는 작업을 시작했다. 이 단계에는 열흘이 소요됐고, 그 과정에서 연구팀은 중증 우울증을 일으키는 곳으로 추측되는 사라의 편도체에서 지나치게 높은 활동을 보이는 특정 영역을 발견했다. 연구팀은 또한 뇌의 ‘복측 선조체(vertral striatum)’라는 다른 영역에 미세한 전기 신호를 보내면 이러한 증상이 상당히 개선된다는 사실도 밝혀냈다. 다음 단계로, 연구팀은 신경자극 장치를 뇌에 이식했다. 장치는 우울 증상과 관련한 뇌의 활발한 활동을 감지하면 해당 영역에 미세한 전기 신호를 보내도록 설정됐다.

사라는 이러한 전기 신호를 감지할 수 없다. 이는 다행스러운 일인데, 전기 신호는 하루에 최대 300번까지도 보내지는데다가 각 전기 신호는 6초 정도 지속되기 때문이다. 그리고 밤에는 이식장치가 전기 신호를 전달하지 않는다. 전기 신호가 사라를 각성시키고 활기를 느끼게 하므로 사라의 수면에 방해가 될 수 있기 때문이다.

장치를 이식하기 전에 사라는 우울증의 중증도를 측정하는 데 주로 사용되는 ‘몽고메리-아스버그 우울증 평가척도(Montgomery-Åsberg Depression Rating Scale, MADRS)’에서 54점 만점에 36점을 받았다. 2주 후에 사라의 점수는 14점으로 내려갔고, 이제는 10점 이하로 유지되고 있다.

사라는 자신의 정신건강이 매우 효과적으로, 빠르게 개선됐다고 말한다.

사라는 “실제로 ‘아!’하고 느껴지는 순간이 있었다. 매우 즐거운 기분을 느낄 수 있었고, 우울증은 아득한 악몽이 되었다. 무엇보다도, 이런 경험을 통해 우울증이 개인적인 문제가 아니라 치료할 수 있는 질병이라는 사실을 깨닫게 됐다”고 말했다.

개인 맞춤형 치료법

뇌에 치료목적으로 전기 충격을 사용하는 것은 새로 등장한 방식이 아니다. 뇌에 장치를 이식해 전기자극을 주는 ‘뇌심부자극술(deep brain stimulation, DBS)’이 이미 파킨슨병이나 뇌전증을 앓고 있는 수만 명의 환자에게 사용돼 왔다. 사실 사라의 뇌에 이식한 장치는 미 FDA가 뇌전증 환자에 사용을 허가한 장치이다(사라에게 이 장치를 사용하는 연구를 진행하기 위해 의사들은 특별 예외 승인을 받아야 했다). 그러나 이 장치를 우울증 환자에게 제대로 작동하도록 조정하기는 매우 어려웠다. 우울증과 관련한 뇌 활동이 일어나는 영역은 환자마다 다르기 때문이다. 따라서 모든 환자에게 적용할 수 있는 ‘우울증 뇌지도’는 존재하지 않으며, 앞으로도 그럴 것이다.

이런 이유로 개인 맞춤형 치료가 기대되는 것이다. 이번 연구는 한 명의 환자를 대상으로 진행됐지만, 그래도 전망이 밝다.

뇌심부자극술을 이용한 우울증 치료 가능성을 수십 년째 연구하고 있는 신경학자 헬렌 메이버그(Helen S. Mayberg)는 “해결해야 할 큰 문제는 이번 연구의 규모를 키워 다른 환자들에게도 적용할 수 있는지 여부이다. 이를 위해 더 많은 환자에게 더 많은 데이터를 수집할 필요가 있다”고 말한다.

연구팀은 이미 추가 환자 두 명을 확보했고, 아홉 명을 더 모집하고 있다. 이번 방식에 FDA 승인을 받으려면 아직 갈 길이 멀다. 이 방식에는 비용도 많이 들고, 몇 주 동안 미세 조정 작업도 해야 하며, 하루가 꼬박 소요되는 수술도 필요하다. 따라서 아직은 다른 치료법이 들지 않는 환자들에게 적합하다고 할 수 있다.

희망적인 부분은 언젠가 수술 과정이 생략될 수도 있다는 것이다. 이번 연구의 공동 저자 중 하나인 신경외과의 에드워드 창(Edward Chang)에 따르면, 전극 이식 없이 뇌심부자극술을 시행할 수 있는 새로운 기술이 존재한다. 이러한 장치들은 아직 전극 이식보다 정밀도가 떨어지지만, 기술을 개선하면 언젠가는 정밀도가 올라갈지도 모른다.

영국 서리대학교(University of Surrey)의 인지 신경과학자 로이 코헨 카도시(Roi Cohen Kadosh)는 현재 바로 이 기술을 연구하고 있다. 그는 언젠가는 뇌에 장치를 이식하지 않고도 이식장치의 이점을 그대로 유지할 수 있게 될 것이라고 예측한다.

그는 “이것이 우리 미래가 향하는 방향”이라고 말한다.

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