AI 기반 행동 분석과 뇌신호 광제어 기술 결합, 파킨슨병 전임상 성과 달성
‘파킨슨 행동지수’ 개발로 조기·정밀 진단 가능성 입증
맞춤형 광유전학 신경자극으로 치료 효과 확인
ㅣ데일리포스트=김정은 기자ㅣKAIST는 생명과학과 허원도 석좌교수 연구팀이 KAIST 뇌인지과학과 김대수 교수 연구팀, 기초과학연구원(IBS) 이창준 단장 연구팀과 공동으로 파킨슨병 정밀 진단과 치료 가능성을 동시에 입증하는 전임상 연구에 성공했다고 22일 밝혔다.
이번 연구는 인공지능(AI) 기반 행동 분석과 뇌 신호를 빛으로 조절하는 광유전학(optogenetics) 기술을 결합한 것으로, 세계 최초로 파킨슨병 조기진단–치료평가–기전검증을 하나로 잇는 프레임을 구현했다는 점에서 의미가 크다.
◆ AI 기반 행동 분석으로 조기 진단 지표 확보
연구팀은 파킨슨병 생쥐 모델을 구축하고, AI 기반 3D 자세 추정 기술을 적용해 340여 가지 행동 신호를 분석, 이를 하나의 점수(파킨슨 행동지수)로 정량화했다. 분석 결과, 파킨슨 행동지수는 질환 유도 2주 차부터 기존 검사보다 민감하게 발병 정도를 판별할 수 있음을 확인했다. 특히 보폭 변화, 손발 움직임 비대칭, 흉부 떨림 등이 주요 행동 지표로 나타났다.
또한 동일한 분석을 루게릭병(ALS) 모델에도 적용해 파킨슨 행동지수가 특정 질환 특이성을 반영함을 검증했다. 운동 기능 저하 자체가 아니라 파킨슨병에서만 나타나는 특징적 변화임을 입증한 것이다.
◆ 광유전학 기반 맞춤형 치료 효과 확인
치료 측면에서는 광유전학 기반 신경 조절 기술인 ‘옵토렛(optoRET)’을 활용했다. 그 결과, 파킨슨병 동물 모델에서 걸음걸이와 팔다리 움직임이 개선되고 떨림 증상이 줄어드는 효과가 나타났다. 특히 격일 주기로 빛을 자극했을 때 가장 큰 효과가 관찰됐으며, 도파민 신경세포 보호 경향도 확인됐다.
허원도 KAIST 석좌교수는 “이번 연구는 환자 맞춤형 치료제와 정밀의료로 이어질 중요한 토대를 마련했다”고 강조했다.
이번 연구의 제1저자는 KAIST 생명과학연구소 현보배 박사후연구원이며, 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인판에 8월 21일 게재됐다. 현 연구원은 현재 보건산업진흥원의 ‘글로벌 의사과학자 양성사업’ 지원을 받아 하버드 의과대학 맥린병원에서 이번 성과를 기반으로 한 파킨슨병 세포 치료제 고도화 연구를 이어가고 있다.