Neuroscientists have created a mood decoder that can measure depression

우울증을 측정하는 감정 해독기가 개발되었다

연구원들은 우울증을 겪고 있는 환자들의 뇌에 14개의 전극을 이식했다. 환자 중 한 명은 뇌 심부 자극술(DBS) 시술이 자신의 삶을 구했다고 말했다.

존의 인생은 여자 친구와 헤어지고 난 후 완전히 바뀌었다. 존은 결별로 인해 나락에 빠졌고 27세에 처음으로 우울증 삽화(depressive episode)를 겪게 됐다. “처음에는 그냥 극도로 슬프다가… 나중에는 불면증이 시작되었다.” 존(가명)은 익명을 조건으로 이렇게 말했다. 극도의 불안감이 생기고 공황 발작을 경험하게 되었으며, 급기야 자살을 시도하는 암울한 생각도 하게 되었다.

약물은 회복에 도움이 되지 않았다. 존은 거의 모든 항우울제, 항정신병약물, 진정제를 복용해 보았다고 한다. 머리의 한 쪽 또는 두 쪽 모두에 전기 충격을 주는 전기충격요법으로 처음에 발병했던 우울증 삽화는 마침내 치료할 수 있었지만, 5년 후에 시작된 두 번째 우울증 삽화 증상을 완화하지는 못했다. (번역주_삽화(Episode)라는 용어는 증상이 존재하는 시기와 증상이 없는 시기가 뚜렷하게 구분된다는 의미)

그러던 중 임상시험에 참가한 존은 뇌 깊숙한 곳에 전극을 삽입해 규칙적인 전기 펄스를 제공하는 실험적 치료를 받게 되었고 이 치료는 존에게 효과적이었다. 뇌 심부 자극술(Deep brain stimulation, DBS)은 이미 심각한 뇌전증 발병 사례와 파킨슨병 같은 운동 장애를 수반하는 질병을 치료하는 데 사용되고 있다. 하지만 우울증은 문제가 좀 더 복잡하다. 그 이유 중 하나는 우울증이 발병했을 때 뇌에서 어떤 일이 벌어지는지가 아직 다 밝혀지지 않았기 때문이다.

이 임상시험에 참여하지는 않았지만 조지아주의 애틀랜타, 에모리 의과대학(Emory School of Medicine)의 신경과학자 파트리시오 리바 포세(Patricio Riva Posse)는 이렇게 설명한다. “우울증은 복잡한 질환이다. 한 가지 떨림 증상을 치료하면 되는 게 아니라 온갖 증상이 있다. 기분 저하, 자살 경향성, 흥미 상실, 의욕과 수면 습관이나 식욕 변화 등 다양하다”

의사들은 우울증을 비롯한 뇌 질환 치료에 수십 년 동안 전기를 사용해 왔으며, 일부 연구에 따르면 뇌 깊숙이 심은 전극은 환자를 자극해 증상에서 벗어나게 할 수 있다. 하지만 결과는 천차만별이다. 뇌과학자들은 존과 같은 증상을 가진 환자들의 뇌에서 어떤 현상이 나타나는지 보다 명확하게 파악할 수 있다면 치료법을 개선할 수 있을 것이라 기대한다.

존은 임상시험의 일환으로 뇌 검사에 참여한 자발적 참여자 5명 가운데 한 명이다. 2020년 초, 존의 뇌 곳곳에 총 14개의 전극이 이식되었다. 존은 9일 동안 머리에 케이블이 감긴 채 병원에서 지냈고, 뇌과학자들은 뇌의 활동과 감정이 어떤 연관성이 있는지를 모니터링했다.

이 임상시험에 참여한 연구원들은 뇌의 활동을 판독해 감정을 파악할 수 있는 ‘감정 해독기(mood decoder)’를 개발했다고 밝혔다. 이들은 이 해독기를 사용해 우울증의 심각도를 측정하는 한편, 환자의 감정에 미치는 영향을 최적화하기 위해 전극을 이식할 최적의 위치를 보다 정밀하게 결정할 수 있을 것으로 기대한다. 현재까지는 자발적인 참여자 3명의 결과가 분석되었다.

