의공 시각 보철을 테스트하기 위해 안경을 쓴 베르나 고메즈. (유타 대학교 존 A. 모란 안과 센터) 

 

42세의 베르나 고메즈는 눈과 뇌를 연결하는 시신경을 빠르게 파괴하는 해로운 질병인 독성 시신경병증에 걸렸다.

 

불과 며칠 만에 고메즈의 두 자녀와 남편의 얼굴은 어두워졌고 과학 교사로서의 그녀의 경력은 예상치 못한 종말을 맞이했다. 그러다가 2018년 57세의 고메즈는 용감한 결정을 내렸다. 그녀는 100개의 미세바늘이 있는 작은 전극을 뇌의 시각 영역에 이식한 최초의 사람으로 자원했다. 프로토타입은 약 4mm x 4mm인 페니보다 크지 않으며 6개월 후에 다시 꺼낼 것이다.

 

인공적으로 빛을 사용하여 망막을 떠나는 신경을 자극하는 수단으로 연구되고 있는 망막 임플란트와 달리 모란.코트비스Moran|Cortivis 보철로 알려진 이 특정 장치는 눈과 시신경을 완전히 우회하여 시각적 인식의 근원으로 바로 이동한다.

 

스페인에서 장치를 이식하기 위해 신경외과 수술을 받은 후, 고메즈는 다음 6개월 동안 매일 4시간 동안 실험실에 들어가 새로운 보철물에 대한 테스트와 훈련을 받았다. 처음 두 달은 고메즈가 그녀가 아직도 가끔 그녀의 마음에서 볼 수 있는 자발적인 빛의 찔림과 그녀의 의지의 직접적인 자극에 의해 유도된 빛의 반점을 구별하도록 하는 데 주로 사용되었다.

 

그녀가 이것을 할 수 있게 되면 연구원들은 그녀에게 실제 시각적 문제를 제시할 수 있다.

 

그녀의 의지에 있는 전극이 자극되었을 때, 고메즈는 포스펜으로 알려진 빛의 가시를 '본다'고 보고했다. 자극의 강도에 따라 빛의 반점이 더 밝거나 더 흐려질 수 있으며, 흰색 또는 더 세피아 톤이 될 수 있다.

 

두 개 이상의 전극이 동시에 자극되었을 때 고메즈는 빛의 반점을 더 쉽게 인지할 수 있음을 발견했다. 일부 자극 패턴은 밀접하게 배치된 점처럼 보였고 다른 자극 패턴은 수평선과 비슷했다.

 

"뭔가가 보여!" 고메즈는 2018년에 그녀의 뇌에 하얀 선을 살짝 보고 외쳤다.

 

수직선은 연구원이 유도하기 가장 어려웠지만 훈련이 끝날 무렵 고메즈는 100%의 정확도로 수평 및 수직 패턴을 정확하게 구별할 수 있었다.

 

 

 

 

작동 중인 유타 전극 어레이. (유타 대학교 존 A. 모란 안과 센터)

 

"게다가, 피험자는 자극 전극 사이의 거리를 늘릴 때 지각이 더 길쭉한 모양을 가졌다고 보고했다."라고 저자는 논문에 썼다.

 

"이것은 포스펜의 크기와 모양이 자극되는 전극의 수뿐만 아니라 공간 분포의 함수임을 시사한다… "

 

이러한 유망한 결과를 감안할 때 실험의 마지막 달은 고메즈가 그녀의 의수로 글자를 '볼' 수 있는지 여부를 조사하는 데 사용되었다.

 

최대 16개의 전극이 다른 패턴으로 동시에 자극되었을 때 고메즈는 I, L, C, V 및 O와 같은 일부 문자를 확실하게 식별할 수 있었다. 그녀는 대문자 O와 소문자 o도 구별할 수 있었다.

 

나머지 알파벳에 필요한 자극 패턴은 아직 알려지지 않았지만 이번 발견은 뇌의 전극으로 뉴런을 자극하는 방법이 2차원 이미지를 생성할 수 있음을 시사한다.

