강력한 인공 지능과 결합된 새로운 심부 뇌 자극 장치는 약물 저항성 우울증 치료를 향상시킬 수 있습니다. 연구자들은 뇌 신호를 기록할 수 있는 새로운 심부 뇌 자극(DBS) 장치를 사용하여 약물 내성 우울증의 임상적 회복 징후와 관련된 뇌 활동 패턴, 즉 "바이오마커"를 확인했습니다. 이 소규모 연구의 결과는 환자가 DBS 치료에 어떻게 반응하는지 이해하기 위해 뇌 데이터를 사용하는 중요한 단계입니다.
이 연구는 네이처(Nature) 저널에 게재되었으며 미국국립보건원(National Institutes of Health)의 혁신적인 신경기술 발전을 통한 뇌 연구(BRAIN Initiative) 이니셔티브의 지원을 받았습니다.
DBS의 임상적 응용
이 접근법은 아직 실험 단계이지만, 임상 연구에 따르면 DBS는 항우울제 치료에도 불구하고 증상이 호전되지 않는 우울증(약물 내성 우울증)의 치료에 안전하고 효과적으로 사용될 수 있는 것으로 나타났습니다. DBS를 받는 환자는 뇌의 특정 부위에 얇은 금속 전극을 이식하여 뇌 활동을 조절하는 전기 자극을 생성하는 수술을 받습니다. DBS가 우울증 환자의 증상을 정확히 어떻게 개선하는지에 대한 이해가 부족하여 연구자가 치료에 대한 환자의 반응을 객관적으로 추적하고 필요에 따라 조정하기가 어렵습니다.
소규모 연구에는 치료 저항성 우울증이 있는 성인 10명이 등록되었으며, 이들은 모두 6개월 동안 DBS를 받았습니다. 각 참가자는 처음에 동일한 양의 자극을 받은 후 자극 수준을 1~2배 증가시켰습니다. 그런 다음 연구진은 인공지능(AI) 도구를 사용하여 6명의 환자로부터 수집한 뇌 데이터를 분석하고 환자가 스스로 보고한 우울증 증상 또는 안정적인 회복 증상과 상관관계가 있는 일반적인 뇌 활동 징후 또는 바이오마커를 관찰했습니다. 연구자들은 한 환자에게서 바이오마커를 발견했고, 후향적 분석을 통해 환자가 임상 인터뷰에서 재발 위험이 있다는 사실이 밝혀지기 4주 전에 주요 우울증 에피소드로 돌아올 것이라고 예측했습니다.
DBS 치료 개선
BRAIN 프로그램 디렉터인 Dr. John Ngai는 "이 연구는 새로운 기술과 데이터 중심 접근 방식이 심신을 쇠약하게 만들 수 있는 주요 우울 장애의 DBS 치료를 개선할 수 있음을 보여줍니다."라고 말했습니다. "BRAIN Initiative를 통해 유망한 치료법을 임상에 더 가까이 적용할 수 있는 것과 같은 협력이 가능합니다.
이 연구에서 환자들은 정서적 행동을 조절하고 슬픔과 관련된 뇌 영역인 대상하 피질(SCC)을 표적으로 하는 DBS 치료를 받았습니다. 대상 피질의 DBS는 우울증 증상을 장기적으로 안정적으로 완화할 수 있는 새로운 치료법입니다. 그러나 DBS로 우울증을 치료하는 것은 각 환자의 안정적인 회복 경로가 다르기 때문에 여전히 어려운 일입니다. 임상의는 또한 시간이 지남에 따라 변동될 수 있는 증상을 추적하기 위해 환자 인터뷰 및 정신과 평가 척도의 주관적인 자가 보고에 의존해야 합니다. 이로 인해 정상적인 기분 변화와 자극에 대한 조정이 필요한 더 심각한 상태를 구별하기가 어렵습니다. 또한 DBS 치료 후 증상의 변화가 나타나는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있으므로 치료가 얼마나 효과적인지 말하기가 어렵습니다.
NIH 산하 국립정신건강연구소 소장인 Joshua A. Gordon 박사는 “이 바이오마커는 뇌 신호가 DBS 치료에 대한 환자의 반응을 이해하고 이에 따라 치료를 조정하는 데 도움이 될 수 있음을 보여줍니다.”라고 말했습니다. "이러한 발견은 치료법을 실제로 적용하는 데 있어 중요한 진전을 의미합니다."
환자 반응과 기술의 역할
연구에 참여한 환자들은 DBS 치료에 잘 반응했습니다. 6개월 후, 환자의 우울증 증상 중 90%가 크게 개선되었으며, 환자의 70%는 증상이 완화되었거나 더 이상 우울하지 않았습니다. 이러한 높은 응답률은 각 환자의 뇌가 치료 중 자극에 어떻게 다르게 반응하는지 되돌아보고 연구할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다.