텍사스주 휴스턴에 위치한 베일러 의과대학(Baylor College of Medicine)의 신경외과의로 이 임상시험을 주도하고 있는 새미어 쉐스(Sameer Sheth)는 결과가 매우 낙관적이라고 설명한다. 쉐스 박사와 동료들은 자발적  참가자들의 구체적인 뇌 활동과 감정 간에 연결 고리를 찾을 수 있었을 뿐 아니라 긍정적인 감정을 자극하는 방법도 알아내었다. “이러한 뇌 부위에서 인간의 감정을 일관되게 성공적으로 해독해 증명한 첫 번째 사례이다.” 쉐스 박사의 말이다. 그의 동료인 지아양 쟈오(Jiayang Xiao)는 11월에 샌디에이고에서 열린 미국신경과 학회(Society for Neuroscience) 연례 회의에서 연구 결과를 발표했다.

우울증 치료

뇌 심부 자극술(DBS)은 일반적으로 뇌의 특정 부위에 전기 펄스를 제공하기 위해 뇌 깊숙이 한두 개의 전극을 삽입하는 방법을 사용한다. 이 방식은 일부 파킨슨병 환자들에게는 매우 효과적이어서 운동을 조절하는 부위를 자극하는 데 사용된다. 연구자들은 이 치료법이 강박장애, 섭식장애, 우울증 같은 정신의학적 문제의 치료에도 효과적인지를 연구하고 있다.

2000년대 초중반에 수행된 소수의 연구에 따르면, 뇌 심부 자극술은 항우울제 같은 일반적인 치료법에 반응이 없는 우울증 환자에게 효과적일 것으로 보였다. 하지만 2건의 대규모 임상시험에서 나타난 초기 결과는 실망스러웠으며 실험은 조기에 중단되었다.

시험 결과가 연구 결과와 일치하지 않는 이유는 명확히 밝혀지지 않았다. 그러나 이러한 성공률의 차이는 뇌 자극이 전달되는 방식과 관련된 것일 수 있다. 우울증에 작용하는 것으로 여겨지는 뇌 부위는 여러 곳이며 전기 펄스를 전달할 수 있는 방식도 다양하다. “뇌 심부 자극술을 [우울증] 환자별로 지능적으로 시행하는 방법이 무엇인지가 명확하지 않다. 아직 미성숙한 단계의 치료법인 것이다” 쉐스는 이렇게 설명한다.

쉐스는 가장 효과적인 방법을 찾아내기 위해 노력해 왔다. 쉐스와 동료들은 약물로 호전되지 않는 뇌전증 환자에 사용되는 뇌 수술 접근법을 차용했다.

이 경우 의사는 발작이 시작된 위치를 찾기 위해 환자의 뇌 곳곳에 전극을 이식한다. 그리고 해당 부위를 찾고 나면 이 부위를 전극으로 자극하거나 완전히 제거할 수 있다.

우울증은 발작과는 달리 뇌의 한 지점에서 기인하지 않는다. 그러나 쉐스와 동료들은 우울증에 대한 통찰을 얻기 위해서 동일한 접근법을 적용하기로 결정하고 뇌 내부의 활동을 모니터링하기 위해서 뇌에 일시적으로 전극을 이식하기로 했다.

쉐스의 팀은 특히 우울증 환자들이 기분이 좋거나 나쁠 때에 뇌 활동의 패턴이 어떻게 다른지 파악하고자 한다. 또한 긍정적인 감정 상태로 뇌를 되돌리려면 어떤 수준, 유형, 빈도로 자극을 주는 것이 효과적인지 연구하는 자극 실험도 진행하고 있다. 이러한 정보가 제공된다면 신경외과의들이 우울증을 치료하기가 더 수월해지고 뇌 심부 자극술의 효과도 더 커질 것이라고 쉐스는 말한다.

