파킨슨병과 우울증을 치료할 수 있는 스위치

뇌 심부 자극술은 점점 정교해지고 있다. 이 기술을 이용하면 의사들이 뇌의 어느 부위든 전극을 삽입하여 켜거나 끌 수 있다. 마치 라디오나 온도 조절계를 맞추는 것 처럼 장애를 교정할 수 있다. 파킨슨 병 환자의 떨림이 즉각적으로 완화되고 알츠하이머 환자의 죽은 뇌 부위가 되살아나게 하는 놀라운 신기술의 효과를 영상을 통해 확인해 보자.(TEDxCaltech.)

우선 한가지 바로잡고 시작하죠

모든 신경외과의가
카우보이 부츠를 신지는 않습니다.

그냥 알아주셨으면 해서요. (웃음)

저도 신경외과의입니다.

그리고 신경외과의의 오랜 전통을 따르죠.

그리고 오늘 여러분께 말씀드릴 내용은

뇌의 회로의 신호를 맞추는 내용입니다.

뇌 안 어디든 살펴 볼 수 있고

뇌의 특정 부위를 켜거나 꺼서

환자들 치료에 도움을 주는 것입니다.

말씀드린대로,
신경외과술에는 오랜 역사가 있습니다.

약 7,000년간 존재해왔죠.

메소아메리카에도
신경외과술이 있었습니다.

환자들을 치료하는
신경외과의도 있었어요.

그리고 그들은 뇌가 신경계, 정신계 질환에

관여한다는 것을 알고 있었어요.

정확히 무엇을 하는지는 몰랐지만요.

그나저나 지금도 별로 바뀐 건 없습니다. (웃음)

하지만 그들은 생각했어요.

만약 신경, 정신계 질환이 있다면

그 이유는 환자가 사악한 기운에

사로잡혀 있기 때문이라구요.

만약 사악한 기운에 사로잡혀 있다면

신경, 정신계에 문제가 발생하고,

이것을 치료하기 위한 방법은

두개골에 구멍을 뚫어
나쁜 기운은 빼내는 것이겠죠.

이것이 그 당시의 사고방식이었습니다.

그래서 이런 구멍을 만든 것이죠.

때때로 환자들은
이 치료방법을 약간 꺼려했어요.

왜냐하면 이러한 구멍은

부분적으로 생길 것이고,

나쁜 기운은 빨리 빠져나갑니다.

그리고 구멍은 단지 작은 것이어서

환자들은 생존했습니다.

하지만 이것은 흔한 일이었어요.

어떤 유적에서 발굴된 유골의 1%는

두개골에 이런 구멍이 있었어요.

그러니까 신경, 정신계 질환이
꽤 일반적이었고

7000년 전에도 그랬다는 것을 알 수 있죠.

이제 시간이 지남에 따라

우리는 뇌의 각 부분이

각자 다른 역할을 한다는 사실을
알게 되었습니다.

뇌에는 서로 다른 역할을 담당하는 부분이 있고

각각은 움직임, 시각,

기억력, 식욕 등을 조절합니다.

이런 기능이 역할을 잘 할 때, 신경계는

제 기능을 하며 모든게
제대로 돌아가고 있는겁니다.

하지만 간혹 일이 잘 안될 때가 있어요.

회로에 문제가 생기고

나쁜 뉴런이 잘못된 신호를 전달하거나

활동을 하지 않을 때도 있죠.

자기가 해야 할 일을 안하는 겁니다.

이런 일의 징후는

뇌 속 어느 부위에 이런
나쁜 뉴런이 존재하는가 입니다.

만약 운동 회로에 이런 뉴런이 있다면

몸을 움직이는데 장애가 옵니다.

이로 인해 나타나는 질병이 파킨슨 병이죠.

뉴런의 오작동이
감정을 주관하는 회로에서 일어나면

우울증이 오게 되죠.

기억력과 인지능력을 조절하는
부위에 이상이 생기면

알츠하이머와 같은 병에 걸리는거죠.

