NEOFECT Blog

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왜 “신경”재활(neuro-rehabilitation)인가 – 뇌는 움직임을 위해 존재한다

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리우 올림픽의 열기가 한창 뜨겁습니다. 우리는 스포츠의 치열한 승부, 인간 승리의 드라마 등에 열광하지만, 한편으론 지구 최고의 운동선수들이 보여 주는 경이로운 움직임 그 자체에 탄복하기도 합니다. 한계까지 끌어올려 단련된 육체와 그 육체가 만들어 내는 움직임들은 그 자체로 예술이기도 합니다. 미국의 시몬 바일스 (Simone Biles)라는 여자 체조 선수는 4관왕을 휩쓸면서 인간의 몸이 만들 수 있는 아름다운 움직임을 여과 없이 보여 주고 있습니다.

 

이러한 운동 선수의 놀라운 움직임을 보면서, 대부분의 평범한 우리들은 “나의 움직임은 저렇게 대단하지 못해…”라고 좌절할 지 모르지만, 사실 그렇지 않습니다. 우리가 잊고 있는 것은, 우리가 생각 없이 쉽게 하는 일상 생활의 동작들 – 걷기, 달리기, 수저로 식사하기, 스마트 폰으로 메시지 보내기 등 -이 사실은 고도로 훈련된 정교한 동작들이라는 것입니다. 아기들은 처음에는 의미 없이 팔다리를 휘저으며 뇌의 명령이 운동과 어떻게 연결되는 지를 학습합니다. 이 과정에서 뇌 안에서는 복잡한 운동회로가 생성이 되며 점차 복잡한 운동을 할 수 있게 변화합니다.

 

사실, 인간을 비롯한 동물들을 식물들과 결정적으로 구분 짓는 것이 움직임이며, 동물이라는 단어 그 자체, 영어에서도 animal이라는 단어에 움직임이라는 개념이 핵심으로 자리 잡고 있습니다. 그리고 뇌는 근본적으로 그 복잡한 움직임을 조절하고, 새로운 움직임을 배우기 위해 발달한 기관입니다. 우리가 뇌를 생각할 때는 보통 고도의 추상적인 지적 능력을 연상하지만, 실제 뇌의 탄생 배경에는 움직임을 구현하기 위한 목적이 가장 먼저였습니다. 아래의 TED 강연에서, 세계적인 신경과학자 다니엘 울퍼트 (Daniel Wolpert) 교수가 이 점을 명시하고 있습니다. “뇌는 생각하기 위해서가 아니라, 정교하고 적응력을 갖춘 움직임을 구현하기 위해 만들어졌다.”

 

아직 확신이 안 든다면, 다른 방식으로 얘기해 보죠. 인간이 할 수 있는 것들이 얼마나 복잡하고 구현하기 어려운지 알려면 기계한테 같은 것을 시켜보면 됩니다. 아래의 영상은 작년에 열린 DARPA Robotics Challenge 2015에 출전한 인간형 로봇들이 “실패”하는 장면을 모아 편집한 것입니다. 1분 남짓한 영상이니, 음악에 맞추어 끝까지 보면 제법 재밌습니다^^

 

https://www.youtube.com/watch?v=g0TaYhjpOfo

 

이 경연대회는 화재 등 재난 상황을 가정하고, 인간형 로봇을 현장에 투입하여 필요한 구급 활동을 하게 하는 시나리오를 가지고 평가한 로봇 대회입니다 (참고로 1등은 자랑스럽게도 카이스트의 휴보 팀이 차지했습니다). 영상 속에 나온 로봇의 움직임은 위에 나온 시몬 바일스의 예술적인 움직임은 커녕, 평범한 사람들이 너무나 자연스럽게 할 수 있는 동작들이 로봇들에게는 얼마나 어려운 일인지 잘 알 수 있습니다. 물론 여기에는 움직임에 대한 조절 외에 사물을 인지하고 적절한 명령을 내리는 감각운동조합 (sensorimotor integration)과 같은 복잡한 문제들이 얽혀 있습니다. 인공지능이 인간 최고수에게 바둑을 이기게 만든 시대에 살고 있지만, “운동을 구현하는 인공지능”은 아직 문 손잡이를 여는 간단한 동작조차 쉽게 하지 못하는 것입니다. 이것은 정교하고 유연한 운동조절과 운동학습이 얼마나 어려운 일인지를 여실히 보여주는 증거입니다. 알파고도 로봇팔을 만들어 대국한 게 아니라, 컴퓨터 화면에 수를 표시하면 인간이 그것을 보고 대신 놓는 방식으로 했습니다. 물론 로봇팔을 써서도 잘 했을 수 있지만, 바둑 계산에만 집중하고 바둑돌을 기계나 옮기고 두는 과정에서 혹시 모를 실수를 방지하기 위함이었다고 짐작합니다.

 

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(Image 출처 : www.google.co.kr)

이렇듯 움직임은 복잡하기 짝이 없는 일이지만, 대부분의 사람들은 전혀 어려움 없이 자연스럽게 행하고 있습니다. 하지만 안타깝게도 중추신경계 질환 -뇌졸중, 파킨슨병, 뇌성마비 등- 을 앓고 있는 많은 환자들은 운동에 있어서 어려움을 겪습니다. 그 구체적인 증상과 정도는 손상을 입은 뇌부위와 그 심각도에 따라 천차만별이지만, 이 분들은 공통적으로 운동을 제어하는 뇌기능에 손상을 입어, 설령 근골격이 멀쩡하다 해도 운동에 장애를 겪게 되는 것입니다. 그러나 재활훈련은 운동기능 회복의 가능성을 열어주며, 그것은 뇌가 단지 정교한 운동을 조절하는 것만이 아닌, 훈련을 통해서 새로운 움직임이나 이전에 익숙했지만 질환으로 잃어버린 능력을 “운동학습”이라는 과정을 통해 재학습 할 수 있기 때문입니다. 간단히 비유하자면, 늘 가던 길이 공사 등으로 막혔을 때 우회로를 통해 갈 수 있는 것과 비슷합니다. 이 경우에는 새로운 길을 개척한다는 것이 더 적절하겠네요.

 

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(Image 출처 : www.freedigitalphotos.net)

하지만 모든 학습과정이 그러하듯이 재활을 통한 운동학습도 “어떻게”가 중요합니다. 네오펙트에서는 정밀한 운동평가를 통해 환자의 상태를 진단하고, 그에 최적화된 훈련 프로그램을 지속적으로 연구, 개발하고 있습니다. 재활은 기존의 경험칙으로부터 신경재활(neurorehabilitation)이라 불리는 뇌의 변화에 집중하는 학문적 접근과,

최근 부각되고 있는 데이터에 기반한 접근법이 융합된 새로운 흐름으로 변하고 있습니다. 이러한 변화를 통해 더욱 효율적인 재활이 가능해지고, 모든 운동질환 환자들이 자유롭고 아름다운 움직임을 회복하기를 기대합니다.

 

오영민

네오펙트 수석 데이터 과학자, 뇌신경과학 박사

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