저는 신경 과학자입니다.
물리학과 약학도 공부했습니다.
스위스 연방 공과대학에 있는 제 연구실에서는
척수 손상에 관한 연구에 주력하고 있습니다.
척수 손상은 해마다 전 세계에서
5만명이 넘는 사람들에게 영향을 미치고
손상을 입은 개인들은 엄청난 결과를 맞게 됩니다.
단 몇 초만에
그들의 삶이 그야말로 산산조각 납니다.
저는 영화 "맨 오브 스틸"의 주인공인
크리스토퍼 리브 덕분에
척수 손상을 입은 사람들의 고통을
잘 알 수 있었습니다.
이것이 "크리스토퍼와 다나 리브 재단"과 함께 일하면서
이 분야를 연구하게 된
제 개인적 여정의 계기가 되었습니다.
저는 그 결정적 순간을 아직도 기억합니다.
그 재단에서 일하던 평범한 하루가
거의 끝나갈 무렵이었습니다.
크리스가 저희 과학자들과 전문가들을 불러
"여러분들이 좀 더 실용적이 되어야겠습니다.
내일 여러분들이 연구실을 나갈 때
재활센터에 좀 들려서
한 걸음을 내딛기 위해
몸을 가누기 위해 고군분투하는
환자들을 한번 봐 주셨으면 합니다.
그리고 집에 돌아가서
환자들의 삶을 나아지게 하려면
여러분이 하는 연구를 어떻게 바꿔야할지 생각해 주십시오."
그 말이 저를 떠나지 않았습니다.
십 년도 더 지난 일인데 말입니다.
그 이후 제 연구실에선
척수 손상 회복을 위한
실용적인 연구가 계속되었습니다.
여기서 가장 첫 단계는
척수 손상의 새로운 모델을 개발하는 것이었습니다.
잘 통제된 연구 환경을 제공하는 동시에
사람이 입은 척수 손상의 주요 특징을 가장 비슷하게 만드는 것이죠.
이런 목적으로
실험 쥐의 몸을 이등분하였습니다.
그렇게 뇌와 척수 사이의 연결을
완전이 끊어버림으로써
다리를 영구적으로
마비시키는 겁니다.
하지만 사람들은 부상을 입은 뒤에
손상되지 않은 신경 조직을 통해
회복이 되는 경우가 있습니다.
하지만 어떻게 그렇게 만들까요?
전통적인 접근 방법은
절단된 신경 섬유를 원래대로
성장하게끔
개입하는 것이죠.
이것이 치료의 핵심임은 틀림없지만
저에게는 엄청나게 복잡하게 보였습니다.
임상 치료의 결과를 빨리 얻기 위해서는
그 문제를 다르게 생각할
필요가 있었습니다.
노벨상을 받은 셰링턴을 시작으로
100년이 넘은 척수 생리학 연구에서
밝혀진 사실이 있습니다.
손상을 입은 대부분의 경우 살처 아래의 척수는
운동을 조절하는데
필요한 신경 조직망을
충분히 갖추고 있습니다.
하지만 뇌가 전달하는 내용이 중단되었기 때문에
마치 휴면 상태처럼 기능을 상실한 상태에 놓이는 것입니다.
제 생각은 이 네트워크를 깨우는 것이었습니다.
그 당시 저는 로스엔젤레스에서 박사후 과정에 있였죠.
프랑스에서 박사학위를 마쳤는데
그곳은 독립적 사고를 하도록
북돋워주는 곳이 아니었습니다.
(웃음)
새 상사에게 이야기를 꺼내기가 망설여졌지만
용기를 좀 내야겠다고 결심했습니다.
훌륭한 레지 에드거튼 지도 교수님과 제 생각을 나누려고
그분의 방문을 두드렸습니다.
교수님은 제 말을 잘 들으시고는
미소로 답하셨습니다.
"시도해 보지 그러나?"
제가 맹세하건데
그때는 제 경력에서 아주 중요한 순간이었습니다.
대단한 지도자는 젊은이들과 그들의 새로운 생각들을
믿어준다는 걸 깨달은 때였습니다.
이것이 제 생각이었습니다.
여러분에게 이 복잡한 개념을 설명하기 위해서
단순한 비유를 해볼까 합니다.
운동 체계가 차라고 생각해 보세요.
엔진이 척수입니다.
변속기가 방해 받아 엔진이 멈춰버렸습니다.
어떻게 엔진을 다시 작동시킬 수 있을까요?
첫째로, 연료를 제공해야 합니다.
두번째로, 가속 페달을 밟아야죠.
세번째로, 차를 몹니다.
