뇌연구 트렌드, ‘융합’ 반영한 첨단기술 접목으로 변화
빅데이터, AI, 뇌-컴퓨터 인터페이스…질환별로는 ‘알츠하이머’ 가장 많아
입력 2021.01.12 06:00 수정 2021.01.12 06:25
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최신 글로벌 뇌연구 트렌드로 ‘융합’을 반영한 진단 및 치료제 개발 첨단기술들이 적극 도입되는 방향으로 변화하고 있어 주목된다.

과학기술정책연구원(STEPI)은 최근 LIFE 뇌과학사업 2020년도 예비타당성조사 보고서를 발간하고 이같이 밝혔다.

2016년 이후 해외 선진 국가의 뇌연구는 다양한 창의적 뇌연구 분야와 선도적 뇌연구 기술 요소들이 융합돼 뇌기능 중심의 융합적 연구로 트렌드 변화가 일어나 주목받은 바 있다.

전 세계 뇌연구 트렌드를 주도하는 미국신경학회는 뇌연구를 △Cellular/Molecular △Development/Plasticity/Repair △Systems/Circuits △Behavioral/ Cognitive △Neurobiology of Disease 등 연구 주제 및 방법론에 따라 분류했다.

특히 미국신경학회의 학술대회 주제를 살펴보면 기술 분야 및 접근방식 위주의 연구 주제 세션 분류에 더하여 최근에는 ’뇌기능‘ 관련 주제를 중점적으로 세션을 편성한 바 있으며, 미국신경학회의 학술지 ‘Journal of Neuroscience’의 최근 발표 논문 주제를 살펴보면 뇌기능 관련 논문의 비율이 2010년 이후 꾸준히 증가하고 있음을 확인할 수 있다.

그렇다면 뇌과학의 글로벌 첨단기술은 어디까지 발전해왔을까. 보고서에 따르면, 4차 산업혁명과 융합이 맞물리며 등장한 다양한 기술에 따른 성과들을 도출해 내고 있는 것으로 나타났다.

먼저 빅데이터(Big Data)다. 뇌질환의 성격으로 인해 그동안 정확한 진단에 대한 어려움 때문에 최근 경험적 진단·치료에서 빅데이터를 활용한 정밀 진단·치료 중심으로 트렌드가 이동하고 있다. 대표적으로 치매·자폐·뇌전증 등의 유전적 원인탐색 및 병인 규명을 위한 모형 구축 및 기초-임상 연계 시스템 등 정밀의학적 접근 시도가 가능하다는 장점이 있다.

이 밖에도 과거 제한적인 병원 검사나 진료 내용에 기반을 둔 연구가 주를 이룬 반면, 최근에는 환자의 일상생활에 관련된 정보를 스마트폰 사용기록, 사물 인터넷 기기 등을 통해 객관적으로 얻을 수 있는 환경이 구현되고 있어 자연스러운 생활환경에서 얻어지는 데이터를 통해 뇌질환에 대한 정확한 진단을 내릴 수 있는 기술 개발이 지속되고 있다.

인공지능(Artificial Intelligence) 역시 빼 놓을 수 없다. 인공지능은 머신러닝을 기반으로 증상이 없는 환자들 중 뇌질환에 대해 고위험군에 속한 환자와 저위험군에 속한 환자를 분류하는 기술이 개발되고 있다.

미국 National Institute of Mental Health에 의하면 최근 연구진은 머신러닝 알고리즘에 기반한 인공지능을 이용하여 항우울제인 sertraline에 어떤 환자가 반응할지 예측할 수 있는 EEG 기분 바이오마커를 식별하는데 성공한 바 있다.

뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface) 기술은 뇌와 외부 시스템을 상호 연결하고 연결해 오로지 뇌의 신호만으로 컴퓨터를 작동할 수 있게 하는 기술로, 세계경제포럼 10대 유망 기술(2014년), MIT 테크놀로지 리뷰 10대 차세대 기술(2011년), 한국과학기술기획평가원 10대 유망기술로 선정돼 기대감을 높였다.

최근 호주 멜버른대 연구팀은 작은 클립 크기의 소형 뇌 장치 Stentrode를 개발해 인간의 뇌를 윈도우 컴퓨터에 연결하는데 성공했다고 밝혔으며, 루게릭병 환자를 대상으로 임상시험을 시행한 결과 환자들은 성공적으로 뇌에 연결된 컴퓨터 마우스를 제어한 사례가 있다.

뇌질환의 글로벌 연구 동향 역시 주목할 만하다. 전 세계적으로 가장 활발하게 이루어지고 있는 뇌질환 관련 연구는 알츠하이머 관련 질환으로 치료제, 명확한 진단, 초기 진단 등에 초점이 맞춰져 있는 상황이다. 현재 시판 중인 치매 치료제는 증상 완화 및 진행 속도 지연의 목적이 대부분으로, 주로 알츠하이머성 치매 치료 용도다.

도네페질(donepezil), 리바스티그민(rivastigmine), 갈란타민(galantamine) 등 콜린성 신경계 조절 약물은 아세틸콜린의 분해를 억제하여 신경연접 내 아세틸콜린 농도의 증가를 통한 인지기능의 향상을 유도한다. 만틴(memantine)으로 대표되는 NMDA 수용체 길항제는 NMDA 수용체를 활성화시켜 흥분독성과 신경퇴행을 유도하는 글루타메이트의 과활성을 억제한다.

알츠하이머병 및 알츠하이머성 치매의 경우 아밀로드 응집과 타우엉킴이 대표적인 약물 타깃으로, 질병 개량에 집중해 개발이 이뤄지고 있다.

또 아밀로이드 전구 단백질을 알츠하이머성 치매 발병의 주요 기제로 보는 아밀로이드 가설을 바탕으로, 뇌 조직의 아밀로이드 베타 농도의 감소를 위한 아밀로이드 베타 생성 감소·응집 억제·분해 및 배설 촉진 등을 촉진하는 효소 조절 등을 기반으로 한 후보 치료 물질이 연구되고 있다.

뉴런의 형태를 유지하는 기능을 하는 타우 단백질의 변형에 의한 뇌기능 저하를 해결하기 위해 타우 표적의 약물에 대한 임상시험이 진행 중이며, 타우엉킴의 제거를 위해 체내 면역기능 체계를 활용하는 백신 및 중간엽줄기세포 이식을 통한 줄기세포 치료 역시 임상시험이 진행 중이다.
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