공상 과학소설에서나 나올법한 일들이 점점 현실에서 이뤄지고 있습니다. 우주비행에서 부터 무선전화기까지 오늘날의 과학계, 특히 의학계는 점점 과거의 공상세계를 닮아가고 있습니다. 좀 더 자세한 소식입니다.
지난 1970년대 미국 우주비행사 스티브 오스틴 (Steve Austin)의 놀라운 이야기는 세간의 화제였습니다. 미국 의사들은 끔찍한 사고로 망가진 오스틴씨의 몸을 복구했습니다.
스티브 오스틴은 실제로 배우 리 메이저스 (Lee Majors)가 열연했던 ‘6백만불 사나이’라는 텔레비전 시리즈의 주인공입니다. 오스틴씨의 몸에는 로봇의 팔, 다리가 장착돼 그에게 초인적인 힘과 속력, 시력을 부여했습니다. 그로부터 30년 뒤 과학자들은 가상을 현실로 만들고 있습니다.
가령, 나이 많은 성인들의 시각장애를 일으키는 주요 원인은 시력감퇴 (macular degeneration)인데 치료약은 없습니다. 시력감퇴 현상은 빛을 지각하는 안구의 뒷부분인 망막을
자극합니다. 의사들은 망막을 피해서 시신경에 직접 카메라를 장착하는 방법을 개발했습니다.
미국 서던캘리포니아 대학교의 마크 휴마이언 (Mark Humayun) 교수는 카메라로 찍은 실시간의 형상들을 작은 전기 신호(pulse)들로 전환해 시력을 잃은 환자들이 다시 앞을 볼 수 있게 하는 방법을 연구 중이라고 말했습니다. 휴마이언 교수는 안구에 이식된 수신기에 형상을 전송하는 장치를 개발했습니다. 이 장치는 안경에 부착된 작은 카메라로 이루어져 있습니다.
휴마이언 교수는 6명의 환자들이 이 장치를 길게는 5년동안 이용해왔다고 말했습니다. 환자들은 16 화소만으로도 시력이 놀라울 정도로 좋아졌다고 전하고 있습니다.
휴마이언 교수는 새로 개발된 장치로 빛과 어둠만 볼 수 있을 것으로 예상했다고 말했습니다. 그러나 장치를 이식한 환자들은 임상실험 중 컵과 접시, 칼을 구분할 수 있습니다. 환자들은 또 움직임과 큰 물질을 구분할 수 있어서 물질에 걸려서 넘어질 위험이 없습니다. 휴마이언 교수는 이같은 결과는 매우 놀랍다면서 그만큼 빠져있는 정보를 메울 수 있는 인간 뇌의 능력을 보여준다고 말했습니다.
연구원들은 보다 나은 결과를 가져올 것으로 기대되는 60 화소의 장치를 현재 개발하고 있습니다. 휴마이언 교수와 동료 연구원들은 노환이나 사고, 또는 전쟁으로 잃은 몸의 기능을 복구하는 방법을 연구하고 있습니다. 일부 연구원들은 자신들의 연구내용을 최근 미국 과학진흥회(American Association for the Advancement of Science)의 연례회의에서 논의했습니다.
미국 노스캐롤라이나 대학교의 로저 너라이언 (Roger Narayan) 박사는 현재 환자들의 기하학적 구조와 특정 상태에 부합하는 장치에 대한 수요가 환자들과 임상가들 사이에서 나타나고 있다고 말했습니다. 따라서 너라이언 교수는 도자기나 중합체, 금속 등의 참신한 물질들과 신속조형기술을 이용해 환자 개개인의 상태에 걸맞는 새로운 장치가 개발되고 있다고 설명했습니다.
너라이언 교수는 이같은 맞춤형 치료법은 보조 인공다리를 맞춰 받는 병사나 선천적인 기형아 등, 다양한 환자들을 도울 수 있다고 말했습니다.
최근 열린 미국 과학진흥회 회의에서는 특히 제니퍼 프렌치 (Jennifer French)씨의 시범이 인상 깊었습니다. 프렌치씨는 과학자는 아니고 스노 보드 사고로 하반신이 마비되어 휠체어에 의존하는 젊은 여성입니다. 프렌치씨는 허리에 부착된 조정장치의 단추를 누르면 일어설 수 있습니다.
프렌치씨는 시범을 보이면서 자신은 기능적인 보조장치를 통해 일어설 수 있다고 말했습니다. 프렌치씨는 두발로 설 수 있게 됨으로써 평소에는 집을 수 없었던 물건들을 집을 수 있게 됐고 휠체어가 들어갈 수 없었던 좁은 공간들에서 움직일 수 있게 됐다고 말했습니다.
