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차세대 뇌 이식, 우울증에 새로운 희망! Next-Gen Brain Implants Offer New Hope for Depression


AI와 실시간 신경 피드백이 치료법을 혁신할 수 있습니다.

 

  그녀의 우울증 재발은 패배처럼 느껴졌지만, 지속적인 정신적 완화를 얻는 데 중요한 단서를 제공했습니다.

 

앨라배마 출신의 67세 여성은 수십 년간 정신 질환과 싸우며 이미 네 번의 심각한 우울증을 겪었습니다. 수많은 약물과 기타 치료법을 시도했지만 실패한 후, 2015년, 그녀는 마지막 실험적 수단인 뇌심부자극술 (DBS)에 의지했습니다.

 



Next-Gen Brain Implants Offer New Hope for Depression

https://spectrum.ieee.org/deep-brain-stimulation-depression

 

신경외과 의사들은 그녀의 두개골 아래 몇 인치 지점에 전극을 이식했습니다. 전극은 이마 뒤편 뇌 영역에 있는 작은 신경 섬유 다발을 목표로 했습니다. 이 영역은 기분 조절에 중요한 역할을 합니다. 가느다란 전선으로 전극을 가슴 위쪽에 조심스럽게 삽입된 펄스 발생기에 연결했습니다. 활성화되면, 이 장치는 고주파 전류를 안정적으로 전달하여 목표 회로에 부드럽게 신호를 보내 부적응 패턴을 차단하고, 뇌의 심박 조율기 처럼 신경 활동의 건강한 균형을 회복합니다.

 

처음에는 치료가 효과가 있는 듯했습니다. 절망감이 사라지고 완치에 한 걸음 더 다가갔습니다. 일요일마다 남편과 몇 시간씩 축구를 보는 것이 지루하게 느껴지기 시작했습니다. 좋은 의미로요. 소파에서 일어나 다른 활동을 하고 싶은 마음이 다시 생겼습니다.

 

두개골의 엑스레이 사진에는 안쪽으로 기울어진 여러 개의 선이 보입니다. 우울증 치료를 위해 이식된 두 쌍의 DBS 전극을 보여주는 엑스레이 이미지입니다. 베일러 의과대학 신경 외과

하지만 4개월이 지나자 어둠이 다시 찾아왔습니다. 여성의 갑작스러운 상태 악화는 그녀의 회복을 면밀히 모니터링하던 의료진을 기습했습니다. 의료진은 임플란트의 자극 매개변수를 세 번 조정하고 전압을 천천히 높인 끝에야 그녀의 상태가 마침내 안정되었습니다. 고통스러운 두 달이었죠.

 

나중에 임상의들이 데이터를 검토했을 때, 여성의 뇌에 삽입된 전극이 그녀보다 먼저 문제를 감지했음을 알게 되었습니다. 신경 섬유를 흐르는 전기적 패턴의 미묘한 변화가 그녀의 외적인 증상이 다시 나타나기 몇 주 전에 임박한 재발을 예고했던 것입니다. 만약 임상의들이 그 신호에 따라 행동했다면, 재발을 막기 위해 자극 설정을 제때 조정할 수 있었을 것입니다.

 

이 생각은 애틀랜타 에모리 대학교 의대의 정신과 의사이자 이 여성을 치료한 파트리시오 리바 포세 에게 큰 부담이 되었습니다. 그는 지금 돌이켜보며, 뇌 회로가 제대로 작동하지 않는다는 것을 알았다면 "더 일찍 조치를 취했을 텐데"라고 말합니다.

 

다행히 리바 포세는 더 이상 그럴 수도 있었던 일에 대해 고민할 필요가 없습니다. 그는 뉴욕 마운트 시나이 아이칸 의대와 애틀랜타 조지아 공대 의 동료들과 함께 DBS 하드웨어와 인공지능 (AI)의 발전을 활용하여 더욱 정밀한 우울증 치료법을 설계하고 있습니다. 이 팀의 목표는 오늘날 정신의학에서 지배적인 주관적 측정 방식(환자 진술, 임상적 직감, 설문지, 기분 척도 등)이 아닌 객관적인 신경 데이터를 기반으로 치료를 개발하는 것입니다.

 

 

[해설]

표준 방법

우울증 치료를 위한 표준 뇌심부자극술 (DBS)은 "설정하고 잊어버리는" 방식을 취합니다. 의사는 초기 방문 시 자극 매개변수를 설정하고 환자의 기분 상태에 대한 보고를 바탕으로 이를 조정합니다.

