Brain stimulation might be more invasive than we think

뇌자극술은 생각보다 더 침습적일지 모른다

일반적으로 체내에 의료 장비를 넣거나 신체를 절개하는 시술을 ‘침습적 시술’이라고 한다. 그렇다면 기술을 활용해 우리의 생각을 읽고 뇌를 조정하는 기술은 침습과 비침습 중 무엇에 가까울까?

오늘날 우리 뇌에서 무슨 일이 일어나고 있는지 읽어내고 뇌의 기능을 조절하거나 신경망 연결을 변화시키는 신경기술(neurotechnology)이 빠르게 발전하고 있다.

이와 관련된 수많은 기술들은 몸 밖에서 기능하여 흔히 ‘비침습적(noninvasive)’이라고 불린다. 하지만 두개골에 구멍을 내지 않는다 하더라도 사람의 마음과 생각에 영향을 줄 수 있다면, 그 기술을 정말 비침습적이라고 할 수 있을까?

이것이 필자가 고민해오던 질문이다. 노스캐롤라이나 던햄에 위치한 듀크 대학교(Duke University)의 니타 파라하니(Nita Farahany) 교수가 쓴 《뇌를 위한 전투(The Battle for Your Brain)》를 읽으면서 이러한 의문은 더욱 커졌다. 파라하니는 첨단 기술이 사회에 가져올 윤리적, 법적 문제를 연구하고 있다.

자신의 저서에서 파라하니는 다른 사람의 생각을 읽어내는 기술의 잠재적인 파급력을 다룬다. 이미 뇌과학자들은 예전부터 개인의 생각과 정치적 성향, 재소자의 재수감률을 예측하기 위해 뇌 이미징 기술을 사용해왔다. 필자는 이러한 기술도 상당히 침습적이라고 생각한다.

로빈 블룸(Robyn Bluhm) 미시간 주립대학(Michigan State University) 교수와 동료들이 뇌기능 치료를 받은 환자들과 정신과 전문의, 일반 대중을 대상으로 조사한 연구에 따르면 ‘침습성(invasive)’을 정의하는 데에는 저마다 다양한 기준이 있는 것으로 나타났다.

의학적으로는 인체의 피부 절개 과정이 포함된 수술을 침습적이라고 한다. 뇌 심부 자극술(deep brain stimulation, DBS)은 그 명백한 사례이다. 이 치료법은 신경을 자극하고 뇌 영역의 활성화 패턴을 제어하기 위해 뇌 깊숙한 곳에 전극을 이식한다.

금주 게재된 기사에서 나는 우울증 치료 및 연구 목적으로 뇌에 전극 14개를 이식한 환자를 인터뷰했다. 집도의가 그의 뇌를 수술하면서 가장 적절한 치료 부위를 찾는 동안 그는 의식을 가지고 깨어 있었다.

그는 열흘 동안이나 병원에 입원했다. 그의 머리에는 뇌와 연결된 전선이 돌출되어 있었으며 그 위로 붕대가 둘둘 감겨 있었다. 의심할 여지 없이 이 수술은 침습적이었다.

이 수술을 받기 전 그는 경두개 자기자극법(transcranial magnetic stimulation, TMS)를 비롯해 수많은 치료를 시도해 보았다. 이 치료법은 숫자 8처럼 생긴 장치를 사람의 머리 위로 통과시켜 뇌의 특정 부위에 자기 펄스(magnetic pulse)를 가해 뇌 활성을 저해하는 식으로 작동한다. 보통 경두개 자기자극법은 비침습적 치료법으로 분류된다.

하지만 실제로 그럴까? 블룸과 동료들이 수행한 조사에서 이 질문에 대한 답변은 다양하게 나타났다. 일부는 진료실을 여러 번 방문해야 할 때 치료법이 침습적이라고 말했다. 왜냐하면 이러한 경우 환자가 많은 시간을 할애해야 하기 때문이다. 또 어떤 이들은 전통적 상담 요법보다 장비 의존도가 커질수록 덜 침습적이라고 생각했다. 왜냐하면 낯선 이에게 개인의 인생사를 털어놓을 필요성이 없어졌기 때문이다. 하지만 다른 이들은 뇌에 가해지는 파급력으로 보았을 때 경두개 자기자극 법은 침습적이라고 답했다.

경두개 자기자극법은 뇌 전체에 영향을 줄 수 있다. 이론적으로 비침습적 형태의 뇌 자극은 예컨대 사람의 기분을 담당하는 영역과 같이 특정 뇌 부위를 겨냥하는 방식으로 설계된다. 하지만 맨체스터 메트로폴리탄 대학교(Manchester Metropolitan University)의 닉 데이비스(Nick Davis) 박사가 지적하듯 두개골을 통과해 뇌를 자극하는 과정에서 특정한 미세 영역을 정확하게 겨냥하기는 불가능하다.

