지난 수십년간 뇌의 일정한 부위에 자극을 줌으로써 뇌 기능에 변화를 일으키는 연구가 진행되어 왔습니다. 그 중 직접 또는 교대 전기장 또는 자기장을 주어 두개 외에서 줌으로써 작업 기억력을 개선시킬 수 있다는 연구 결과가 있습니다. 비침습적인 방법으로 경두개 자극을 통해 전전두엽 prefrontal cortex 에 자극을 주었을 때, 물리적인 외부 자극이 작업 기억 에 영향을 주었다는 것입니다.
경두개 자극이 작업 기억 등 뇌 기능에 영향을 줄 수 있다
경두개 전기 또는 자기 자극 방법은 수십년간 연구되어 왔으며, 우울 장애의 치료 등에 사용되고 있습니다. 대표적으로 반복 경두개 자기 자극 rTMS repetitive Transcranial Magnetic Stimulation 이나 tDCS trans-cranial Direct Current Stimulation 경두개 직류 전기 자극이라는 방법이 있습니다. 예를 들어 우울증에서는 좌측 전전두엽 같은 뇌의 특정 영역의 활성이 떨어져 있음이 알려졌습니다. 그리고 경두개 자극을 통해 활성을 높일 수 있고 이는 무기력 등 우울 증상의 호전과 연관되어 있습니다.
다만 rTMS는 시행하는 빈도가 높을 수록 효과가 좋다고 알려져 있으나, 주 5회 정도를 병원에 방문해서 시행하기에는 아무래도 현실적인 어려움이 있을 수밖에 없습니다. 의사의 관찰 하에 시행해야 하는 시술이기도 하며, 기구 역시 크기가 커 휴대할 수 없기도 합니다. 그리고 뇌에 직접적인 전기 자기 자극을 주다 보니 두통이나 어지러움 등 부작용을 일으키는 경우도 종종 있습니다.
경두개 광생물조절 tPBM이란?
경두개 광생물조절 tPBM transcranial PhotoBioModulation 은 새로 개발된 경두개 뇌 자극 방법입니다. 비침습적인 레이저 광선 요법으로 기존의 경두개 자극 방법에 비해 비교적 가벼운 기기를 사용하며, 부작용도 적은 장점이 있는 방법입니다. 그렇다보니 보다 범용적으로 사용할 수 있을 것으로 기대됩니다. 다만 비교적 최근에 개발된 방법이어서 임상 연구가 부족합니다.
최근 발표된 연구에 따르면 경두개 광생물조절 tPBM 을 뇌의 오른쪽 전전두엽 피질 right PFC에 적용했을 때 젊은 성인의 단기 기억력을 향상시켰다고 합니다. 우측 전두엽에 12분간 1064nm 파장의 tPBM을 적용했을 때, 그렇지 않은 사람들에 비해 최대 25%의 작업 기억 향상을 보였다고 합니다. 광 자극이 작업 기억력 에 영향을 주었다는 것입니다.
이번 연구는 일반 인구를 대상으로 시행하였지만, 앞으로 ADHD 환자 등 작업 기억력에 문제가 있는 경우에 도움이 될 수 있는 방법으로 기대된다고 합니다. 이 연구는 Science Advances 지에 2022년 12월에 발표되었습니다.
tPBM 빛 자극이 작업 기억 에 미치는 영향 연구
연구자들은 뇌의 여러 부분과, 서로 다른 파장을 적용하여 tPBM의 영향을 평가하려 하였습니다. 평균 연령 22세의 대학생을 대상으로 네 번의 이중 맹검 가짜 대조 시험 double blind, sham-controlled 시험을 실시했습니다. 가짜 자극과 실제 활성 tPBM을 시행하였으며, 일주일간의 간격으로 서로 다른 세션을 시행했습니다. 그리고 두 번의 서로 다른 기억 과제를 주었습니다.
여러 조합의 시험 결과 우측 전전두엽 영역에 1064nm 파장의 빛 자극을 준 그룹에서 작업기억력 용량이 개선되었음을 보여주었습니다. 광 자극을 받은 참가자들은 4~5가지의 테스트 물체를 기억하였지만, 다른 형태의 자극을 받았거나 가짜 자극을 받은 경우에는 3~4개 정도의 테스트 물체를 기억했습니다.
공동 연구자 Ole Jensen 박사는 “tPBM이 왜 이러한 긍정적인 영향을 미치는지 정확히 이해하기 위해 더 많은 연구가 필요합니다”라고 이야기 했습니다. 빛의 자극이 전전두엽의 성상세포 astrocytes – 뇌신경 세포의 발전소로 불리는 – 를 자극할 가능성이 있으며, 이로 인해 뇌 신경 세포의 효율성이 개선되는 것으로 보입니다. 그리고 이 연구가 일주일 간격으로 시행한 기억 과제를 살펴본 것인 만큼, 빛 자극 tPBM의 효과가 얼마나 오래 지속되는지 조사할 필요가 있습니다. 이러한 변화가 얼마나 오래 지속되는지에 따라 임상적인 적용의 가능성이 달라질 수 있기 때문입니다.
마인드웰의 한마디
기존에 경두개 전기 또는 자기 자극은 여러 가지 부작용 또는 선호도에 따라 약물 치료를 할 수 없는 우울증 환자들에서 사용되어 왔습니다. tPBM 역시 노인 우울증 환자 또는 양극성 장애 환자, 임산부 등의 환자들에게 좋은 치료 옵션이 될 수 있기를 기대합니다. 아직 연구 결과가 부족한 만큼, 더 많은 연구 결과를 기다릴 필요가 있습니다.