Christopher Rozelle, 전기 및 컴퓨터 공학 분야 Julian T. Hightower 의장이자 박사 학위 애틀랜타에 있는 조지아 공과대학(Georgia Institute of Technology)에서 전기 및 컴퓨터 공학을 전공한 그의 동료들은 뇌 활동의 이러한 미묘한 변화를 이해하기 위해 설명 가능한 인공 지능이라는 기술을 사용했습니다. 이 알고리즘은 뇌 데이터를 사용하여 우울 상태와 안정적인 회복 상태를 구별하고 뇌 활동의 어떤 변화가 이러한 변화의 주요 동인인지 설명할 수 있습니다. 중요한 것은 이 바이오마커가 일상적이고 일시적인 기분 변화와 지속적으로 악화되는 증상을 구별한다는 것입니다. 이 알고리즘은 환자가 매우 우울한 상태로 진행되고 있으며 DBS 조정 및 추가 임상 치료가 필요하다는 조기 경고 신호를 임상의에게 제공할 수 있습니다.
추가 통찰력 및 다음 단계
이번 연구의 공동 제1저자이자 뉴욕시 Mount Sinai 소재 Nash Family Center for Advanced Circuit Therapy의 소장인 Helen Mayberg 박사는 "연구에 참여한 환자 10명 중 9명이 개선되었으며 이는 환자의 회복 궤적을 추적하기 위해 새로운 기술을 사용할 수 있는 훌륭한 기회를 제공했습니다"라고 말했습니다. "우리의 목표는 임상의가 DBS 조정 시기를 결정하는 데 도움이 될 수 있는 객관적인 신경 신호를 식별하는 것입니다." "
이번 연구의 공동 수석 저자인 Rozelle 박사는 "우리 연구는 확장 가능한 절차와 동일한 뇌 영역에 단일 전극을 사용하는 정보에 입각한 임상 관리를 통해 환자의 상태를 개선할 수 있음을 보여줍니다."라고 말했습니다. "이 연구는 또한 약물 저항성 우울증과 같은 복잡한 정신 질환을 치료하는 데 핵심인 환자 간의 차이를 이해할 수 있는 탁월한 과학적 플랫폼을 제공합니다."
다음으로 연구팀은 수술 전 환자로부터 촬영한 MRI 뇌 스캔 데이터를 분석했다. 결과는 DBS 치료가 목표로 하는 특정 뇌 네트워크의 구조적 및 기능적 이상을 보여주었습니다. 더 심각한 백질 결함은 더 긴 복구 시간과 관련이 있습니다.
연구진은 또한 인공지능 도구를 사용하여 참가자 인터뷰 영상에서 추출한 얼굴 표정의 변화를 분석했습니다. 임상 환경에서 환자의 얼굴 표정은 우울 증상의 심각도를 반영할 수 있으며, 정신과 의사는 일상적인 임상 평가 중에 그러한 변화를 감지할 가능성이 높습니다. 그들은 개별 환자의 표정 패턴이 질병에서 안정적인 회복으로의 전환과 일치한다는 것을 발견했습니다. 이는 DBS 치료의 회복을 추적하기 위한 추가 도구이자 새로운 행동 마커 역할을 할 수 있습니다. 비디오 분석이 현재와 미래의 질병 상태를 안정적으로 예측할 수 있는지 확인하려면 더 많은 연구가 필요합니다.
관찰된 얼굴 표정 변화와 해부학적 결함은 모두 바이오마커에 의해 포착된 인지 상태와 상관관계가 있었으며, 이는 우울증에 대한 DBS 치료 관리에 이 바이오마커의 사용을 뒷받침합니다.
애틀랜타 에모리 대학교 의과대학의 Mayberg, M.D., Rozell, M.D. 및 Patricio Riva-Posse, M.D.를 포함하는 연구팀은 현재 Mount Sinai 병원의 두 번째 환자 집단에서 연구 결과를 확인하고 있습니다. 향후 연구에서는 차세대 장비를 사용하여 순간적인 기분 변화의 신경 기반을 연구함으로써 DBS의 항우울제 효과를 계속해서 탐구할 것입니다.
연구팀에 따르면, 이 연구는 주요 우울증, 강박 장애, 외상후 스트레스 장애, 폭식증 및 약물 사용 장애를 포함한 다양한 정신 장애에 대한 초기 DBS 치료에 상당한 진전을 가져왔습니다. 다른 DBS 연구에서는 만성 통증의 뇌 바이오마커를 확인했지만 뇌 데이터를 사용하여 환자를 성공적으로 치료하는 방법은 여전히 개발 중입니다.