맞춤형 심부 뇌 자극으로 파킨슨병 환자의 보행 개선

파킨슨병 환자의 경우 보행 능력 변화가 매우 두드러질 수 있습니다. 소위 "파킨슨병 보행"에는 보폭 변화와 다리 사이의 비대칭이 포함될 수 있습니다. 이러한 보행 장애는 환자의 이동성을 감소시키고 낙상 위험을 증가시키며 환자의 삶의 질에 심각한 영향을 미칩니다.

고주파 심부뇌자극(DBS)은 떨림, 경직, 그리고 운동완서(느린 움직임) 증상 완화에 매우 효과적이지만, 중증 보행 장애 환자의 경우 보행에 미치는 영향은 매우 가변적이고 예측하기 어렵습니다. 보행 장애 치료를 위한 DBS의 결과를 개선하는 데 있어 가장 큰 과제는 임상의가 자극 매개변수를 조정할 때 사용할 수 있는 표준화된 보행 지표의 부재와 다양한 자극 요인이 보행에 미치는 영향에 대한 이해 부족입니다.

최근 연구에서 캘리포니아 대학교 샌프란시스코(UCSF) 연구진은 파킨슨병의 보행 특징의 핵심 측면을 정량화하는 체계적인 방법을 개발하고, 머신러닝 기술을 사용하여 각 환자에게 최적의 DBS 설정을 선택했습니다. 이러한 개인 맞춤형 설정은 다른 증상을 악화시키지 않으면서도 보행 속도와 안정성을 크게 개선했습니다.

해당 연구 결과는 npj Parkinson's Disease 에 게재되었습니다.

"우리는 DBS 설정을 최적화하는 작업을 공학적 문제로 접근하여 자극 매개변수, 뇌 활동, 보행 성능 간의 관계를 모델링하는 것을 목표로 했습니다."라고 UCSF 왕 연구실의 박사후 연구원이자 본 연구의 제1저자인 하미드 페크리 아즈고미 박사가 말했습니다.

보행 성능을 최적화하는 방법

이 연구에서는 파킨슨병 환자에게 뇌를 자극할 뿐만 아니라 보행 시 신경 활동을 기록하는 DBS 장치를 이식했습니다. 진료실 방문 중 DBS 매개변수를 안전한 범위 내에서 변화시켜 보행 기능에 미치는 영향을 연구했습니다. 각 설정에 따라 환자들은 약 6미터의 폐쇄 회로를 걸었고, 그 동안 신경 데이터와 보행 운동학은 지속적으로 기록되었습니다.

연구진은 보폭, 보폭 속도, 팔 흔들기 진폭, 보행 일관성 등의 보행 지표를 평가하는 보행 성능 지수(WPI)를 개발했습니다. WPI는 이러한 지표들을 결합하여 파킨슨병으로 인해 영향을 받는 운동 기능의 다차원을 포괄하는 포괄적인 보행 평가를 제공했습니다.

아즈고미는 "저희 연구 결과는 DBS 설정의 변화가 WPI에 의해 효과적으로 측정되었으며, 매 방문 시 환자 및 임상의 평가와 일치함을 확인했습니다."라고 말했습니다. "이 검증은 WPI가 파킨슨병 환자의 보행 개선을 평가하고 목표로 삼는 데 효과적인 지표임을 보여줍니다. 이러한 방법을 사용하여 WPI를 개선하는 개인 맞춤형 DBS 설정을 예측하고 식별할 수 있었습니다."

연구진은 또한 보행 개선과 관련된 뇌 활동 패턴을 확인했습니다. 다변량 모델을 사용하여 저자들은 최적의 보행 패턴과 비효율적인 보행 패턴을 구분하는 고유한 신경 역학을 규명했습니다. 보행 개선은 파킨슨병 환자의 근육 손실과 관련된 뇌 영역인 담창구의 보행 주기 특정 단계에서 베타파 뇌파 활동 감소와 관련이 있었습니다.

이러한 데이터는 식별된 개별 신경 바이오마커와 함께 파킨슨병 환자의 보행을 개선하기 위한 개인화된 데이터 기반 개입의 중요성을 강조합니다.

"이 연구는 DBS가 운동에 미치는 영향에 대한 이해를 심화할 뿐만 아니라 파킨슨병과 기타 신경 질환에 대한 개인 맞춤형 신경 조절의 잠재력을 보여주어 더욱 스마트하고 효과적인 치료법에 한 걸음 더 다가갈 수 있게 해줍니다."라고 UCSF의 신경외과 의사이자 신경외과 조교수인 도리스 왕 박사(MD, PhD)의 수석 저자가 말했습니다.