사진. 쓰쿠바대학교
사이보그형 착용 로봇이 사용자의 ‘움직이려는 의지’에 반응해 뇌의 신경 가소성을 촉진한다는 연구 결과가 밝혀졌다. 뇌 손상이나 신체 마비로 움직임이 제한된 환자를 위한 신경 재활 치료에서, 단순히 ‘로봇에 의해 움직이는 것’이 아니라 ‘스스로 움직이려는 의지’를 가진 상태에서 로봇을 활용하는 것이 뇌의 보다 광범위한 활성화를 유도한다는 점이 확인된 것이다.
쓰쿠바대학교 연구팀은 건강한 성인을 대상으로 CYBERDYNE社가 개발한 착용형 사이보그 로봇 'HAL'을 사용해 ‘능동적 로봇 보조’, ‘수동적 로봇 보조’, ‘자발적 운동’ 등 세 가지 조건 하에서 팔을 들어올리는 움직임을 유도하고, 기능적 근적외선분광법(fNIRS)을 통해 실시간으로 뇌 활동을 측정했다.
측정 결과, 스스로 팔을 들어 올리거나, 로봇의 도움을 받더라도 ‘직접 움직이려는 의지’를 가진 조건에서는 운동을 계획하고 준비하는 고차원 운동영역과 1차 운동피질, 감각운동 피질이 광범위하게 활성화됐다. 반면, 사용자가 의지를 가지지 않고 로봇에 의해 단순히 ‘움직여지는’ 조건에서는 이러한 영역의 활성화가 현저히 낮았다. 이는 움직이려는 의지가 뇌 내 감각-운동 네트워크 전체를 동원하고, 신경 회복에 긍정적인 영향을 준다는 점을 시사한다.
특히 외골격 착용형 로봇 HAL은 단순 보조형 재활기기와 달리 사용자의 운동 의지에 기반한 능동적 작동이 가능하며, 뇌의 재구성(신경 가소성)을 유도하고 전신적인 치료 효과를 기대할 수 있는 장점이 확인됐다. 최근 발표된 임상 리뷰에서도 HAL이 유일하게 의지 기반 작동을 통해 광범위한 뇌 가소성을 이끌어낸다는 평가를 받았다.
이번 연구는 기존의 수동적 재활 방식에서 벗어나, 사용자와 로봇이 ‘의지’라는 신경적 상호작용을 기반으로 협동하는 차세대 재활 전략의 유효성을 입증한 셈이다. 또한 fNIRS 기술을 통해 이러한 뇌 활성화 과정을 비침습적으로 모니터링할 수 있다는 점에서도 의료 현장에 유의미한 기여를 할 수 있다.
향후 연구팀은, 실시간으로 사용자의 운동 의지를 탐지하고 그에 맞춰 로봇이 반응하는 ‘의지 구동형 재활 로봇 기술’의 개발에 박차를 가할 계획이다. 인간과 로봇이 뇌신경을 매개로 긴밀히 연결되는 사이보그형 재활 시스템은, 신경 재활과 인지 회복의 새로운 지평을 여는 열쇠로 기대되고 있다.
