‘이중 신경 우회로’로 한 사람이 자신의 손을 움직이고 촉각을 느끼기까지

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상단 이미지는 이 글을 위해 AI로 만든 설명용 삽화입니다. 연구 사진이나 참가자 사진, 논문 Figure가 아닙니다.

심한 만성 사지마비가 있는 한 남성이 뇌 운동피질에서 읽은 신호를 출발점으로 자신의 손을 열고 닫았습니다. 깨지기 쉬운 물체를 집고, 컵으로 물을 마시고, 스스로 음식을 먹기도 했습니다. 손의 압력 센서가 감지한 정보는 체성감각피질 자극으로 이어져 촉각과 비슷한 느낌을 만들었습니다. 장치가 손을 직접 움직여 주지 않을 때에도 팔꿈치 근력과 손목 감각의 일부 개선은 남았습니다. 분명 놀라운 결과입니다. 다만 실험실에서 참가자 한 명을 대상으로 침습적인 연구용 시스템을 시험한 결과일 뿐, ‘마비 치료가 입증됐다’는 뜻은 아닙니다.[1,2]

컵을 잡는 일은 생각보다 복잡합니다. 이번 연구를 이해하려면 먼저 손을 움직일 때 뇌와 몸 사이에서 어떤 신호가 오가는지 볼 필요가 있습니다.

손을 움직이려면 신호가 오가야 합니다

컵을 잡으려 할 때 뇌는 “손을 닫자”는 운동 명령을 만듭니다. 이 신호는 척수를 지나 말초신경과 근육에 도착합니다. 그와 동시에 손에서 느낀 촉각과 압력 정보는 뇌로 올라옵니다. 컵이 미끄러우면 조금 더 세게, 얇은 과자라면 덜 세게 잡을 수 있는 것도 이런 피드백 덕분입니다.

높은 목 부위의 척수가 크게 손상되면 이 왕복 신호가 끊길 수 있습니다. 뇌에는 움직이려는 의도가 남아 있고 근육도 어느 정도 자극에 반응하지만, 명령이 손까지 충분히 전달되지 않습니다. 반대로 손에서 생긴 촉각 정보도 뇌에 닿지 못할 수 있습니다.

이번 연구의 **이중 신경 우회로(double neural bypass, DNB)**는 끊어진 길을 전자 장치로 우회하려는 시도입니다. 뇌 신호를 읽어 손을 움직이는 것만이 목표는 아니었습니다. 손에서 감지한 정보를 뇌에 다시 전달하고, 뇌와 척수, 말초를 자극하는 일을 훈련과 함께 진행했습니다. 그렇게 하면 장치를 끈 뒤에도 변화가 남을 수 있는지 시험한 것입니다.[1]

먼저 다섯 가지만 짚고 가겠습니다

첫 인간 보고이자 참가자 한 명의 연구입니다. 참가자는 등록 당시 42세 남성으로, 다이빙 사고 13개월 뒤 C4 감각/C5 운동 AIS A 사지마비 상태였습니다.[1]
하나의 칩이 모든 일을 한 것이 아닙니다. 뇌 전극, 신경신호 해독, 근육 자극, 손 보조기, 압력 센서, 척수 자극, 패턴화한 뇌 자극이 결합된 시스템입니다.
장치가 켜진 동안 자신의 손을 움직이고 인공 촉각을 느꼈습니다. 연구 환경에서 컵을 들고 스스로 음식을 먹는 과제도 수행했습니다.[1]
장치를 끈 뒤 남은 변화도 있었지만 범위가 좁았습니다. 팔꿈치 근력과 오른쪽 손목 감각이 좋아졌지만, 손가락을 스스로 움직이거나 손끝 감각이 정상으로 돌아온 것은 아닙니다.[1]
승인된 치료법도, 마비의 완치 증거도 아닙니다. 등록 임상시험은 최대 7명을 모집하는 공개 단일군 초기 가능성 연구이며 아직 전체 결과가 공개되지 않았습니다.[2]

뇌–컴퓨터 인터페이스는 무엇을 읽었을까

**뇌–컴퓨터 인터페이스(BCI)**는 뇌 활동의 패턴을 기록해 정해진 명령으로 바꾸는 기술입니다. 연구진은 왼쪽 일차운동피질에 미세전극 배열 두 개를 이식하고, 참가자가 손을 열거나 닫으려 할 때 나타나는 신호를 기록했습니다.

이 신호를 해석하는 데는 LSTM이라는 순환신경망을 썼습니다. 모델이 구분한 것은 휴식, 손 열기, 손 닫기, 팔 뻗기라는 네 가지 상태였습니다. 사람의 마음을 자유롭게 읽은 것이 아닙니다. 미리 정한 몇 가지 움직임을 구분하도록 학습한 것입니다.

