고려대 뇌공학과 민병경 교수 연구팀은 비침습적 경두개 교류 뇌 자극을 통해 인간의 기억 기능을 효과적으로 제어할 수 있음을 밝혀냈습니다. 연구팀은 교차 주파수 동조형(CFC) 뇌 자극 신호와 뇌 중앙 처리 네트워크(CEN) 및 기본 상태 네트워크(DMN) 사이의 길항 반응을 활용하여 180도 위상차 뇌 자극 대비 위상 차이를 둔 자극의 효과를 분석했습니다. 이 연구 결과는 향후 기억력 개선 및 관련 질환 치료에 획기적인 전환점이 될 것으로 기대됩니다.
뇌 자극
고려대학교 뇌공학과 민병경 교수 연구팀은 비침습적인 경두개 교류 뇌 자극(tACS)을 통해 인간의 기억 기능을 제어할 수 있다는 연구 결과를 발표했습니다. 이 연구는 뇌의 활동을 조절하여 기억력 향상 및 인지 기능 개선의 가능성을 제시하며, 알츠하이머병과 같은 기억 관련 질환 치료에 새로운 접근법을 제공할 수 있다는 점에서 큰 의미를 지닙니다. tACS는 두피에 부착한 전극을 통해 미세한 전류를 뇌에 전달하는 방식으로, 비침습적이고 안전한 뇌 자극 기술로 알려져 있습니다. 연구팀은 특정 주파수의 전류를 뇌에 전달하여 뇌파의 동조화를 유도하고, 이를 통해 기억 기능을 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다.
이번 연구는 기존의 약물치료나 침습적인 뇌 자극 방법과 비교했을 때 부작용이 적고, 환자의 거부감을 줄일 수 있다는 장점이 있습니다. 또한, 개인별 뇌 활동 특성에 맞춰 자극 주파수와 강도를 조절할 수 있어 맞춤형 치료 가능성을 높였습니다. 연구팀은 향후 다양한 임상 시험을 통해 tACS의 효과와 안전성을 검증하고, 실제 환자 치료에 적용할 수 있도록 연구를 지속할 계획입니다. 이를 통해 기억력 감퇴로 어려움을 겪는 많은 사람들에게 새로운 희망을 줄 수 있을 것으로 기대됩니다. tACS 기술은 뇌 기능을 이해하고 조절하는 새로운 가능성을 열어줄 뿐만 아니라, 뇌 질환 치료의 패러다임을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
이 기술이 더욱 발전하면, 단순한 기억력 향상을 넘어 학습 능력 향상, 집중력 강화 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 전망됩니다. 특히, 고령화 사회로 접어들면서 치매와 같은 퇴행성 뇌 질환 환자가 증가하고 있는 현실을 고려할 때, tACS는 뇌 질환 예방 및 치료에 혁신적인 해결책을 제시할 수 있을 것으로 기대됩니다. 더 나아가, tACS 기술은 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)와 같은 미래 기술 개발에도 활용될 수 있을 것으로 보입니다. 뇌 활동을 정밀하게 조절할 수 있게 되면, 생각만으로 기계를 제어하거나 정보를 전달하는 것이 가능해질 수 있습니다.
기억 기능
인간의 기억 기능은 학습, 의사결정, 문제 해결 등 다양한 인지 과정에 필수적인 역할을 합니다. 기억은 크게 단기 기억과 장기 기억으로 나뉘며, 정보의 종류에 따라 서술 기억, 절차 기억, 작업 기억 등으로 분류됩니다. 이러한 기억 시스템은 뇌의 여러 영역이 복잡하게 상호작용하여 작동합니다. 특히 해마, 편도체, 전두엽 등이 기억 형성 및 저장에 중요한 역할을 담당하는 것으로 알려져 있습니다.
고려대 연구팀은 이러한 뇌 영역 간의 상호작용을 조절하는 방법으로 비침습적인 경두개 교류 뇌 자극(tACS) 기술을 활용했습니다. tACS는 특정 주파수의 미세 전류를 두피에 전달하여 뇌 활동을 조절하는 기술로, 안전하고 효과적으로 기억 기능을 향상시킬 수 있는 가능성을 보여주었습니다. 연구팀은 tACS를 통해 뇌의 중앙 처리 네트워크(CEN)와 기본 상태 네트워크(DMN) 간의 상호작용을 조절하여 작업 기억 능력을 향상시키는 데 성공했습니다. CEN은 주의 집중 및 정보 처리와 관련된 네트워크이며, DMN은 휴식 상태에서 활성화되는 네트워크입니다.