운동이 이루어지는 동안
이 기능을 잘 실행하는
뇌에서 오는 신경 경로들이 있다는 것이 밝혀졌습니다.
제 생각은 이 누락된 입력을 대체하여
척수에 개입하여
뇌가 자연스럽게 명령을 내려
걸을 수 있게 하는거죠.
이를 위해 저는 과거 20년동안의 신경 과학의 연구 결과를 끌어모았습니다.
첫째로, 약품으로
누락된 연료를 대체하였습니다.
척수에서 신경 세포가 발사되기 위한 준비였어요.
두번째로, 전기 자극으로
가속 페달을 흉내내 보았습니다.
고통없는 자극을 주기 위해서
척수 뒤에 심은
전극을 상상해 보세요.
몇년이나 걸렸지만, 결국 우리는
전기 화학적 신경 보정술을 개발했습니다.
척수 안에 있는 휴면기 상태의 신경 네트워크를
기능이 잘 되는 상태로 바꾸어 주었습니다.
마비된 쥐가 곧바로 일어설 수 있습니다.
러닝머신의 벨트가 움직이자마자
쥐는 조절된 다리의 움직임을 보여주었습니다.
하지만 뇌와 상관없이 말이죠.
인지적으로 감각 정보를 처리하는 그것을
저는 "척수의 뇌"라 부릅니다.
움직이는 다리에서 오는
감각 정보를 인지하고 처리하죠.
서고, 걷고, 달리고, 뛰기 위해서 근육을 어떻게 움직여야 하는지 결정합니다.
심지어 전력 질주하는 동안에도
러닝머신이 멈추면
즉시 서 있어요.
대단했습니다.
저는 뇌와 상관없는 이 운동에
정말 놀랐지만
동시에 실망했습니다.
이 운동은 완전히 무의식적인 것입니다.
쥐는 다리를 조절하지 못합니다.
정확히는 조정 체계를 잃어버린 것입니다.
그때 아주 분명해졌습니다.
러닝머신 위에서 걷게하는
전통적 재활 형태에서
벗어나야 했다는 것을요.
대신 뇌가 다리를 의식적으로 조절하도록
북돋워주게끔 발전시켜야 했다는 것을 깨달았습니다.
이런 생각을 품고 쥐가 어떤 방향으로 움직이든
쥐를 뒷받쳐줄 아주 새로운
로봇 체계를 개발했습니다.
상상해 보세요. 정말 대단한 겁니다.
200 kg 로봇의 끝에 달려있는
200g의 작은 쥐를 상상해 보세요.
그 쥐는 로봇을 느끼지 못합니다.
우리가 불안한 첫 걸음을 떼는
아이를 안아주려고 하듯이
로봇은 투명합니다.
요약하겠습니다. 그 쥐는
척수가 손상되어 마비되었습니다.
전기화학적 신경 보정술로 척수 운동 네트워크가
잘 기능하도록 만들어 놓았습니다.
로봇은 안정된 환경을 제공해서
쥐가 마비된 다리를 움직이는
어떤 시도든 다 해볼 수 있도록 했습니다.
동기를 부여하기 위해 우리가 생각하는
스위스에서 가장 강력한 효과를 가진 약을 사용했습니다.
고급 스위스 초콜렛이죠.
(웃음)
사실 처음 결과는 아주 아주
아주 실망스러웠습니다.
여기 최고의 물리 치료사가 있는데
쥐가 겨우 한 걸음 내딛게 하는데도
완전히 실패했습니다.
이 쥐는 5분 전에
러닝머쉰을 아름답게 걸었죠.
우리는 매우 실망했습니다.
하지만 아시다시피 과학자가 가져야 할
가장 필수적인 자질 중 하나는 끈기입니다.
우리는 계속했습니다. 체계를 더 정밀하게 하고
몇 개월의 훈련 후에
마비된 쥐가 일어설 수 있었습니다.
그리고 그 쥐가 마음이 내키면
보상이 있는 쪽으로 전력 질주하기 위해
전 무게를 감당하는 운동을 시작했습니다.
이것은 완전 영구적 마비로 이끈
척수 손상 후에 관찰된
의식적인 다리의 움직임을 보이는
첫 회복이었습니다.
사실은..
(박수)
고맙습니다.
사실 그 쥐는 땅 위에서 운동을 시작하고
유지할 수 있었을 뿐 아니라
다리의 움직임까지도 조절할 수 있었습니다.
예를 들어, 계단을 올라가기 위해서
중력을 견디기도 합니다.
이 순간은 제 연구실에서
정말 감동적인 순간이었다는 걸 말씀드립니다.
이 목표에 도달하기까지
10년이란 힘든 시간이 걸렸습니다.