감지 시스템

연구자들은 또한 뇌 신호를 자극하고 기록할 수 있는 새로운 장치를 실험하고 있습니다. 의사는 환자의 신경 활동을 관찰하고 그에 따라 매개변수를 조정할 수 있으며, 때로는 환자가 알아차리기 전에 재발 징후를 포착하기도 합니다.

자동 응답

적응적 치료라는 개념을 한 단계 더 발전시켜, 한 임상 팀은 뇌 신호를 기록하고 설정을 자동으로 조정하는 DBS 장치를 테스트하고 있습니다. 이 폐쇄 루프 시스템은 기분 변화에 실시간으로 반응할 수 있습니다.

 

선구적인 신경학자 헬렌 S. 메이버그는 조지아 공대의 리바 포세, 크리스토퍼 로젤 과 함께 팀을 이끌었습니다 . 궁극적으로 그들은 후회스러운 사후 조정보다는 선제적 개입을 가능하게 하기를 희망합니다.

 

정신의학의 새로운 지평입니다. 정신의학은 오랫동안 치료 결정을 위한 객관적인 지표가 없는 몇 안 되는 의학 분야 중 하나였습니다. 하지만 AI 기반 분석을 통한 실시간 뇌 모니터링의 등장으로 마침내 이러한 상황이 바뀔 수 있습니다. 이 연구에 참여한 마운트 시나이 정신과 의사 마르틴 피게는 "이제는 완전히 다른 사고방식입니다."라고 말합니다 . 그는 "안타깝게도 제 직감은 100% 정확하지 않습니다."라고 인정하며, "그래서 궁극적으로 저는 항상 뇌를 더 신뢰하게 될 것입니다."라고 덧붙였습니다.

 

연구자들은 "자동 경보 시스템"을 개발하고 있습니다. 이는 장치 출력을 지속적으로 모니터링하고 재발의 경고 신호를 표시하도록 설계된 AI 기반 도구입니다.

 

다른 연구 그룹들도 유사한 목표를 추구하고 있으며, 오랫동안 정신 건강 DBS 치료를 정의해 온 획일적인 접근 방식을 벗어나 개인의 필요에 맞춘 정밀한 자극으로 대체하는 것을 목표로 하고 있습니다. 표준화된 프로토콜은 치료 저항성 우울증 환자의 약 60%에게 도움이 되지만 , 여전히 상당수의 사람들에게는 의미 있는 완화가 이루어지지 않고 있습니다.

 

아직 우울증 치료용으로 승인된 DBS 플랫폼은 없지만, 일부 1세대 기기는 그 수준에 근접하고 있습니다. 이러한 기기들은 수십 년 된 기술에 기반을 두고 있지만, 마운트 시나이 팀을 비롯한 연구진은 새로운 지평을 열고 있습니다. 이들은 뇌 데이터를 활용하여 재발을 예측하고, 자극 매개변수를 최적화하며, 반응형 폐쇄 루프 방식으로 기기 출력을 동적으로 조절하는 분석 프레임워크를 연구하고 있습니다.

 

토론토 서니브룩 건강과학센터의 신경외과 의사 벤저민 데이비슨은 "이 분야는 정말 흥미진진한 단계에 있습니다."라고 말합니다 . "상황이 어지러울 정도로 빠르게 변화하기 시작했습니다."


Sarah라는 환자가 UC 샌프란시스코에서 우울증 치료를 위한 최초의 완전 폐쇄 루프 DBS 시스템 시험에 참여하고 있습니다. Maurice Ramirez

 

우울증에 대한 DBS의 기원

이러한 추세는 지난 20년 동안 걸음마처럼 발전해 온 분야에서 비교적 최근의 현상입니다. 상업적, 임상적 좌절에 시달리면서도 새로운 수술 기법의 도입을 제외하고는 수년간 거의 변화가 없었습니다. 가장 큰 발전은 영상 유도 수술법인 tractography로, 해부학적 지표만이 아닌 뇌 섬유 다발 간의 연결 패턴을 기반으로 전극 배치의 정확도를 더욱 높였 습니다 .

 

2000년대 초 토론토 대학교에서 치료 저항성 우울증에 대한 세계 최초의 DBS 임상시험을 시작한 메이버그는 "이 이야기는 새로운 신경과학 도구를 사용하여 표적 치료를 최적화하고 개선하기 위한 반복 과정의 일환 입니다."라고 말합니다. "2005년에 구상되고 발표된 이 절차는 본질적으로 오늘날 우리가 계속하고 있는 것입니다."라고 그녀는 말합니다.

 

Next-Gen Brain Implants Offer New Hope for Depression

https://spectrum.ieee.org/deep-brain-stimulation-depression

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