만일 경두개 자기자극법이 만성적인 통증, 우울, 파킨슨병 등의 증상 치료에 도움이 된다면, 이는 이 치료법이 뇌에서 특정한 변화를 일으키고 있다는 의미다. 이는 경두개 자기자극 법이 뇌에서 신호 물질이 생성되는 방식에 영향을 주었거나, 뇌신경의 연결이나 활성 방식의 변화를 주었거나 또는 다른 메커니즘에 의한 것일 수 있다.

우리는 여전히 경두개 자기자극법이 어떠한 기전(機轉)으로 효과를 발휘하는지 모르기 때문에 이러한 치료법이 우리 뇌에 장기적으로 어떠한 영향을 미칠지에 대해서도 정확하게 알지 못한다.

사람의 뇌 작동 방식을 바꾼다면 이 치료법은 침습적이지 않을까? 이는 아마 이러한 치료가 뇌에 일으키는 변화가 얼마나 큰지에 따라 달라질 것이다. ‘비침습적(noninvasive)’ 형태의 뇌 자극은 두통, 경련, 발작 발생률을 높이는 것으로 알려져 있다. 고용량의 전기적 자극을 가하는 전기경련 요법(electroconvulsive therapy)은 발작을 유발하도록 설계되어 있으며, 기억 상실도 나타날 수 있다.

어떤 이들에게 이 문제는 극도로 고통스럽다. 기억은 한 인간의 정체성을 형성한다. 그리고 이러한 점 때문에 뇌에 자극을 가하는 치료가 사람의 ‘성격을 변화시킬 수도 있다’는 우려가 있다. 의학계에서는 뇌 심부 자극술을 받은 일부 파킨슨병 환자의 행동양식이 일시적으로 변화한다는 것을 관찰했다. 예를 들어 그들은 전보다 더 충동적이거나 예민한 모습을 보였다.

비침습적 자극 치료법은 그만큼 극적인 효과를 내지 않을 것이다. 다만 그 경계는 어떻게 결정할까? 무엇을 ‘침습적’이라고 판단해야 할까?

이 질문은 중요하다. 토론토 대학교(University of Toronto)의 니르 립스만(Nir Lipsman) 신경외과 교수와 동료들에 의하면 침습적 치료법들은 다른 대안이 없는 환자들이 마지막 수단으로 택하는 것이 일반적이다. 지나치게 침습적인 치료법은 연구가 진행되거나 실제 임상 현장에 적용될 가능성이 낮다.

아이러니하게도 치료법은 침습적일수록 더 효과적일 가능성이 커지는데, 이는 침습적일수록 치료 효과에 대한 기대도 커지기 때문이다. 블룸과 동료들이 지적하듯, 플라시보 알약보다는 플라시보 주사의 효과가 더 높게 측정되는 것과 같은 원리다. 이와 함께 우리는 비침습적이라고 분류된 치료법이 가지고 있는 잠재적인 위험에 대해서도 과소평가하고 있을 가능성이 높다.

신경 기술에 관한 MIT 테크 리뷰의 기사들을 더 읽어보자.

2010년에 있었던 연구에 따르면 TMS는 사람들의 도덕적 판단을 바꿀 수 있다. 연구진은 뇌 자극이 피험자들이 타인의 의도를 해석하는 능력을 방해할 수 있다고 생각한다. 앤 트래프톤(Anne Trafton)의 기사다.

뇌 자극의 비침습적 형태는 노년층의 기억력을 향상할 수 있다. 경두개 교류 자극 법(transcranial alternating current stimulation)이라고 불리는 기술은 장기 및 단기 기억력 개선을 위해 쓰일 수 있다. 그리고 그 효과는 수개월간 지속되는 것으로 나타났다. 필자가 올해 8월 실었던 기사다.

건강한 뇌에서 기억이 형성되는 메커니즘을 기억 장애 환자에게서 재현하기 위해 환자의 뇌 속에 전극을 심었다. 이 ‘기억 보조 장치’는 뇌 손상 환자들에게 도움을 줄 수 있을 것이다. 필자가 올해 9월 실었던 기사다.

2018년 뇌과학자들은 경두개 자기자극 법을 이용해 사람의 뇌 사이에서 신호 정보를 전달하는 시험을 하였다. 이들은 세 사람이 협력해 테트리스와 유사한 게임을 할 수 있도록 했다.‘뇌의 소셜네트워크’라는 의미로 ‘브레인 넷(BrainNet)’이라는 용어가 명명되었다.

비침습적 뇌 전극은 깨어 있지만 반응할 수 없는 상태의 환자에서 의식의 징후를 찾는 검사법으로 이용되고 있다. 2021년 러스 저스칼리언(Russ Juskalian)이 보도했다.

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