AI가 실시간으로 뇌 활동 감지하여 맞춤형 치료 제공, 환자들의 삶의 질 크게 향상
인공지능을 활용한 적응형 뇌심부자극술(adaptive deep brain stimulation)이 파킨슨병 환자들의 증상을 획기적으로 개선하고 있다. 이 혁신적인 치료법은 기존의 뇌심부자극술(DBS)에 인공지능을 결합해 실시간으로 환자의 뇌 활동을 감지하고 필요한 시점에 적절한 자극을 제공한다.
스탠포드 캘리포니아 출신의 키스 크레비엘(Keith Krehbiel)은 40세에 파킨슨병 진단을 받은 정치학자다. 그는 처음에 약물 치료를 받았지만 메스꺼움, 저혈압, 강박 행동, 소화기 문제 등 심각한 부작용에 시달렸다. “매일 아침 구역질이 심해 사무실 바닥에 누워 온풍기를 얼굴에 대고 있어야 했다”고 그는 회상했다.
캘리포니아 스톡턴 출신의 제임스 맥엘로이(James McElroy)는 47세에 파킨슨병 진단을 받았고 하루에 17알의 약을 복용해야 했다. “마약 중독자처럼 경련을 일으키는 모습이었다”고 그는 말했다.
약 5년 전, 두 사람은 적응형 뇌심부자극술 임상시험에 자원했고, 그 결과 가장 심각한 운동 증상이 거의 사라졌으며 삶의 질이 크게 향상됐다. 또한 약물 복용량을 크게 줄일 수 있었고 그에 따른 부작용도 감소했다.
“5년이 지난 지금, 예전에는 하루 5~6알을 복용했는데 이제는 하루 한 알만 복용한다”고 크레비엘은 말했다. “완전한 치료법이나 기적은 아니지만, 일상에서 훨씬 더 나은 기분을 느끼게 해주는 게임 체인저다. 떨림이 사라졌고, 이상운동증도 사라졌으며, 많은 약을 복용할 때 느꼈던 두뇌 안개도 없어졌다.”
기존의 뇌심부자극술은 1997년부터 파킨슨병 증상 치료를 위해 사용된 수술 요법으로, 심장 박동기와 유사한 장치를 뇌에 이식해 전기 펄스를 전달한다. 그러나 기존 DBS가 일률적인 접근법인 반면, 적응형 DBS는 인공지능의 도움으로 실시간 뇌 활동에 기반한 맞춤형 치료를 제공한다. 미국 식품의약국(FDA)은 지난 2월 파킨슨병 환자를 위한 첫 번째 적응형 DBS 시스템을 승인했다.
스탠포드 의과대학의 신경학 및 신경과학 교수인 헬렌 브론테-스튜어트(Helen Bronte-Stewart)는 파킨슨병에서 나타나는 뇌의 비정상적 리듬인 ‘오실로파티(oscillopathy)’를 다음과 같이 설명했다. “정상적인 상황은 군중 속에서 대화의 웅성거림이 있지만 자신의 말소리를 쉽게 들을 수 있는 것과 같다. 하지만 오실로파티는 모든 사람이 같은 구호를 외치는 시위 행진에 있는 것과 같아서 자신의 목소리를 들을 수 없는 상황이다.”
적응형 DBS는 오실로파티 등의 바이오마커에 반응하여 실시간 신경 신호를 감지하고 자동으로 자극을 조절한다. 인공지능 모델링은 필요한 시점에 적응적 방식으로 적절한 강도의 자극을 전달하는 알고리즘을 개발하는 데 사용된다.
초기 연구에 따르면 적응형 DBS는 기존 DBS보다 운동 증상 조절이 더 효과적이고 부작용이 적으며 전기 에너지 소비도 낮은 것으로 나타났다. 그러나 모든 파킨슨병 환자가 DBS의 적합한 대상자는 아니다. 레보도파와 같은 도파민성 약물에 좋은 반응을 보이는 환자여야 하며 질병이 너무 진행되지 않아야 한다고 브론테-스튜어트는 말했다.
맥엘로이와 크레비엘에게 이 기술은 확실히 삶을 변화시켰다. “천 배는 더 나아졌다”고 맥엘로이는 말했다. 크레비엘은 처음 진단을 받았을 때 자신의 자녀들이 학교를 졸업하는 모습을 볼 수 있을지 확신하지 못했다고 말했다. “내 딸들은 이미 오래전에 졸업했다. 그래서 나는 예상보다 훨씬 더 많은 시간을 살고 있다는 강한 느낌이 든다”고 그는 전했다.