기력의 회복

존은 이 임상시험 과정에 참가했던 첫 번째 자발적 참가자이다. 쉐스와 동료는 존을 전신 마취하고 두개골에 구멍을 뚫어 전극을 삽입했다. 연구팀은 우울증 증상과 관련이 있는 것으로 여겨지는 뇌 부위의 각 면에 두 개의 뇌 심부 자극술을 위해 전극을 이식했다. 그리고 감정 및 인지와 연관된 부위의 활동을 모니터링하기 위해 뇌의 각 측면에 5개의 임시 전극을 추가로 배치했다.

자극이 필요한 정확한 뇌의 위치를 찾기 위해 연구팀은 수술 도중 존의 의식을 깨워야 했다. 존은 의사가 전극으로 뇌를 검사하면서 기분을 계속 물어보았던 것을 기억하고 있다. “의사 선생님이 뇌의 한 지점을 자극했을 때 나는 ‘기력이 정상으로 돌아온 기분’이라고 말했다” 존은 “우울증은 영혼에 계속 무거운 짐을 지고 있는 것과 같다. 의료진이 그 작은 정확한 지점을 자극했을 때 홀가분한 느낌이 들었다”고 덧붙였다.

존은 의사들이 웃으면서 정확한 지점을 찾았다고 말하는 것을 들은 후 다시 잠에 빠져들었다. ‘이전에 경험한 것과는 차원이 다른 두통’을 겪으며 잠에서 깬 존은 이후 9일 동안 쉐스의 연구팀에게 면밀한 모니터링을 받았다. 의료진은 몇 시간마다 존에게 감정과 기분을 물어보곤 했다.

9일이 지난 후 연구팀은 존의 뇌에서 10개의 모니터링용 전극을 제거하고 4개의 뇌 심부 자극술 전극만을 남겨 놓았다. 이 전극은 존의 가슴에 이식된 재충전 가능 배터리와 연결되었다. 그 후 몇 년이 지나 자극 펄스는 조금 변경되었다. 수술 후 6개월이 지나고 나서 연구팀이 존에게 말하지 않고 자극을 해제한 적이 있다. 그러자 존의 증상은 즉시 악화되었다. 존은 설명했다. “아주 확연했다. 그래서 ‘무슨 조치를 했는지 모르겠지만 잠을 잘 수가 없고 불안하다…효과가 없다’고 말했다”

뇌 심부 자극술 자극 장치는 다시 켜졌고 그 이후로는 계속 작동하고 있다. 쉐스의 연구팀은 동일한 방법을 지금까지 추가로 4명의 환자에게 시행하였다. 이들 역시 다른 치료에서 효과를 보지 못한 심각한 우울증 환자들이다. 연구팀은 총 12명을 대상으로 시험할 계획이다.

초기에 성공적인 징후가 나타나고 있지만, 쉐스의 연구팀은 이 방법을 더 광범위하게 시행할 계획은 세우고 있지 않다. 특정 환자의 우울증에 대한 인사이트를 얻기 위해 일시적으로 10개의 전극을 뇌에 이식해야 하는데, 미국에서만 3백만 명이 겪는 우울증 질환을 다루기 위한 방법으로는 실용적이지 않기 때문이다. 시간과 비용이 많이 들고 위험이 수반되는 침습적인 방법이다.

대신 쉐스는 시험에 참가한 12명의 환자들의 경과를 파악하고 이를 토대로 누구에게나 효과적인 개선된 형태의 뇌 심부 자극술을 개발할 예정이다. 쉐스는 “이 연구에서 일반화 가능한 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말한다.

쉐스의 연구팀은 지금까지 환자 3명의 뇌 기록만 분석했지만 여기에서도 이미 추세가 나타나고 있다. 쉐스에 따르면, 기분이 좋을 때는 대상피질이라는 뇌 부위에서 특정한 방식으로 전기 신호를 발생시키고, 기분이 저하될 때는 그와 상반되는 패턴을 보이는 양상이 3명의 환자 모두에게서 나타난다.

