[POSTECH 박성민 교수 연구팀, 가상의 뇌 이용해 혈압을 정밀 조절한다]

 IT융합공학과·기계공학과·전자전기공학과 박성민 교수, 이지호 박사(現 삼성리서치) 연구팀이 뇌의 심혈관 조절 원리를 재현한 ‘디지털 트윈(digital twin)’을 만들어 고혈압 치료의 새로운 실마리를 찾아냈다. 디지털 트윈은 실제 대상을 가상 환경에서 재현하는 기술로, 이 연구는 네이처(Nature) 파트너 저널인 ‘npj 디지털 메디슨(npj Digital Medicine)’에 지난달 23일 게재됐다.

 고혈압은 ‘조용한 살인자’로 불린다. 뚜렷한 증상은 없지만 심장병과 뇌졸중 같은 심각한 합병증으로 이어질 수 있기 때문이다. 게다가 평생 약을 먹어야 하는 부담과 약물 부작용은 환자들에게 큰 고통이다. 최근에는 약 대신 인공적으로 신경신호를 조절해 혈압을 낮추는 신경자극(neurostimulation) 치료법이 주목받고 있지만, 자극이 혈압 변화로 정확히 이어지는 과정을 예측하기 어려워 정밀 치료에 한계가 있었다. 

 POSTECH 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 혈압 조절을 담당하는 뇌 부위인 고립로핵^*1 (이하 NTS)에 주목했다. 연구 결과, NTS에서는 몸 곳곳에서 전달되는 다양한 신경신호가 몇 가지 핵심 신호로 압축되는 '저차원 잠재공간 변환' 과정이 일어남을 규명했다. 예를 들어 '혈압이 높아요', '심장이 빨리 뛰어요', '혈관이 좁아졌어요' 같은 신경신호들이 들어오면 이를 종합해 '혈압을 낮추자' 또는 '혈압을 올리자'는 간단한 명령으로 변환하는 것이다. 이 과정을 디지털 트윈으로 구현함으로써, 자극으로 변조된 신경신호가 혈압에 미치는 영향을 예측하고 효과적인 자극을 설계할 수 있게 된 것이다.

 무엇보다 개발된 뇌-심혈관 디지털 트윈은 실제 치료 기술로의 적용 가능성까지 보여주었다. 연구팀은 디지털 트윈을 활용해 환자마다 맞춤형으로 가장 효과적인 신경자극 패턴을 찾아주는 자동 최적화 시스템의 개발 가능성도 입증했다. 이 시스템은 센서를 통해 환자의 신체 상태를 실시간으로 모니터링하고, 부작용을 최소화하며 혈압을 최적화할 수 있는 신경자극을 계산해 낸다. 특히, 현재 병원에서 사용 중인 의료기기와 연동이 가능해 임상 현장에서 빠르게 적용될 가능성이 크다는 것도 큰 장점이다.

 

 

 

 박성민 교수는 “디지털 트윈 기반 신경자극 기술은 고혈압 관리 방식을 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain Computer Interface)를 이용해 약물 의존도를 줄이고 보다 안전하고 효과적으로 관리할 수 있는 길을 연 것”이라며, “환자 맞춤형 치료 시대를 앞당기는 전환점이 될 것”이라고 전했다.

 한편, 이번 연구는 한국연구재단·과학기술정보통신부의 중견연구과제, 미래유망 융합기술파이오니어사업, 의 지원으로 수행됐다. 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41746-025-01635-w

1. 고립로핵(NTS, Nucleus Tractus Solitarius): 뇌간(brainstem)에 위치한 중요한 신경핵으로, 신체의 자율 신경계 조절에 핵심적인 역할을 한다. 혈압, 심박수, 호흡과 같은 생리적 기능을 조절하는 데 중요한 역할을 하며, 다양한 신경 신호를 처리하여 신체의 생리적 상태를 조절한다.