제니퍼 프렌치씨 처럼 척수손상을 일으킨 경우 다리 근육은 멀쩡합니다. 다만, 뇌에서 보내오는 행동지시 신호를 받지 못할 뿐입니다. 미국 오하이오 주 소재 케이스 웨스턴 리저브 대학교의 헌터 페컴 (Hunter Peckham) 교수와 동료 연구진이 개발한 장치는 신경계의 손상된 부분을 우회합니다. 그러면서 근육이 더 이상 전달 받지 못하는 뇌의 신호를 복제하기 위한 전기자극제를 적용시킵니다.
이같은 장치의 혜택들은 아직 실험단계에 있지만 하루종일 휠체어에 앉아있음으로써 야기될 수 있는 의학상의 문제들을 최소화합니다. 또 정신적으로도 큰 힘이 됩니다. 제니퍼 프렌치씨는 몇 년 전 결혼했습니다. 프렌치씨는 다른 미국 신부들처럼 결혼식에서 휠체어에 앉지 않고 서서 행진하고 싶어했습니다. 프렌치씨는 다리의 보조장치를 이식 받은지 2년 만에 척수손상에도 불구하고 소원대로 서서 행진했습니다.
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Sooner or later, it seems, most everything imagined in science fiction comes true. From flying in space to talking on a telephone without wires, today's science increasingly resembles yesterday's fiction. And that's becoming more and more true in medicine.
In the 1970s, you may have followed the thrilling story of astronaut Steve Austin as doctors rebuilt his shattered body after that terrible accident.
OK, it was a TV series called The Six Million Dollar Man. Steve Austin, played by Lee Majors, got bionic implants that gave him strength, speed and vision far beyond normal capabilities.
Three decades later, science is catching up.
For example, one of the leading causes of blindness among older adults is macular degeneration, and there is no cure.
The condition affects the retina, the light-sensitive part of the back of the eyeball. So why not bypass that area and hook up a camera directly to the optic nerve?
"What we're trying to do is to take real-time images from a camera, convert them into tiny electrical pulses that would jump-start the otherwise-blind eye and allow patients to see," says Mark Humayun of the University of Southern California. He's developed a device that includes a tiny camera, placed discretely on a pair of eyeglasses, that sends images to a receiver that is actually implanted inside the eye. Humayun says six patients have been using the device for as long as five years. Even with only 16 pixels, the patients report a surprising increase in their visual capabilities.
"We expected that all we would see is just light and dark," he explained, "but the subjects can differentiate in a test environment between a cup, plate, and a knife. They can tell motion around there, they can tell large objects so they don't stumble into them, and this is all very surprising because it's not what we expected, and again it really speaks to the brain's ability to be able to fill in a lot of the missing information."
The researchers are now working on a 60-pixel version, which they hope will give even better results.
Humayun was one of several researchers working on restoring functions lost to age, accident or war who discussed their work at the recent annual meeting of the American Association for the Advancement of Science, the AAAS. Another was Roger Narayan of the University of North Carolina.
"There's a current demand by patients and clinicians for devices that fit patient geometry, specific patient conditions," Narayan told reporters. "So the idea is to use novel materials - whether it be ceramics, polymers or metals - and novel, rapid-prototyping technologies to create devices that fit the particular patient."
Narayan said such custom treatments can help, whether the patient is a soldier being fitted with an artificial leg or a child with a congenital deformity.
For those of us at the AAAS meeting, nothing was more impressive than the demonstration given by Jennifer French. She's not a scientist. She's a young woman sitting in a wheelchair, paralyzed from a snowboarding accident. She presses a button on a control box strapped to her waist ... and then she stands up.
"So here you see the functional benefit and the fact that I can stand out of my wheelchair," she explained. "I can reach for things I usually can't reach. I can move around into spaces where the wheelchair wouldn't fit. And I can transfer onto spaces that I normally wouldn't be able to transfer onto."
In the case of a spinal cord injury like Jennifer French's, the leg muscles, for example, aren't damaged. They just don't receive a signal from the brain telling them what to do. The system developed by Hunter Peckham and colleagues at Case Western Reserve University bypasses the injured part of the nervous system and applies an electrical stimulation to replicate the signal that the muscles no longer receive. But the artificial system takes some getting used to.
"There is a distinct learning curve," French explained. "Because when ...[you] press the button, there's a three-second delay, you stand and there's another three-second delay, where it's fully implanted so you have to get your timing down of how it works. And that's what you really need to work on, because there is a learning curve."
There are real benefits to a system like this, which is still very experimental. There's less risk of medical complications from being in a wheelchair all day, and of course there's an enormous psychological boost. Jennifer French was married a few years ago. Like many American brides, she wanted to walk down the aisle at her wedding, not roll down in a wheelchair. And two years after she got her implant system, despite the spinal cord injury that put her in a wheelchair, that's exactly what she did.