 

실험의 마지막 부분에는 소형 비디오 카메라가 내장된 특수 안경을 쓴 고메즈가 포함되었다. 이 카메라는 그녀의 앞에 있는 물체를 스캔한 다음 보철물을 통해 그녀의 뇌에 있는 다양한 전극 조합을 자극하여 간단한 시각적 이미지를 생성했다.

 

안경은 궁극적으로 고메즈가 판지에 있는 흑백 막대의 대조적인 경계를 구별할 수 있게 해주었다. 그녀는 컴퓨터 화면의 왼쪽 또는 오른쪽 절반에서 큰 흰색 사각형의 위치를 찾을 수도 있었다. 고메즈는 더 많이 연습할수록 더 빨라졌다.

 

결과는 고무적이지만 6개월 동안 단일 주제에 대해서만 존재한다. 이 프로토타입이 임상에 사용되기 전에 훨씬 더 오랜 기간 동안 더 많은 환자들에게 테스트해야 한다.

 

다른 연구에서는 유타 전극 어레이로 알려진 동일한 미세 전극 어레이를 뇌의 다른 부분에 이식하여 인공 팔다리를 제어하는 데 도움이 되었기 때문에 적어도 단기적으로는 안전하다는 것을 알고 있다. 그러나 기술의 경우 아직 초기 단계이므로 몇 달 동안만 작동해도 기능이 꾸준히 저하될 수 있다.

 

엔지니어가 장치의 신뢰성을 강화하는 동안 시각적 입력을 해석하는 소프트웨어를 프로그래밍하는 방법을 정확히 알아야 한다.

 

작년에 휴스턴에 있는 베일러 의과대학의 연구원들은 유사한 장치를 시각 피질의 더 깊은 부분에 삽입했다. 5명의 연구 참가자(그 중 3명은 시력을, 2명은 시각 장애인) 중에서 팀은 이 장치가 시각 장애인이 W, S, Z와 같은 간단한 문자의 모양을 추적하는 데 도움이 된다는 것을 발견했다.

 

고메즈의 경우 장치가 신경 사망, 간질 발작 또는 기타 부정적인 부작용을 유발한다는 증거는 없었으며 이는 좋은 징조이며 돌이킬 수 없는 손상을 입은 사람들에게도 미세 자극을 안전하게 사용하여 그들의 망막이나 시신경에 기능적 시력을 회복할 수 있음을 시사한다.

 

"이 연구의 한 가지 목표는 시각 장애인에게 더 많은 이동성을 제공하는 것이다."라고 유타 대학의 생명공학자인 Richard Normann은 말한다.

 

"그것을 통해 사람, 출입구 또는 자동차를 쉽게 식별할 수 있다. 독립성과 안전성을 높일 수 있다. 그것이 우리가 노력하고 있는 것이다."

 

현재로서는 시각 인공물로 되돌릴 수 있는 아주 기초적인 시각 형태만 있는 것 같지만 시각 장애인과 시각 장애인을 대상으로 뇌와 이러한 장치를 더 많이 연구할수록 더 복잡한 시각적 이미지특정 패턴의 자극이 재생산될 수 있는 방법을 더 잘 알게 될 것이다.

 

아마도 언젠가는 고메즈가 한 일 때문에 미래의 다른 환자들이 이 보철물로 전체 알파벳을 추적할 수 있게 될 것입니다. 4명의 환자가 이미 이 장치를 시험해 보기 위해 줄을 섰다.

 

고메즈는 몇 년 전 성명을 통해 "내가 장님이라는 것을 알고 있다. 나는 항상 장님이 될 것이다"라고 말했다.

 

"하지만 미래에 사람들을 돕기 위해 뭔가를 할 수 있을 것 같은 느낌이 들었다. 지금도 그렇게 느끼고 있다."

 

고메즈의 이름은 그녀의 모든 통찰력과 노력에 대한 논문의 공동 저자로 나열된다.

 이번 연구는 Journal of Clinical Investigation에 게재됐다.