[한국판 新 600만불 사나이 ②] 맹인 없는 세상 만드는 ‘인공 눈’(동아사이언스)

인공 눈 시스템의 원리 - 동아일보 제공

 

몸이 천 냥이면 눈은 구백 냥. 사람은 인체 감각 기관 중 눈에서 받는 정보를 가장 중요하게 받아들인다. 귀가 잘 안 들리거나 촉각이 다소 둔감해도 어느 정도 일상생활을 해 나갈 수 있지만 당장 눈이 불편하면 큰 제약을 받기 때문이다.

 

사람의 눈은 외부에서 들어온 빛을 각막을 통해 받아들이고, 홍체의 크기를 조절해 빛의 양을 가감한다. 망막 바로 뒤에 있는 수정체는 두께를 수시로 변화시키면서 초점을 조절한다. 이렇게 들어온 빛은 망막에 상이 돼 맺히고, 망막세포가 자극을 받아 생체 전기신호를 만든다. 그리고 이 신호가 뇌로 전달돼 들어가야 비로소 사람이 사물을 볼 수 있다.

 

현대 의학기술의 발달로 많은 안과 질환이 해결됐다. 수정체의 굴절률이 떨어진 사람은 안경이나 콘텍트렌즈로 교정할 수 있고, 백내장 같은 질환은 인공 수정체를 삽입해 치료한다. 최근에는 다른 사람의 각막을 이식 받아야만 해결할 수 있었던 각막도 폴리머 소재로 만든다. 최근엔 줄기세포 기술을 이용해 인공각막 배양기술도 연구하고 있다.

 

하지만 이렇게 발전한 안과 기술도 눈에서 들어온 빛을 신경회로로 바꿔주는 망막 자체에 문제가 생기면 대안이 없는 경우가 많다. 망막변성이나 망막박리, 망막색소변성증 등 많은 망막 질환의 경우 대부분이 병증이 더 이상 심해지지 않게 만드는 게 최선이다. 다행이 일부만 손상을 입는 경우 일상생활을 영위할 수 있는 경우도 많지만, 망막의 상당부분이 손상되면 시력을 잃을 확률이 높다.

 

최근 망막장애 환자는 계속해서 늘고 있다. 국민건강보험공단 자료에 따르면 2012년 망막장애 환자는 85만7813명이다. 2008년 54만2200명이었으니, 매년 평균 12.2%나 증가한 셈이다.

 

● 카메라를 시신경에 직접 연결한다

 

 

Argus II 인공눈 시스템의 모습. 미국 FDA 인증을 획득해 실제 환자들에게 적용 할 수 있다. - FDA 제공

 

최근 다양한 연구가 진행되면서 망막에 문제가 생겨 시력을 잃은 사람들도 희망을 가질 수 있게 됐다. 우리나라를 비롯해 해외 선진국에서 ‘시신경 자극기술’ 연구가 한창이기 때문이다.

 

이 방식은 초소형 영상카메라로 사물을 촬영하고, 이 카메라에서 들어온 신호를 사람의 안구 뒤쪽으로 뻗은 시신경에 직접 연결하는 기술이다. 본래 망막이 자극해줘야 할 시신경을 초소형 카메라에서 받은 전기신호로 직접 자극하는 것이다. 망막은 물론 각막이나 수정체 등 눈의 일부분에 문제가 생겨 시력을 잃은 사람도 다시 앞을 볼 수 있게 한 것이다.

 

2005년 독일과 미국 과학자들이 이같은 형태의 생체공학 인공눈을 개발했는데, 안경에 카메라를 연결하고, 이 전기신호를 다시 시신경에 연결해 시각장애인들이 점으로 이뤄진 사물을 다시 볼 수 있게 하는 데 성공했다. 안경에 내장된 아주 작은 미니 비디오 카메라와 연결된 컴퓨터 칩을 눈의 뒤쪽에 있는 망막 시신경에 이식한 것이다.

 

망망 시신경에 연결한 칩에는 16개의 작은 전극이 들어 있어서 전극이 자극을 받으면 하나라도 살아 남아있는 시신경을 자극한다. 따라서 시각장애인은 16개의 점을 볼 수 있다. 앞으로 전극의 숫자를 50~100개로 늘리면 사물의 전체적인 영상을 보다 더 잘 나타낼 수 있고, 기술이 더 발달해 점의 숫자가 무한히 늘어나면 시각장애인도 장애물을 피해 걸어가고 문과 창문도 통과할 수 있다.

 

이런 인공눈은 최근 미국 벤처인 세컨드사이트에서 적극적으로 개발하고 있다. ‘아구스 II(Argus II)’라는 이름의 이 인공눈 시스템은 아주 작은 60개의 전극을 가진 마이크로칩을 환자 20명의 망막에 이식했다. 이식수술을 받은 사람들은 대부분 미세하게나마 형태를 구분할 수 있게 만드는 데 성공했다. 독일의 벤처인 레티나 임플란트에서는 1500개 전극이 있는 '알파 이엠에스(Alpha IMS)'를 개발하여 망막색소변성으로 시력을 잃은 환자가 시술받은 후 4글자로 이뤄진 큰 단어를 정확히 읽는데 성공하였다. 

 

세컨드사이트 사의 인공눈은 ‘아구스 II 망막보철시스템'(Argus II Retinal Prosthesis System)’이라는 이름으로 최근 미국 식품의약국(FDA)의 조건부 사용 승인을 받는데도 성공했다. 이제 수술만 받으면 치료법이 없어 시력을 잃은 사람도 어느 정도는 앞을 볼 수 있는 세상이 된 것이다.

 

 

● 수술부담 줄인 ‘한국형 인공눈’

 

 

정흠 서울대 교수팀이 개발한 한국형 인공눈 장비.

 

국내에서도 이런 인공눈 개발이 한창이다. 정흠 서울대병원 안과 교수와 김성준 서울대 전기정보공학부 교수팀 등이 앞서 나가고 있다. 이 인공눈은 기존 시스템의 단점인 수술 부담을 크게 줄였다.

 

지금까지는 인공눈 센서를 이식하려면 눈 뒤편 망막에 직접 시신경을 연결해야 했다. 수술을 통해 눈동자에 직접 신경 자극기와 무선 수신기 같은 부품을 이식했지만 수술에 따른 부작용이 컸다.

 

연구진은 이들 부품을 하나로 합쳐 작게 만든 뒤 안구 바깥쪽 바로 옆에 붙여 수술 부담을 줄였다. 칼로 눈동자를 많이 열 필요가 없이 눈 뒷부분을 2mm 정도만 열어도 이식이 가능하다.

 

이렇게 이식 한 장치는 카메라가 달린 안경다리와 무선으로 연결해 신호를 주고 받으며 시신경에 정보를 전달한다. 아직 임상실험은 시작하지 않았지만 토끼 등을 통한 동물실험에는 이미 성공했다. 연구팀은 이 기술을 실제 환자 치료에 적용하려면 모든 기술의 95% 정도를 완성한 것으로 보고 추가 연구가 한창이다.

 

모든 연구가 계획대로 진행된다면 시력을 잃은 사람도 수술 부담 없이 간단한 시술만으로 누구나 선글라스만 쓰면 앞을 볼 수 있는 세상이 다가올 것으로 보인다. 한국형 인공눈 기술이 ‘시각장애인 없는 세상’을 만드는 데 큰 도움이 되길 기대해 본다.

 

 

(도움말: 서종모 서울대병원 안과 교수, callme@snu.ac.kr) 

 

정리=전승민 기자 enhanced@donga.com

http://www.dongascience.com/news/view/5847