따라서 우리가 할 수 있는 일은

뇌의 어느 부위에서
이상이 일어났는지를 짚어내고

그 회로를 조절하여

뇌가 그 회로의 신호 전달을
높이거나 낮추도록 하는 것입니다.

이것은 마치 라디오에서

알맞는 주파수를 찾는 것과 같은 일입니다.

재즈든 오페라든 맞는 주파수를 맞췄다면

우리의 경우 운동이든 감정이든

다이얼을 거기에 맞춰 둔 채로

또다른 버튼을 이용해서

소리를 높이거나 낮추는 겁니다.

제가 말씀드릴 내용은

뇌의 회로를 이용해서 전극을 이식하여

뇌의 각 부위를 활성화시키거나 비활성화시켜서

치료에 도움을 줄 수 있다는 것입니다.

그런 일은 이러한 기기를 이용해서 이루어지는데요

'뇌 심부 자극술' 이라고 불립니다.

우리가 할 일은 이 전극을
뇌에 위치시키는 것입니다.

이번에도 두개골에
작은 동전 크기의 구멍을 내야 합니다.

구멍으로 전극을 넣으면

전극은 완전히 피부 아래로 들어가고

흉부의 심박 조절기까지 닿습니다.

그리고 텔레비전 리모콘과 같은
원격 조절 장치를 이용해서

뇌의 특정 부분에

흘려주고 싶은 전류량을
정할 수 있습니다.

우리는 전류 양을 늘이거나 줄이거나
아예 끊을수도 있죠.

현재까지 전 세계에서
수백 수천명의 환자들이

뇌 심부 자극술을 받았습니다.

그리고 지금부터는 이 시술을 사용하여

운동 장애, 정신 장애, 인지 장애 등을

치료한 예를 보여드리겠습니다.

전극이 뇌 속으로 들어가면 이런 모습입니다.

두개골 속으로 전극이 들어가는 것이 보이시죠.

그리고 뇌 어디로든 위치시킬 수 있습니다.

저는 친구들에게 어떤 뉴런도

신경외과의로부터
안전하지 않다고 말합니다.

왜냐하면 우리는 정말로
뇌 속 어디든 전극이 닿게 할 수 있거든요.

첫번째로 보여드릴 환자는

파킨슨 병 환자입니다.

이 부인께서는 파킨슨 병을 앓으셨고

뇌 속으로 세개의 전극을 넣었습니다.

전극이 꺼졌을때 이분이 어떤 모습인지

파킨슨 병의 증상을 보여드리겠습니다.

그리고 다시 전극을 켜보도록 하죠.

자, 이런 모습입니다.

지금은 전극이 꺼져 있어요.
떨림 증상을 나타내는 것이 보이시죠.

(영상) 남자: 자 해보세요.
여자: 못하겠어요.
남자: 제 손가락을 만질 수 있겠어요?

(영상)남자: 조금 낫네요.
여자: 이 쪽이 나은것 같아요.

이제 전극을 켜보겠습니다.

켜졌어요. 방금 켰죠.

즉시 작용을 합니다.

떨림 증상을 나타내는 것과
정상상태의 차이는-

(박수)

차이는 환자의 시상하핵에 존재하는

25,000개의 뉴런이
오작동 하고 있기 때문입니다.

이제는 문제를 일으키는 원인을 찾아서
이렇게 말해줄 수 있어요.

"여러분, 그 정도만 하시죠.

이제 그만했으면 좋겠어요."

그리고 우리는 전기를 이용합니다.

전기를 이용해서
신호 전달을 지시하고

전기를 이용해서
오작동을 막습니다.

이 경우 우리는
비정상적인 뉴런의 활동을 억제합니다.

다른 문제에도 이 기술을
활용할 수 있습니다.

또다른 대단히 흥미로운 경우가 있는데요

바로 근육 긴장 이상증 입니다.

이 병은 어린이들에게 발생하는 질환입니다.

