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신경회로 훈련으로 통증 조절
기사입력 2021-02-02 오후 1:57:00 | 최종수정 2021-02-02 13:57

상처가 나았는데도 통증이 계속되는 만성 동통의 증상 완화에 인공지능(AI)을 이용하는 연구가 진전되고 있다고 닛케이산교신문이 보도했다


국제전기통신기초기술연구소(ATR=Advanced Telecommunications Research Institute International) 등은 AI를 약처럼 사용하는 방법을 개발하고 있다. AI의 학습능력을 활용해 사람이 통증을 느끼는 신경회로의 이상을 복구하려는 것이다. 빠르면 2030년대의 실용화를 목표로 하고 있다.

 

상처를 입거나 질병에 걸리면 환부가 아픈데, 나은 후에도 통증이 남는 경우가 있다. 이것이 여러 달 계속되는 것이 만성 통증이다. 통증으로 인해 움직이지 않게 되면 몸의 기능이 저하된다. 목욕과 배설 등 일상 동작을 할 수 없게 되면 개호 부담도 커진다. 직장일이나 집안일을 오래 쉬게 되면 사회 참여에도 지장이 생긴다.


일본 국내의 만성 동통 환자는 2300만명이 넘는다고 한다. 고령자에게 발증하기 쉬우며, 앞으로도 환자가 늘어날 것이라고 우려되고 있다. 통증 치료에는 일반적으로 약제가 이용되는데, 만성 동통에는 잘 듣지 않는 경우도 많아 유효한 치료법을 개발하는 것이 과제로 지목되어 왔다.

 

환자 중에는 통증의 느낌을 조절하는 기능이 저하된 경우도 있다. 이 기능이 정상이면 즐거운 것에 열중할 때 뇌가 통증을 억제해서 통증이 가벼워진다. 따라서 이 기능을 담당하는 신경회로가 치료의 표적이 된다.


ATR 등의 연구팀은 AI를 활용하면 통증 조절 기능을 높일 수 있다는 것을 발견했다. 그 기능을 높임으로써 강한 통증을 항상 느끼는 일이 없도록 할 수 있다는 것이다.

 

연구팀이 개발한 것은 AI와 사람이 시행착오를 하면서 서로를 훈련시키는 조금 이색적인 방법이다.

 

훈련의 상세내용은 다음과 같다. 사람의 손에 전극을 붙이고, AI의 판단으로 전극에 전류가 흐리면 통증을 느끼도록 한다. 전류의 크기는 2종류 있어 통증의 정도는 다른데, 첫 단계에서 AI는 어느 쪽 전류를 선택하면 사람이 더 아파할지 모른다. AI는 사람의 뇌 활동을 분석해 강한 통증을 주지 않도록 학습을 거듭한다. 한편, 사람은 통증의 강약을 정확히 느끼고 그 강약을 AI에게 정확히 전달하고자 노력한다.


훈련에서는 자기공명영상장치(MRI) 등을 이용해 뇌의 혈류량과 뇌파를 분석한다. AI는 사전에 준 데이터를 사용해서 영상을 분석하고, 사람이 강한 통증과 약한 통증 중 어느 쪽을 느끼고 있는지 판단한다.

 

연구팀이 건강한 사람을 대상으로 훈련한 결과, 통증의 조절 기능을 담당하는 뇌 영역에 변화가 보였다. 통증의 강약에 따라 각 영역의 활동 차이가 더욱 명확해져서 AI가 통증의 강약을 올바르게 판단할 수 있게 됐다. 연구팀은 훈련을 통해 사람이 통증을 조절하는 기능이 향상되었기 때문이라고 보고 있다.

 

ATR의 카와토 미츠오 뇌정보통신종합연구소장은 피험자가 통증에 주의를 기울이고 그 강약을 파악하고자 노력하는 과정을 통해 통증을 조절하는 기능을 컨트롤할 수 있게 되었을 가능성이 있다고 말한다. 훈련에서 기능을 충분히 높일 수 있다면 기능 저하에 의한 만성 통증을 치료할 수 있는 가능성이 생긴다.

 

앞으로는 시간이 지나도 훈련의 효과가 유지되는지 등을 확인한다. 만성 동통 환자를 대상으로도 훈련의 효과를 검증하고, 이를 바탕으로 치료 효과를 확인하는 임상연구로 이행할 생각이다

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