신체 이식형 디바이스, 건강 케어에 도움주는 단계에 이르러 2편

<심장을 해독하다>

이 접근법의 핵심은 질병을 처음부터 알고리즘으로 분해하는 능력이다. 과학자들은 기계 학습, 딥러닝을 활용하여 호르몬, 혈액의 특정 생화학 물질과 같은 광범위한 바이오 마커 신호가 심장 및 기타 장기의 특정 상태를 나타낼 수 있는 방법을 이해하고자 한다. 예를들어 당뇨병 환자는 비당뇨병 환자보다 심장병으로 사망할 확률이 적어도 2배 이상 높다. 그러나 우리는 당뇨병이 심장에 해를 끼치고 세포 수준에서 에너지를 만드는 능력을 방해한다는 것을 알고 있지만 왜 그런지 정확히 알 지 못하고 있다. 웨스트 버지니아 대학의 한 팀은 최근 딥러닝 알고리즘 기술을 통해 당뇨병과 관련된 바이오 마커를 조사하여 당뇨병, 비 당뇨병 환자에게서 채취한 조직 샘플에서 단백질과 대사 신호를 발견했다. 

 

처음에 우리는 당뇨병 환자와 대조군 코호트 사이에 명확한 구분이 없다는 것을 발견했다고 박사학위 논문의 일부롱 ㅕㄴ구를 수행한 대학의 의대생인 Quincy Hathaway는 말했다. 그러나 기계 학습 알고리즘을 사용하면 더 많은 세부 사항을 파악하고 고유 한 서명을 식별 할 수있는 민감성을 얻을 수있었다고 덧붙였다. 

그의 연구는 심혈과 합병증이었던 당뇨병 환자를 위한 더 나은 진단 및 치료로 이어질 수 있다 .임상의는 조직 샘플을 검사하고 이러한 독특한 바이오 마커로부터 특정 심정 질환을 예지할 수 있다 .미래에 바이오 마커를 충분히 정확하게 찾아 낼 수 있다면 간단한 혈액 검사로 환자가 당뇨병을 앓고 있고 심장 질환이 발생할 위험이 있는지 여부를 사전에 알 수 있다. 다음 단계로는 더 많은 데이터로 딥러닝 알고리즘을 계속 훈련하는 것이다. 그러나 Hathaay가 덧붙인 것처럼 모든 게놈 수준에서 딥 시퀀싱을 사용하여 독특한 마커를 찾으려면 수천명의 환자 참여자가 필요하다고 말했다.

 

그러나 사실 어려운 부분은 데이터 획득하는 것이 아니라 더 큰 맥락에서 획득한 데이터가 의미하는 바를 발견하는 것이다. 연구자들은 특정 조건을 목표로하는 차세대 적응 심부 뇌 자극 장치가 2 년 또는 3 년 안에 사용 가능할 것으로 예측한다. 이들 중 가장 유망한 것은 파킨슨 병과 같은 신경 학적 상태를 치료하기 위해 개발되고 있다. 스탠포드 운동 장애 센터 (Stanford Movement Disorders Center)의 헬렌 브론테 - 스튜어트 (Helen Bronte-Stewart) 소장과 그녀의 팀은 손목에 착용 한 센서를 사용하여 동결 보행 및 떨림을 포함한 증상을 감지하는 상태를위한 적응 형 심부 뇌 자극 시스템을 연구하고 있다. 이 손목 밴드는 블루투스 기술을 통해 뇌의 임플란트와 연결되어 거의 실시간으로 증상에 따라 환자의 뇌에 작은 전기 신호를 생성한다. 

이러한 방식으로 질병을 정확하게 모니터링하고 치료하려면 개별 뉴런을 정밀하게 알아내야 한다. 우리는 이제 몇 년 전보다 관련 신경신호에 대해 더 많이 알고 있다고 Bronte-Stewart는 말했다.

그러나 이런 방식으로 질병을 정확하게 모니터링하고 치료하려면 개별 뉴런을 엄청나게 정밀하게 분류해야 합니다. 현재 이런 기술은 신호를 자극하고 기록하기 위해 다른 전극이 사용되기 때문에 기술적인 어려움이 있다. 

이를 해결하기 위해 탄소 섬유를 도입했다. 탄소 섬유는 생체 적합성이 있어야 하므로 환자의 심체가 디바이스를 거부할 위험이 줄어들긴 하지만 새로운 전극의 성능과 안전성에 대한 임상 실험이 아직 진행되지 않았기에 실제 도입에는 시간이 더 필요해보인다 .그리고 이것은 모든 이식 가능한 장치에 대한 중요한 점을 강조한다.  전기 디바이스를 외과의에서 신경에 부착하는 침습적 특성은 환자의 신체에 유해하고 의도하지 않은 반응을 유발하지 않도록 엄격한 평가, 관리르 받아야 됨을 의미한다.

 

하지만 잘 사용된다면? 수술의 필요성을 피할 수 있는 하나의 좋은 방법으로 활용될 수 있다 .예를들어 뇌에 전극을 이식할 필요가 없는 집중 초음파를 이용한 뇌 자극 기술이 개발된다면, 이로인해 고통받는 환자들에게 일상의 편안함을  줄 수 있다는 연구 결과가 있다. 하지만 윤리적인 문제와 임상 실험이 큰 장애물이라 보인다. 

우리 뇌에서 행해지는 화학적 처리는 매우 분산되어 있다. 그러나 딥 브레인 자극 전극은 한 위치를 둘러싼 모든 세포에 동시에 영향을 미치며 주변의 뉴런만 선택적으로 활성화시킨다. 즉 일부 뉴런은 자극이 필요하지만 다른 시간에 여러 위치에서 다른 뉴런은 자극되지 않기 때문에 복잡한 장애로 인한 광범위한 증상을 치료하는 것이 어려울지도 모른다. 그러나 여전히 존재하는 많은 기술 및 규제에도 불구하고 영국 왕립 학회의 최근 보고서에 따르면 차세대 신경 인터페이스 디바이스는 광범위한 이점을 가져올 수 있다고 결론 지었다. 의학에서 신경기술은 향후 수십년동안 성숙하고 크게 확장되어 일부 영역에서 효능면에서 의약품을 추월할 가능성이 있기 때문이다. 이것은 의사나 병원을 방문하고 약을 지속적으로 복용하는것이 아닌 스스로 나를 잘 알게되어 내 신체를 좋게 만들기위한 방법으로 전망된다.