유전적 질병이고,
몸을 꼬는 증상을 나타내죠.

이 질환을 가진 어린이들은
점점 더 심한 증상을 나타냅니다.

결국엔 숨을 쉬지 못하거나,
목이 붓고, 요로 감염을 일으키며

사망에 이릅니다.

1997년도에는 한 소년을
진찰하게 되었습니다.

완전히 정상으로 보이지만
유전성 근육 긴장 이상증을 가지고 있습니다.

이들 가족에는 총 여덟명의 형제가 있는데,

그중 다섯명이 근육 긴장 이상증을 앓고 있구요.

여기 소년의 사진이 있네요.

이 소년은 아홉살입니다.
여섯살까지는 정상이였죠.

하지만 오른 발을 시작으로
몸을 꼬기 시작했고,

왼쪽 발, 오른 팔, 왼 팔, 몸통

그리고 병원에 온 시점에는

증상이 나타난지
일 이년 지난 상황이었고

더이상 걷지도 서지도 못하는 상태였습니다.

불구의 몸이 되어 있었고,

질환이 진행될수록
점점 몸을 꼬는 증상이 나타납니다.

점점 장애가 심해지고
다수의 어린이 환자들은 생존하지 못하죠.

다섯명의 아이 중 한명입니다.

돌아다닐 수 있는 유일한 방법은
이렇게 배로 기어다니는 방법 뿐입니다.

어떤 약물도 효과를 보이지 않았구요,

이 아이를 어떻게 치료해야 할지
모르는 상황이었습니다.

어떤 수술을 해야 할지,

뇌의 어느 부위를 봐야 할지 몰랐죠.

하지만 파킨슨 병을 치료한 예를 바탕으로

파킨슨 병에서 억제해준 뇌의 부위를

이번에도 억제해보면 어떨까하는

생각을 하게 되었습니다.

그래서 이 아이에게
수술을 시행했습니다.

아이가 나아지길 바라면서요.
결과는 어떻게 될 지 몰랐습니다.

지금 이 소년은 고향인
이스라엘에 있습니다.

수술 삼개월 후 소년의 모습입니다.

(박수)

이런 결과를 바탕으로

이제는 전 세계적으로
시행되고 있는 수술입니다.

그리고 수백명의 어린이들이

이 방법으로 도움을 받았습니다.

이 소년은 이제 대학에 다니고 있고,

정상적인 삶을 살고 있습니다.

이것은 제 경력을 통틀어서

가장 만족스러운 경우 중의 하나입니다.

어린이가 운동성을 되찾고
걸어다닐 수 있게 되었죠.

(박수)

우리는 이 기술을

운동을 조절하는 회로 뿐 아니라

다른 것들을 조절하는 회로에도
활용할 수 있지 않을까 생각하게 되었고

다음으로 우리가 시도한 것은

정신을 관장하는 회로입니다.

우울증을 치료해보기로 했죠.

우울증이었던 이유는,
우울증이 매우 일반적이며

여러분도 아시다시피,
약물 요법, 정신 요법 등

심지어 전기 충격 요법까지

다양한 치료법이 있지만

수백만명의 환자들 중

10에서 20 퍼센트는
치료 효과가 없으며

이 환자들을 돕고 싶었기 때문입니다.

이 기술을 적용하여

우울증을 치료할 수 있는지
보도록 합시다.

우리가 처음 한 일은

우울증 환자의 뇌와

정상인의 뇌에 차이가 있는지를
보는 것이었습니다.

PET 스캔을 통해 뇌의 혈류를 측정한 결과

우울증 환자의 뇌는

정상인에 비해

작동하지 않는 부위가
많다는 것이었습니다.

파란색으로 표시된 부분이죠.

정말로 우울함(blue=파란색)이 있습니다.

파란색 부분은

동기 부여, 의사 결정 등을
담당하는 부위이고

이 환자들과 같이
심각하게 우울증을 앓는 경우

이 부위가 망가져 있어
동기 부여가 되지 않습니다.

