뇌파 패턴 초음파로 뇌질환 치료하는 최신 기술

뇌파 패턴을 모방한 초음파를 활용하여 뇌질환을 치료하는 혁신적인 기술이 개발되었습니다. 이 기술은 외과적 수술 없이도 뇌신경을 효과적으로 조절할 수 있으며, 장기적인 효과를 보여 부작용 없는 치료 방법으로 주목받고 있습니다.

▲ 초음파 실험의 기본적인 패러다임과 동기화된 뇌파 그래프

이번 실험에 사용된 초음파 프로토콜이다. 저자극 저진동수인 5Hz와 30Hz 초음파를 결합하여 2초 자극 후 8초 휴식하는 간헐적 자극(interval TBUS)과 40초 동안 연속적으로 자극을 주는 연속적 자극(continuous TBUS) 패턴을 고안했다. 아래 그림은 자극을 주는 동안의 서로 다른 두 종류의 뇌파인 세타파와 감마파 간의 위상-진폭 변화(Phase-amplitude coupling)를 통한 뇌파 변화를 나타낸 그래프이다.

신경 가소성과 뇌파 치료

우리 뇌는 생체 내외 환경 변화에 맞춰 기능과 형태를 조절할 수 있는 능력을 갖고 있습니다. 이것은 다양한 자극과 신호전달 강도에 따라 신경세포 간 연결이 조절되는 '신경 가소성'이라는 뇌의 주요한 특성 덕분입니다. 이를 활용해 다양한 뇌질환을 치료하기 위한 방법들이 연구되고 있습니다.

초음파 기술의 장점

연구팀은 기존의 전․자기적 자극을 이용하는 비침습적 방법에 비해 뇌의 심부까지 효과적으로 자극할 수 있는 초음파 기술에 주목했습니다. 초음파는 뇌 심부까지 정밀하게 자극이 가능하며, 저강도 초음파는 자극 과정에서 열에 의한 조직 손상 등 부작용이 없는 장점을 가지고 있습니다.

초음파로 뇌 기능 조절하기

연구팀은 뇌파를 모방한 두 가지 패턴의 초음파 자극으로 뇌신경을 조절하는 기술을 개발했습니다. 이 기술은 동일한 초음파 에너지의 패턴을 뇌의 기능에 맞춰 연속적인 자극을 주는 연속형 자극 패턴과 일정 간격마다 반복적으로 자극을 주는 간헐적 패턴을 달리 적용함으로써 뇌 기능을 조절할 수 있습니다.

▲ 초음파 자극에 의한 신경조절 기전

초음파 자극을 가한 뒤 나타나는 신경조절 기전의 모식도이다. 저강도 뇌파 유사 패턴의 초음파 자극은 별세포에 있는 TRPA1을 연쇄적으로 자극하여 BEST1 의존적 신경전달 물질 분비를 통하여 인접한 신경세포들을 자극함으로써 신경세포에서의 신경 가소성을 유발한다. 이를 통해 자극 패턴 의존적 기억 및 학습과 관련된 인지 기능의 변화 및 행동적 양상의 변화가 나타난다.

실험 결과와 향후 전망

연구팀이 두 가지 패턴의 초음파 자극을 실험동물 모델에 적용한 결과, 간헐적 패턴의 초음파를 적용하면 뇌의 특정 영역에 대한 장기적인 흥분 효과가 유도됐습니다. 이러한 결과는 초음파 자극을 통해 뇌의 인지 기능을 향상시키는데 효과적일 수 있음을 시사하며, 뇌질환의 치료 및 인지 기능 개선을 위한 연구에 큰 가능성을 제시합니다.

이번 연구결과는 뇌질환 치료와 관련된 기술적인 발전에 새로운 가능성을 제시하고 있으며, 앞으로 뇌파 패턴을 모방한 초음파를 활용한 치료 기술의 발전이 기대됩니다.

출처: 기초과학연구원