뇌전증 – 포커스온경제 통합 검색

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2024-11-22 (금)

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인간 뇌 1㎣, 150억개 연결까지⋯초고해상도 뇌지도 나왔다

과학자들이 고해상도 전자현미경을 사용해 인간 뇌조직을 이미지화해 나노 스케일의 3D 지도를 제작했다. 미국 하버드대학교와 구글 연구팀이 인간 뇌 1㎣(1입방밀리미터)의 세포 연결까지 보여주는 초고해상도 뇌지도를 제작했다고 하버드 매거진과 사이테크 데일리 등 다수 외신이 전했다. 이 지도는 뇌의 복잡성을 보여주고, 뇌 기능 이해를 위한 새로운 가능성을 제시한다. 미국 국립보건원(NIH)이 자금을 지원한 이 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다. 하버드 대학교의 제프 리히트만 박사와 구글 리서치의 비렌 자인 박사가 이끄는 연구팀은 전자 현미경(EM)을 사용해 입방밀리미터(1㎣) 크기의 인간 뇌 조직 조각을 고해상도로 이미지화했다. 이 뇌 조직은 뇌전증 수술의 일환으로 환자의 대뇌 피질에서 제거한 것이다. 하버드 매거진에 따르면 리피트만 박사의 연구팀은 10년 동안 대뇌 피질 1㎣를 분석해 인간 뇌의 연결에 대한 최초의 정밀 지도를 제작했다. 뇌 조직 분석 결과 매우 아름답고 목적을 알 수 없는 수 많은 복잡한 구조가 밝혀졌다. 신경 섬유가 다른 세포와 연결되는 경로에 정착하기 전에 마치 제자리에서 맴돌고 있는 것처럼 소용돌이 모양으로 성장하는 모습, 정반대 방향이 두 개의 수용체(수상 돌기)만을 가리키고 연결되지 않은 백질 기저층의 신경 섬유와 연결된 새로운 종류의 뉴런, 신경 섬유가 단일 세포에 50개 이상 연결되는 드문 사례인 다중 시냅스 연결 등이 그것이다. 이들의 관찰은 뇌가 어떻게 연결 되었는지에 대한 가정을 뒤집었다. 리히트만은 "많은 사람들이 과학이 문제를 해결하고, 답을 찾고, 치료할 수 있기를 기대하지만 이 경우에는 단순히 자연을 설명하는 것만으로도 뇌가 '우리가 생각하는 것보다 더 복잡하다'는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 먼저 조직을 다이아몬드 칼을 사용해 인간 머리카락의 1천분의 1보다 얇은 5000개 이상의 슬라이스 또는 섹션으로 자른 다음 각 섹션을 EM으로 이미지화했다. 그 결과 약 1.4페타바이트, 즉 1400테라바이트의 데이터가 생성됐다. 팀은 뇌 조직을 5000개 이상의 얇은 조각으로 나누어 각 조각을 전자현미경으로 촬영했다. 이렇게 얻은 1.4페타바이트(PB, 1400테라바이트)의 데이터를 기반으로 3차원 뇌지도를 만들었다. 뇌지도는 5만 7000개 이상의 세포와 약 1억 5000만 개의 시냅스(신경세포 연결 부위)를 포함하며, 이전에는 볼 수 없었던 뇌 구조 세부 정보를 제공한다. 바렌 제인이 이끄는 구굴의 연구팀은 각 슬라이스 내의 객체를 감지하고 일르 연결해 3차원 공간을 렌더링하는 새로운 신경망 기술을 개발했다. 리히트만은 '플러드 필링 신경망' 기술을 사용해 세포, 신경 섬유 및 혈관을 색칠했으며 "기본적으로 여러 섹션에 걸쳐 이러한 객체에 페인트를 붓는 격"이라고 설명했다. 가장 흔한 신경교세포는 신경교세포에 구조적인 지원과 전기적 절연을 제공하는 과립세포였다. 1㎣ 샘플에는 약 230mm의 혈관 세포도 포함되어 있었다. 특히, 연구팀은 재구성을 통해 뇌의 가장 깊은 층에 있는 삼각형 세포들이 서로 마주 보는 두 가지 방향으로 배열되어 있음을 발견했다. 이러한 배열의 의미는 아직 밝혀지지 않았지만, 뇌 기능 이해에 중요한 단서가 될 수 있다. 이번 연구 결과는 뇌 연결체학(뇌 세포 간 연결을 종합적으로 분석하는 학문)의 중요성을 보여주고, 뇌 기능 연구에 새로운 자원을 제공한다. 연구팀은 데이터셋과 분석 도구를 공개하여 다른 연구자들도 이를 활용할 수 있도록 했다. 미국 국립보건원(NIH) BRAIN Initiative 책임자인 존 응아이 박사는 "이번 연구는 신경과학자, 컴퓨터 과학자, 엔지니어 간의 협력이 뇌 기능 이해를 위한 완전한 지도 구축에 얼마나 중요한지를 보여준다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-08-16