우리가 발견한 또다른 사실은

과도하게 활발한 25부위입니다.

빨간색으로 표시되어 있죠.

25부위는 슬픔을 주관하는 부분입니다.

제가 여러분을 슬프게 만든다면,
예를 들어,

여러분이 부모님이 돌아가시기 직전
모습을 봤다거나

친구가 죽기 전의 모습을 봤다면

뇌의 이 부분이 활동을 합니다.

슬픔을 담당하는 부분이죠.

따라서 우울증 환자들에게
과하게 활성화되는 곳입니다.

뇌의 슬픔 부위가 아주 붉고 뜨겁죠.

100도에 맞춰져 있습니다.

그리고 동기 부여 부위는
아예 활동을 멈췄습니다.

그래서 우리는,
슬픔 부위에 전극을 놓고

온도 설정을 낮추어

활성화 정도를
약화시킬 수 있을지,

그 결과는 어떻게 나타날지
생각해 보았습니다.

우리는 우울증 환자의
뇌에 전극을 삽입했습니다.

저의 동료인 에모리 대학의
헬렌 메이버그씨가 시술을 했습니다.

그리고 25부위에 전극을 놓았죠.

제일 위의 사진이 수술을 하기 전

25부위의 모습입니다.
아주 빨간게 보이시죠.

전두엽은 파랗게 활동이 멈춰있습니다.

그리고 매일 24시간씩 3개월,

또는 6개월 동안
꾸준한 자극을 주었습니다.

그 결과 완전하게 역전시킬 수 있었죠.

25부위를

정상적인 상태까지
활성을 약화시켰습니다.

그리고 뇌의 전두엽 활동을

강하게 만들어 주었죠.

심각한 우울 증상을 보이던 환자들에게서

아주 놀라운 결과가 관찰되었습니다.

지금은 임상시험이 진행중이고
3단계에 있습니다.

이 방법은 새로운 시술이 될 수 있죠.

심각한 우울증을 앓는
환자들을 치료할 수 있는

안전하고, 무엇보다 효과적인 방법입니다.

뇌 심부 자극술을 통해서

파킨슨 병, 근육 긴장 이상증 등의 환자에서

운동 영역을 치료하는 것을 보여드렸습니다.

또한 우울증의 경우 정신 회로의 치료에도

사용할 수 있다는 것을 보여드렸죠.

우리는 이 방법을 이용해서
더 똑똑해 질 수도 있을까요?

(웃음)

관심 있으신 분 계신가요?

(박수)

물론 할수 있습니다. 그렇죠?

우리가 할 일은

뇌의 기억 회로를

매우 활성화시키는 것입니다.

기억과 인지 능력을 조절하는

회로에 전극을 위치하고

활성화시킬 수 있는지 보는 것이죠.

정상적인 사람에게는 시도할 수 없습니다.

인지 장애가 있는 사람에게
시행해 보았습니다.

인지 능력과 기억에 장애가 있는

알츠하이머 환자를 선정하였죠.

여러분도 아시다시피

알츠하이머 질환의
초기 증상 중 하나입니다.

우리는 기억 회로의 통로인

뇌궁이라고 불리는 부위에

전극을 위치하고

이 기억 회로를
활성화시킬 수 있는지 보았습니다.

만약 활성화가 된다면

알츠하이머 환자를 도울 수 있겠죠.

이제 알츠하이머 질환의 경우

뇌의 포도당 활용에 장애가
있다는 것이 밝혀졌습니다.

뇌는 포도당 활용을
독차지 하는 경향이 있습니다.

무게는 전체의 20% 밖에 차지하지 않지만

-- 무게의 겨우 20%인데--

무게 비율에 비해 열배가 많은 포도당을 사용하죠.

여러분 몸에 있는 포도당의 20%는
뇌가 사용하며

정상 상태에서

인지 장애가 있는 상태를 거쳐

알츠하이머로 진행될수록

뇌에서 포도당을 활용하는
부위가 적어집니다.