하지만 남아있는 질문은 어떻게? 입니다.
어떻게 그게 가능할까? 입니다.
우리가 알아낸 것은
전혀 예상하지 못했던 것이었습니다.
이 기발한 훈련 체계는
뇌를 자극해서 새로운 연결 부위를 만들게 하고
몇몇 전달 회로가
손상된 곳을 지나
운동 네트워크를 통제하는
대뇌피질을 재건하도록 합니다.
여기서 여러분들은 그런 예를 하나 보실 수 있습니다.
뇌에서 나오는 섬유질을 빨간색으로 표시합니다.
이 푸른색 신경 세포는 운동 센터와 연결이 되어있고.
이 시냅스 접촉 다발이
의미하는 건
뇌가 오직 하나의 연결 뉴런으로
운동 센터와 다시 연결되었다는 뜻입니다.
하지만 그 리모델링은 손상 부분에만
제한되지 않았습니다.
그것은 뇌간을 포함한
중앙 신경계 전체에서 일어났습니다.
뇌로부터 오는 섬유질의 밀도가
300 %까지 증가된 걸 관찰할 수 있었습니다.
척수를 치료하는 것을 목표로 하지는 않았지만
손상 이후
성인 포유류의 중앙 신경계에서 관찰되었던
축삭돌기의
광대한 리모델링 중 하나를
촉진시킬 수 있었습니다.
이 발견뒤에 감추어진
아주 중요한 메세지가 있습니다.
그것은 능력이 매우 뛰어난 젊은이들로 구성된
팀의 결과물이었습니다.
물리치료사들, 신경 생물학자들,
신경외과 의사들과 모든 분야의 기술자들이
혼자 힘으로는 불가능했을지도 모르는 것들을
함께 이루어냈습니다.
이들은 전문 분야를 뛰어넘는 팀입니다.
그들은 서로가 아주 가까이서 일하기 때문에
유전자가 수평으로 이동합니다.
우리는 다음 세대의
의학박사와 기술자들을 육성하고 있습니다.
이들은 '실험대에서 침대로' 가는 과정과 관련하여
발견한 사실들을 해석하는 능력이 있습니다.
저요?
그냥 이 아름다운 교향악단의 지휘자일 뿐입니다.
이제 여러분들은 모두 궁금해하시겠죠?
이게 부상당한 사람들에게 도움이 될까요?
저도 날마다 그런 생각을 합니다.
사실 우리는 충분할만큼 알지 못합니다.
이것이 척수 손상을 위한 치료는 확실히 아니지만
회복에 도움이 되고 삶의 질을 개선시킬
중개자가 될지도 모른다고
저는 믿기 시작했습니다.
저는 여러분 모두가
시간을 내서 저와 함께 꿈꾸기를 원합니다.
한 사람이 척수 손상으로 고통을 겪고 있다고 상상해 보세요.
몇 주동안 회복한 후에
우리는 맞춤형 약물을 전달하는
프로그램이 가능한 펌프를
척수에 직접 심을 것입니다.
동시에 우리는
다리 운동을 통제하는 척추 부분을 덮는
제 2의 피부 역할을 하는 일련의 전극을 심을 것입니다.
이 배열은
사람의 필요에 맞춘 자극을 전달하는
전기 박동 생성기에 부착되어 있습니다.
이것은 맞춤형 전기화학적 보철물로서
새롭게 설계한 지지 시스템을 통해
운동이 가능하게 합니다.
그리고 제 희망은 몇 달간의 훈련 뒤에는
남아있는 연결에 충분한 리모델링이 일어나서
로봇이나, 약물, 자극이 없이도
운동이 가능해지는 것입니다.
여기서 제 희망은
뇌와 척추의 유연성을
높이기 위해 맞춤 상태를
만들어 내는 것입니다.
이것은 다른 신경 생물학적 장애에도 적용할 수 있는
아주 새로운 개념입니다.
저는 "맞춤형 신경 보정술"이라 부릅니다.
여기서 제가 환자의 특정한 손상을 고려하여
뇌와 척수,
말초신경에
심어놓은 신경 인터페이스를
자극하고 감지합니다.
하지만 상실된 기능을 대체하는 것이 아닙니다.
뇌가 스스로 돕게 하려는 겁니다.
전 이것이 여러분의 상상력을 부추기기를 희망합니다.
이 혁명이 일어날지 말지의 문제가 아니라
언제 일어날지의
문제이기 때문입니다.
우리는 상상하는 만큼
꿈꾸는 만큼 위대할 뿐이라는 것을 기억하십시오.
고맙습니다.
(박수)