희귀 뇌전증(간질) 발작 감지하는 새로운 AI 시스템 개발

USC(서던 캘리포니아 대학교) 연구진이 희귀한 형태의 뇌전증(간질)을 포함한 발작 유형을 식별하는 AI 기술을 개발, 조기 치료의 기회를 확대할 수 있게 됐다. 관련 소식을 올린 USC 홈페이지 게시글에 따르면, 미국에서 340만 명 이상, 전 세계적으로는 6500만 명 이상이 뇌전증을 앓고 있는데, 이는 신경계에 영향을 미치고 발작을 일으키는 신경 질환이다. 26명 중 1명은 평생 어느 시점에 뇌전증이 발병하고, 매년 뇌전증 환자 1000명 중 1명은 예상치 못하게 사망한다. 많은 질환과 마찬가지로, 뇌전증 치료도 조기 발견에서 시작된다. 세계보건기구(WHO)는 적절한 진단과 치료를 받으면 뇌전증 환자의 70%가 발작 없이 살 수 있다고 추정한다. 의학계에서는 수년에 걸쳐 전극을 사용해 캡처한 뇌파(EEG) 신호에서 발작을 감지하고 분류하는 기계 학습 기술이 개발돼, 인간이 단독으로 다루기에는 너무 복잡한 상관관계를 찾고 있다. 그러나 이 시스템은 희귀한 형태의 뇌전증 발작을 감지하는 데 어려움을 겪는다. 그 이유는 AI가 패턴을 학습하고 예측하기 위해 데이터에 의존하기 때문이다. 이러한 희귀한 발작의 불충분한 예는 예측 능력을 떨어뜨린다. 이번에 USC 연구진은 뇌 상호 작용을 분석하여 간질을 식별하고, 희귀하고 복잡한 사례의 진단을 개선하는 AI 시스템을 개발했다. 최근 PAKDD(고급 지식 검색 및 데이터 마이닝) 컨퍼런스에서 발표된 이 시스템은 종래에 비해 12% 향상된 성능을 보여주었다. 적은 데이터로 정확한 결과 생성 뇌파 전극의 위치와 그들이 추적 관찰하는 뇌 영역을 포함, 뇌전증 감지에서 AI 시스템이 일반적으로 간과하는 여러 정보 소스를 통합함으로써, AI는 발작이 발생할 가능성이 있는 시기를 보이는 패턴이나 특징을 식별할 수 있다. 또 이 기술은 훈련 데이터 사례가 적은 희귀한 발작 유형에서도 적은 데이터로 정확한 결과를 생성하도록 한다. 연구진인 USC 사이러스 샤하비 교수는 "간단한 경우 AI 시스템은 단순한 이진 분류이기 때문에 발작을 일으켰는 지의 여부를 알 수 있지만, 분류하기 쉽지 않은 다양하고 희귀한 유형의 발작이 있고, 이 경우 기존 기술은 정확도가 낮다"고 지적했다. 어린이들에게 종종 영향을 미치고 갑작스러운 근육 조절 상실을 유발하는 희귀한 형태의 발작인 ‘무긴장 발작’이 대표적인 예다. 이 경우, 새로 개발된 시스템은 뇌 영역의 공간적 관계를 조사하고 운동 피질, 기저 신경절, 소뇌 및 뇌간과 같은 근육 조절에 관여하는 뇌 영역의 우선 순위를 지정해 무긴장 발작을 나타내는 활동 패턴을 식별한다. 연구진의 아라시 하지사피는 "개발된 시스템의 AI 모델에는 희귀한 유형의 발작과 관련된 특징을 나타내는 모든 정보가 수집된다. 따라서 소량의 샘플로도 학습이 가능하다”고 밝혔다. 연구진은 시스템 개발의 목표는 인간 의사를 대체하는 것이 아니라 발견하기 어려운 경우에 의사의 지식을 보충하는 것이라고 말했다. USC의 신경학 교수 폴 톰슨 박사는 이번 시스템 개발이 '신경학계의 게임 체인저'가 될 반가운 돌파구라고 평가했다. "이번 성과는 인간이 식별하기 어려운 패턴을 감지하는 AI를 활용함으로써 임상의가 작업을 더 쉽고 빠르며 안정적으로 수행할 수 있게 해준다"는 것이다. 한편 연구진은 이 기술이 언젠가 스마트폰에 정보를 제공하는 웨어러블 센서에 통합될 것으로 예상했다. 샤하비 교수는 "뇌 발작은 갑자기 발생하므로 이를 조기에 발견하면 실제로 생명을 구할 수 있다"며 "시스템은 뇌파의 불규칙성을 감지하면 미리 경고할 수 있으며, 이는 뇌전증 진단과 치료에 큰 기회를 열어줄 것"이라고 강조했다.
