사지마비 환자의 뇌속에 칩을 심는 실험을 했다던데 어떤 원리로 다시 걷게 만드는 것인가요?

Question

미국에서 사지마비 환자를 다시 걷게 만들기.위해 뇌에 칩을 심는 실험을 헸다는 뉴스를 봤습니다. 우리 뇌가 컴퓨터도 아니고 단순히 뇌에 칩을 넣는다고 어떻게 다시 걷죠? 원리가 무엇인가여?

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

사지마비 환자의 뇌속에 칩을 심는 실험은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 응용한 것입니다. 이러한 기술은 뇌와 외부 장치 간의 통신을 가능하게 해주는 인터페이스를 활용하여, 뇌의 신호를 해석하고 외부 장치로 전달하는 것을 목표로 합니다.

일반적으로 사지마비 환자의 뇌에는 작은 전극 배열이 심겨집니다. 이 전극 배열은 뇌의 운동 피질 영역에서 신호를 감지하는 역할을 합니다. 환자가 움직임을 의도할 때, 해당 운동 피질 영역에서 발생하는 전기 신호가 전극을 통해 감지됩니다. 이 신호는 외부 컴퓨터나 장치로 전달되어 해석됩니다.

해석된 신호는 이후 외부 장치, 예를 들어 로봇 팔이나 보행 보조 장치 등에 전달됩니다. 이를 통해 환자는 의도한 움직임을 실제로 실행할 수 있게 됩니다. 이러한 시스템은 뇌의 운동 피질 영역에서 발생하는 신호를 실시간으로 감지하고 해석하는 놀라운 기술적 발전입니다.

Answer 2

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

뉴스에서 보신 것처럼 미국에서는 사지마비 환자를 다시 걷게 만들기 위해 뇌에 칩을 심는 실험을 진행하고 있습니다. 이 실험은 뇌-기계 인터페이스라는 기술을 이용하는 것으로 뇌와 컴퓨터를 연결하여 뇌에서 나오는 신호를 컴퓨터가 해석하고 그에 따라 움직임을 제어하는 것입니다.

우리 뇌는 신경세포들이 서로 연결되어 복잡한 신호를 주고받는 구조로 이루어져 있습니다. 이 신호들은 우리가 움직이거나 생각하는 것과 관련되어 있습니다. 그래서 뇌-기계 인터페이스는 이 신호들을 읽어내고 해석하여 움직임을 제어하는 것이 가능합니다.

사지마비 환자의 경우 뇌에서 나오는 신호는 원래는 다리를 움직이는 신호였지만 사고나 질병으로 인해 다리가 움직이지 않게 되었습니다. 이때 뇌-기계 인터페이스를 이용하면 뇌에서 나오는 신호를 읽어내어 다리를 움직이는 신호로 바꿔주는 것이 가능합니다. 그래서 칩을 심은 환자는 다시 다리를 움직일 수 있게 됩니다.

하지만 이 기술은 아직 실험 단계이기 때문에 완벽하게 다리를 움직이게 만들어주는 것은 아닙니다. 뇌와 컴퓨터 사이의 신호 전달이 완벽하지 않기 때문에 정확한 움직임을 제어하는 것이 어렵습니다. 그리고 뇌와 컴퓨터 사이의 연결이 끊어지면 다리를 움직일 수 없게 됩니다.

이러한 뇌-기계 인터페이스 기술은 아직 많은 연구가 필요하지만 사지마비 환자들에게는 큰 희망이 될 수 있습니다. 더 나은 기술이 개발되어 더 많은 환자들이 걷게 되는 날이 오길 바랍니다. 감사합니다.

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Answer 3

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

근육의 동작을 제어하는 대뇌피질을 전기적으로자극하여 신호를 만들어내는 방식으로 움직일 수 있도록 한것입니다.

움직임동작을 명령하는 뇌파신호를 읽어 근육동작을 명령하는 신경을 자극하는방식으로 볼 수 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 박성학 과학전문가입니다.

스위스 로잔연방공대 연구팀이 개발한 BCI는 뇌와 척수 사이의 생체 신호를 무선으로 전달해 하반신 마비 환자가 걸을 수 있도록 도왔다. 이를 위해 연구팀은 뇌와 척수에 각각 신호를 주고받을 수 있는 센서를 삽입했다. 환자가 오른발을 내딛는 생각을 하면 뇌가 특정 신호를 발산하고, 이 신호를 300ms(밀리미터초) 만에 척수가 받아 실제 행동으로 이어지게 하는 것이다. 연구팀은 오토바이 사고로 하반신이 마비된 40대 남성에게 해당 장치를 이식한 뒤 경과를 관찰했다. 일정 기간 적응 훈련을 마친 남성은 스스로 걸음을 옮기고 계단을 오르는 등 자연스럽게 움직일 수 있었다. 1년 후에는 장치를 끈 상태에서도 목발을 짚고 스스로 걸을 수 있을 정도로 증상이 호전됐다. 재활 덕분에 신경이 회복된 것이다.

https://www.chosun.com/economy/science/2023/06/01/7YT4OJRJNFD6HB2L2QW5J3VBYA/