이 두 네트워크는 서로 길항적인 관계에 있으며, tACS를 통해 CEN과 DMN의 활성화 패턴을 조절하면 작업 기억 능력을 향상시킬 수 있음을 밝혔습니다. 이 연구 결과는 기억력 향상뿐만 아니라 알츠하이머병, 파킨슨병 등 기억 장애를 동반하는 다양한 뇌 질환 치료에도 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다. tACS는 기존의 약물치료나 침습적인 뇌 자극 방법에 비해 안전하고 부작용이 적다는 장점이 있으며, 개인별 뇌 활동 특성에 맞춰 자극 주파수와 강도를 조절할 수 있어 맞춤형 치료가 가능합니다. 향후 다양한 임상 시험을 통해 tACS의 효과와 안전성을 검증하고, 실제 환자 치료에 적용할 수 있도록 연구를 지속할 계획입니다.
교차 주파수 동조형
교차 주파수 동조형(Cross-Frequency Coupling, CFC)은 서로 다른 주파수 대역의 뇌파 간의 상호작용을 나타내는 현상으로, 뇌의 정보 처리 과정을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. CFC는 저주파 뇌파의 위상이 고주파 뇌파의 진폭을 조절하는 방식으로 나타나며, 이러한 상호작용을 통해 뇌는 다양한 정보를 효율적으로 처리하고 통합할 수 있습니다.
고려대 연구팀은 CFC를 이용한 뇌 자극 기술을 개발하여 인간의 기억 기능을 제어하는 데 성공했습니다. 연구팀은 뇌의 중앙 처리 네트워크(CEN)와 기본 상태 네트워크(DMN) 간의 CFC를 조절하여 작업 기억 능력을 향상시켰습니다. CEN은 인지 작업 수행 시 활성화되는 네트워크이며, DMN은 휴식 상태에서 활성화되는 네트워크입니다. 이 두 네트워크는 서로 길항적인 관계에 있으며, tACS를 통해 CEN과 DMN 간의 CFC를 조절하면 작업 기억 능력을 향상시킬 수 있음을 밝혔습니다. 특히, 위상 차이(phase lag)를 둔 비침습적 교류 자극 신호를 사용하여 180도 위상차 뇌 자극 대비 기억력 향상 효과를 극대화했습니다.
이 연구는 CFC 기반 뇌 자극 기술이 기억력 향상 및 인지 기능 개선에 효과적임을 보여주는 중요한 결과입니다. CFC는 뇌의 다양한 기능에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 이를 활용한 뇌 자극 기술은 기억력 향상뿐만 아니라 주의력 결핍 과잉행동 장애(ADHD), 우울증, 불안 장애 등 다양한 뇌 질환 치료에도 적용될 수 있을 것으로 기대됩니다. 향후 CFC 기반 뇌 자극 기술은 개인 맞춤형 뇌 질환 치료 및 인지 기능 향상을 위한 새로운 치료법 개발에 크게 기여할 것으로 전망됩니다. 또한, 뇌 기능의 근본적인 메커니즘을 이해하는 데에도 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
결론
고려대 민병경 교수 연구팀은 비침습적 경두개 교류 뇌 자극(tACS)을 통해 인간의 기억 기능을 효과적으로 제어할 수 있음을 보여주었습니다. 특히, 교차 주파수 동조형(CFC) 뇌 자극 신호를 이용하여 뇌 중앙 처리 네트워크(CEN)와 기본 상태 네트워크(DMN) 사이의 길항 반응을 조절함으로써 180도 위상차 뇌 자극 대비 위상 차이를 둔 자극이 기억력 향상에 더 효과적임을 밝혀냈습니다. 이 연구는 기억 관련 질환 치료에 새로운 가능성을 제시하는 중요한 발견입니다. 향후 연구에서는 다양한 실험 조건과 참가자들을 대상으로 연구를 확대하여 tACS의 효과와 안전성을 검증하고, 궁극적으로는 임상 적용을 위한 연구를 진행할 계획입니다.