- IT/바이오
2024-06-07
[기후의 역습(6)] 기후변화로 뇌 질환 악화…치매·우울증·뇌전증 등에 악영향

기후 변화와 기상 재해가 치매나 뇌졸중 등 뇌 질환과 정신 질환을 앓는 환자들의 건강에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 높다는 연구 결과가 나와 주목된다. 이 분석은 UCL(유니버시티 칼리지 런던)이 주도하는 연구팀이 밝힌 것으로, 결과는 영국 의학 전문지 '랜싯 신경학(Lancet Neurology)'에 게재됐다고 메디칼익스프레스가 전했다. 보고서에서 연구팀은 기후 변화가 뇌와 신경 질환을 앓고 있는 사람들에게 큰 영향을 미칠 수 있다고 전제하고, 건강 유지 및 불평등 악화를 막기 위해 기후 변화에 대한 이해도를 높이는 것이 시급하다고 강조했다. 해당 연구는 1968~2023년까지 전 세계에 걸쳐 발표된 332편의 논문을 종합 검토하는 방대한 작업을 통해 이루어졌다. 팀은 뇌졸중, 편두통, 알츠하이머병, 수막염, 간질 및 다발성 경화증 등 19가지의 신경계 질환과 함께 불안, 우울증, 정신분열증 등 흔하지만 심각한 여러 정신 질환에 대한 기후 변화의 영향을 다각도로 진단했다. 산제이 시소디야 교수(UCL 퀸스퀘어 신경학 연구소)가 이끈 연구팀은 기후 변화가 신경 질환에 미치는 영향과 규모가 상당하다고 밝혔다. 시소디야 교수는 "기후 변화가 뇌 상태, 특히 뇌졸중과 신경계 관련 질환에 미치는 영향에 대한 명확한 증거가 나왔다. 극단적으로 높거나 낮은 온도를 포함한 기후 변화는 뇌 질환에 영향을 미쳤으며 특히 계절적으로 특이한 기상의 경우에 더욱 그렇다“고 설명했다. 연구팀은 주변 온도가 높거나 열파가 심한 환경에서 뇌졸중으로 인해 입원, 장애 또는 사망률이 증가했다는 사실을 발견했다. 이는 2010~2019년 사이 보험금 청구 사례를 분석한 논문에서 밝혀진 것이다. 인지 장애는 환경 변화에 적응하는 행동을 제한한다. 이 때문에 치매 환자의 경우 극한 기온 변화 또는 홍수나 산불과 같은 기상 재해로 인해 피해를 입기 쉽다고 연구팀은 지적했다. 이는 허약해지는 체력, 복합 질병 및 향정신성 약물 등으로 인해 더욱 악화되며, 더 큰 기온 변화나 폭염 등으로 인해 치매 환자들의 입원 및 사망률이 높아진다. 뇌졸중으로 이어지기도 하며, 수면 부족으로 인해 뇌전증에도 악영향을 미친다는 것이다. 연구팀은 또 악천후의 심각성 증대, 지구 온도 상승 등 악화되는 환경으로 뇌잘환 위험 노출은 갈수록 높아지고 있다고 지적했다. 시소디야 교수는 지금까지 기후 변화를 연계해 사람들의 건강을 추정하는 연구는 많이 이루어지지 않았다고 말했다. 기후 변화가 뇌 질환에 미치는 영향은 향후의 정책적 대응을 어렵게 만드는 만큼 개인과 조직 건강 모두에 유용한 정보를 생성하려면 역동적으로 움직여야 한다는 지적이다. 그는 "기후 변화와 기상 재해에 따른 뇌질환과 정신질환 분야의 영향은 기후 정책을 더욱 복잡하게 만들 것”이라며, 취해야 할 조치를 시급히 진행해야 한다고 강조했다.