활동을 멈추는 거죠. 꺼지는 것입니다.

그리고 뇌의 바깥쪽에

빨간 부분을 보시면

완전히 활동을 멈출 때 까지

점점 더 파랗게 변하는 것을 알수 있습니다.

이것은 정전이 일어나는 것과 같은 현상입니다.

뇌에서 부분적인 정전이 일어나는 것입니다.

알츠하이머 환자에서는

뇌의 그 부분만 불이 꺼집니다.

그리고 궁금한 점은,
불이 영원히 꺼져 있는 것일까요

아니면 다시 켤 수 있을까요?

다시 포도당을 활용하도록
만들 수 있을까요?

그래서 우리는 이렇게 해보았습니다.

알츠하이머 환자의 뇌공에
전극을 넣고 켰습니다.

뇌의 포도당 활용에
어떤 변화가 일어나는지 관찰했죠.

위쪽이 수술 전의 모습입니다.

파란색 부위가 정상보다
포도당 사용이 적은 부위입니다.

주로 두정엽과 측두엽 부위입니다.

뇌의 이 부위가 활동을 멈춘 상태입니다.

불이 꺼져 있는거죠.

전극을 넣고 한달 또는 일년을 기다렸습니다.

빨간색으로 표시된 부분이

포도당 활용이 증가된 부분을 나타냅니다.

그리고 우리는 뇌의 이 부분이

다시 포도당을 활용하도록
만들 수 있었습니다.

이것이 우리에게 주는 메세지는

불은 꺼져 있지만
누군가는 집에 있다는 것입니다.

그리고 우리는 이 부위의 전원을
다시 켤 수 있었습니다.

그것을 통해서

기능이 돌아올 것으로 기대할 수 있죠.

이것 또한 임상 시험이 진행중입니다.

초기 알츠하이머 질환인

50명의 환자들에게 시술을 진행하여

안전하고 효과적으로

신경계 기능을 개선할 수 있는지 볼 것입니다.

(박수)

그래서 제가 오늘 여러분께 드리고 싶은 말씀은

뇌에는 다양한 질환을 일으키는

여러가지 오작동 회로가 있다는 사실입니다.

그것이 파킨슨 병이든,

우울증, 정신분열, 알츠하이머든 말입니다.

이제 우리는 회로를 이해하고

어떤 부위가 어떤 기능을 담당하는지,

질환의 어떤 임상적 증상에 관여하는지
알아내고 있습니다.

이제 우리는 그 회로를 이용해서

전극을 삽입하고

활성화 정도를 조절할 수 있습니다.

문제를 일으키는

과한 활성은 낮추어주고

활성이 낮으면 높여줄 수 있죠.

그것을 통해서 우리는

뇌의 전반적인 기능을
향상시킬 수 있습니다.

우리는 아마도

질병의 증상을
조절할 수 있게 될 것입니다.

우리가 전기를 이용해서
뇌의 손상을 복구시킬 수 있다는

몇가지 증거 또한 발견했습니다.

이것은 미래에

활성 정도 뿐 아니라

뇌의 복구 기능 또한

얻을 수 있다는 것입니다.

저는 우리가 이 기술을

엄청나게 확장해서
사용할 것으로 기대합니다.

뇌의 각종 질환을 치료하기 위해
전극을 삽입하게 될 것입니다.

가장 흥분되는 점은

여러 분야의 융합이 필요하다는
사실입니다.

엔지니어, 이미지 과학자,

기초 과학자, 신경 과학자,

정신과 의사, 신경외과의사 등의
협업이 필요합니다.

그리고 이러한 융합 속에
재미가 숨어있습니다.

그리고 우리는 보게 되겠죠.

이러한 사악한 기운을

뇌에서 쫓아내고,

시간이 갈수록 더 많은 환자들을

도울 수 있다는 사실을요.

감사합니다.