리바 포세는 결과가 ‘매우 고무적’이라고 말하며 “전반적으로 꽤 일관되게 나타나는 우울증 징후가 있다. 이는 우울증에 대한 이해를 상당히 발전시키고 신경 자극 접근법을 개발하는 데도 도움이 될 것이다”라고 설명한다.

그러나 이러한 연구 결과가 더 많은 수의 환자에게서도 마찬가지로 나타날 것인지 판단하기에는 아직 시기 상조이다. “겨우 환자 3명의 결과일 뿐이다” 보스턴에 위치한 매사추세츠 종합병원 연구소(Mass General Research Institute)의 정신과 의사로서 우울증 대상 신경외과를 전문으로 하는 다린 도허티(Darin Dougherty)는 말했다.

도허티는 쉐스의 연구가 ‘핵심적’이라고 말하면서 “[여러 임시 전극을 이식하는] 이 방법을 사용할 필요가 없도록 소수의 환자에게서 충분한 데이터를 얻어내기를 바란다”라고 덧붙였다. 그는 쉐스의 접근법으로 치료 저항성 우울증 환자 대부분에 적용 가능한 뇌 부위를 찾고, 비침 습성 뇌 스캔으로 전극을 삽입할 정확한 지점을 찾을 수 있게 되기를 기대한다.

감정의 측정

쉐스와 동료들은 세 환자 간에 차이가 있는 것도 발견했으며 ‘감정 해독기(mood decoder)’를 통해 뇌 활동을 토대로 각 환자의 기분을 파악할 수 있었다.

쉐스는 앞으로 비침습적인 방법으로 이러한 정보를 수집할 수 있는 새로운 기술이 등장하리라 기대한다. 예를 들면, 환자의 머리 위에 장치를 장착하고 이 장치를 이용해 증상의 심각도를 측정하는 것이다.

현재 우울증 증상이 있는 환자의 심각도를 판단하는 방법은 문진을 하는 것이다. 그렇지만, 뇌 스캔 판독과 같은 객관적인 측정 방식이 정신의학에서 핵심적인 목표라고 도허티는 말한다.

하지만 이것도 문제의 여지는 있다. 우울증 증상을 판독하기에는 뇌 스캔이 뇌에서 나타나는 개인 간의 차이를 식별할 정도로 섬세하지 않을 수 있다. 일부 환자의 징후를 놓치거나 반대로 과대평가하는 경우도 있을 수 있다. 또한 언젠가는 연구 목적으로 뇌 스캔이 건강해 보이는 사람을 우울증 환자로 진단하거나 개인의 의사에 반하여 우울증 사실을 공개하는 데 이용될 가능성도 있음을 쉐스는 인정한다.

쉐스의 연구에 참가한 존의 경우도 다른 사람들, 특히 앞으로 존의 직원이 될 사람들이 그의 우울증 병력에 대해 모르기를 바랐다. “사람들은 우울증을 이해하지 못하고 안타깝게도 약점으로 생각한다”라고 그는 말한다.

쉐스는 “단지 오용의 가능성 때문에 수백만에 이르는 환자들을 돕지 말자고 주장해서는 안된다. 환자들을 도울 방법을 찾아야 한다. 이 기술 사용에 대한 가이드라인을 정립할 수 있도록 사회 각 분야가 도와주었으면 한다”고 말한다.

존의 전극은 여전히 그의 뇌 깊숙한 곳에 전기 자극 펄스를 제공하고 있다. 존은 그의 가슴에 이식된 배터리를 매주 충전한다. 존은 “자극이 멈추면 나는 다시 이전 상태가 된다. 뇌 심부 자극술로 모든 우울증 환자를 치료할 수 없을지는 모르지만, 이 기술은 내 삶을 구해줬다”라고 덧붙였다.

미리보기 2회1회

MIT Technology Review 구독을 시작하시면 모든 기사를 제한 없이 이용할 수 있습니다.