- IT/바이오
2024-05-20
영국, 조현병 치료제 '클로자핀' 부작용으로 7000명 사망

영국 국가의료시스템(NHS)에서 1990년부터 조현병(Schizophrenia·과거 '정신분열증') 치료제로 사용되어 온 클로자핀이 약 7000명의 사망과 연관되어 있다는 보고가 나왔다. 영국의 주요 매체인 버밍엄메일(birminghammail)은 클로자핀이 조현병 처방약으로 승인된 이후 이러한 사망 사례가 발생했다고 보도했다. 타임즈(The Times)의 분석에 따르면, 이 약물은 다른 고위험 약물에 비해 사망률이 약 8배 높은 것으로 나타났으며, 현재 영국에서 연간 약 3만7000명에게 처방되고 있다. 이로 인해 클로자핀은 영국에서 가장 위험한 처방약으로 불리고 있다. 수년간 약물 복용 후 정신 건강 요양원에서 치료를 받던 윌리엄 노스콧(William Northcott)은 39세의 나이에 심장마비로 사망했다. 그의 여동생 케이트 노스콧 스팔(Kate Northcott Spall)은 인터뷰에서 "윌리엄이 지역사회 정신건강팀 간호사의 관리를 받으며 거주형 치료를 받고 있었고, 나는 그들이 오빠를 잘 돌본다고 믿었다"고 말했다. 그녀는 "임시 사망 진단서에는 처방약 독성으로 인한 치명적인 부정맥 가능성이 높다고 적혀 있었다"고 덧붙였다. 정신건강 약사 니키 홈즈(Nikki Holmes)는 클로자핀으로 인한 모든 사망을 비극으로 규정했다. 조현병과 함께 살아가기(Living with Schizophrenia)의 대변인은 "이 약이 복잡한 부작용 프로필로 인해 매우 세심한 관리가 필요하다"고 말했다. 전문가들은 "부작용은 개입하지 않았을 때의 위험과 비교해야 한다"며 "이 경우 통제되지 않는 정신병적 사고로 인한 치명적인 위험이 있을 수 있다"고 지적했다. NHS는 의약품 의료기기 안전관리국(MHRA)의 지침을 준수한다고 밝혔다. MHRA는 "이 약이 영국 시장에서 가장 엄격하게 모니터링되는 의약품 중 하나이며, 면밀히 검토되고 있다"고 강조했다. NHS는 약물 브로셔에서 흉통, 심부전, 심근염의 징후나 빈맥이 있을 경우 심장 전문의와 상의할 것을 권장한다고 설명했다. 아울러 클로자핀 중단 시 정신과 의사와 상의할 것을 권고했다. 클로자핀은 기존 항정신병약물로 효과를 보지 못한 쪼현병 환자나 표준 치료에 실패한 파킨슨병에서 발생하는 정신병적 장애 치료에 사용된다. 클로자핀은 주로 조현병 치료에 사용되는 비정형적 항정신병 약물이며, 때때로 양극성 장애에도 오프라벨 처방된다. 1989년, 미국 식품의약국(FDA)은 백혈구 수 및 호중구 검사를 조건으로 클로자핀의 사용을 승인했다. 또한 2002년에는 FDA가 조현증 환자들의 자살 행동 위험 감소 목적으로 클로자핀 처방을 추가로 승인했다. 클로자핀은 과립구 감소증, 장 폐색 및 뇌전증과 같은 심각한 부작용을 나타낼 수 있으며 아직 그 연관성이 확인되지는 않았지만 심근염과 당뇨병과도 연계되어 있다.
- IT/바이오
2024-01-15