고령화가 빨라지면서 뇌 관련 질환들도 늘어갑니다. 뇌는 뉴런이라는 신경세포들로 이루어져 있는데요. 뇌에는 약 천억 개의 뉴런이 들어있다고 합니다. 뉴런은 수천 수만 개의 다른 뉴런들과 통신을 합니다. 뉴런은 전기신호를 축색돌기라는 신경섬유를 통해 다른 뉴런으로 신경전달물질을 보냅니다. 뇌 진단 기기는 CT, MRI가 대표적인데요. 요즘 이 장비들이 점점 더 많이 사용되는 추세라고 합니다.

이러한 추세에 따라 뇌 질환을 진단할 수 있는 영상장치가 속속 개발되고 있는데요. 그 종류가 다양합니다. 뇌신호를 측정하는 기술은 비침습형과 침습형으로 크게 구분됩니다.

비침습형 뇌신호 측정 기술은 뇌전도, 뇌자도, 기능적 자기공명영상, 기능적 근적외선 분광분석, 양전자 방사 단층촬영, 단광자방출 컴퓨터 단층촬영 등이 있구요. 여기서 자기공명영상기란 극한의 온도에서 무저항을 갖는 초전도 자석을 사용하여 아주 강한 자장을 만들어 내는 원리를 가집니다. 우리의 몸이 물로 이루어져 있어 피검사자 몸에 고자장을 걸어주게 되는데 이때 몸 안에 있는 수소 원가가 자장의 순방향 또는 역방향으로 자화가 됩니다. 그리고 특정 송신코일을 이용하여 수소 원자와 같은 주파수대의 전자파를 가해주면 공명 현상으로 인해 에너지를 흡수하게 되지요. 이 에너지가 원래상태로 돌아가면서 에너지를 외부로 방출하게 됩니다. 이를 수신 코일을 이용해 발생된 유도전류를 측정하게 되는데 이때 나오는 신호를 기록하는 것입니다. 침습형은 Elctrocorticography와 Intracortical Neuron Recording이 있습니다.

또 양전자 방출 단층촬영기의 원리는 생체 내 양전자를 방출하는 방사성 동위원소를 의약품이나 생화학적 물질에 결합해 정맥주사로 체내에 주입한 후 체내분포를 수치화하여 영상화하는 것입니다.

요즈음은 초고해상도의 초소형 장치가 나와 휴대가 가능해졌습니다. 이 장치는 뇌 부위 중에서 전두엽의 혈액 내 산소포화도를 측정하는데요. 그 결과를 3D mapping으로 영상화 해 줍니다. 휴대가 간편해서 구급차에 비치해서 쓸 정도로 편하구요. 근적외선 뇌 영상장치는 휴대가 불가능해서 불편했는데요. 이제는 휴대용 뇌출혈 진단기기도 나와 더 편해 졌습니다. 전두엽용 NIRS 장비, 침상용 뇌 모니터링 장비 모두 소형으로 제작이 가능해졌구요. 여기서 더 나아가서 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술도 개발되고 있습니다. 인간의 뇌와 컴퓨터를 직접 연결하는 장치인데요. 이들 사이의 정보 교환이 가능하게 된다고 하네요.

이러한 뇌신호의 특성을 추출하기 위해서는 다양한 기술이 필요합니다. 시계열 및 주파수 분석, 모수 모델링 방법 등 알고리즘이 있는데요. 시계열 및 주파수 분석은 1차원 신호를 시계열 및 주파수의 2차원 함수로 그려주는 방법이구요. 파라미터 모델링 방법은 분석 중인 time series를 특정 linear mathematical 모델로 표현하는 것을 말합니다.

다양한 원리의 뇌영상장치가 개발되면서 뇌 관련 질환의 진단도 정확하게 되었습니다. 고령화시대에 더 각광받는 이러한 장치의 개발을 더욱 가속화함으로써 질병 없는 보다 나은 삶을 살아가는 시대가 올 것이라 생각됩니다.

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