최종 해독기는 선택한 전극 10개에서 얻은 특징을 사용했습니다. 평가 기간에는 새로 학습시키지 않은 ‘고정’ 상태로 5개월 넘게 작동했고, 몇몇 세션에서는 정확도가 최대 84.6%였습니다.[1]

하지만 의도를 읽는 것만으로 손이 움직이지는 않습니다. 다음 단계는 해독한 명령을 실제 근육 움직임으로 바꾸는 일입니다.

뇌 신호가 자신의 손을 움직이기까지

연구진은 팔뚝 피부에 붙인 전극으로 **신경근 전기자극(NMES)**을 가했습니다. 해독기가 손을 열거나 닫으려는 의도를 감지하면, 전기 자극이 그에 반응하는 손가락 근육을 움직였습니다.

하지만 모든 근육이 충분히 반응한 것은 아닙니다. 신경전도검사 결과는 하위운동신경이 손상됐을 가능성을 시사했습니다. 전기 자극만으로 강하고 안정적인 잡기를 만들기 어려웠고, 연구진은 3D 프린팅한 능동형 손 보조기를 더했습니다. 인공 힘줄이 검지와 중지를 구부리고, 보조기에 달린 센서가 쥐는 힘을 측정했습니다.

그래서 “자신의 손을 뇌로 움직였다”는 말에는 설명이 필요합니다. 뇌 신호가 명령의 출발점인 것은 맞지만, 실제 움직임은 해독기와 외부 전기자극, 필요할 때는 동력 보조기가 함께 만들었습니다. 보조 없이 정상적인 손 기능이 돌아온 것과는 다릅니다.

Chandrasekaran 등, Nature Medicine (2026)의 원본 Figure 1입니다. CC BY 4.0에 따라 사용했으며, 재도식화 없이 크기 조절과 압축만 했습니다. 표기는 저자의 영어 원문을 유지했습니다. [1]

손의 압력을 뇌로 돌려보내는 ‘닫힌 고리’

사물을 보는 것만으로는 섬세하게 잡기 어렵습니다. 손에 닿았는지, 얼마나 세게 누르는지 알아야 힘을 조절할 수 있기 때문입니다.

참가자의 일차체성감각피질(S1)에도 미세전극 배열을 이식했습니다. 손이나 보조기에 달린 압력 센서가 접촉을 감지하면 시스템이 S1에 **뇌 피질 미세자극(ICMS)**을 보냈습니다. 선택한 전극을 자극했을 때 참가자는 주로 엄지와 검지 부근을 만지는 듯한 느낌을 받았습니다.

신호 흐름은 다음과 같습니다.

운동피질에서 잡으려는 의도를 읽습니다.
해독기가 근육 자극과 보조기를 작동시켜 손을 닫습니다.
센서가 접촉 압력을 측정합니다.
S1 자극이 촉각과 비슷한 느낌을 만듭니다.
참가자가 이 정보를 이용해 행동합니다.

이전 연구에서는 인공 촉각을 더했을 때 로봇팔을 더 빠르게 조작할 수 있었습니다. 이번에는 같은 원리를 참가자 자신의 손과 더 복잡한 뇌–신체 시스템에 적용했습니다.[3–5]

왜 강화학습이 필요했나

운동 해독기는 “잡기 시작”을 구분하는 데는 유용했지만, 힘을 계속 섬세하게 조절하지는 못했습니다. 그대로 연결하면 물체를 너무 약하게 놓치거나 너무 세게 누를 수 있었습니다.

연구진은 시스템 안쪽의 제어 고리에 강화학습(RL) 알고리즘을 넣었습니다. 강화학습은 목표에 가까운 행동에 보상을 주면서 제어 방법을 익히는 방식입니다. 여기서는 LSTM이 참가자의 잡기 의도를 알아차리면, RL이 보조기를 빠르게 조절해 힘을 정해진 범위 안에 맞췄습니다.

속이 빈 깨지기 쉬운 달걀 껍데기를 잡는 실험에서 세션별 성공률은 **RL을 켰을 때 87%, 껐을 때 27%**였습니다. 각 조건은 5회 세션으로 비교했습니다. 다만 이는 한 참가자 안에서 진행한 작은 실험의 결과이지, 환자의 치료 성공률이 아닙니다. 물체와 목표 힘도 각각 한 종류만 사용했습니다.[1]

또 다른 실험에서는 참가자가 손과 달걀 껍데기를 볼 수 없게 했습니다. S1 촉각 피드백을 켠 네 블록에서는 물체가 있을 때만 들어 올리는 과제를 100% 성공했습니다. 반면 피드백을 끈 세 블록에서는 우연 수준에 머물렀습니다. 이 시스템 안에서 인공 촉각이 실제 행동에 도움이 됐다는 근거입니다. 하지만 다른 환자에게도 같은 결과가 나온다고 말할 수 있는 규모는 아닙니다.[1]

켰을 때 돕는 것과 껐을 때 남는 것

논문에서 가장 흥미롭지만, 그만큼 과장하기도 쉬운 대목입니다. 일부 변화는 이 우회 시스템이 손을 직접 움직이지 않는 때에도 나타났습니다.

연구진은 목 부위 척수 신경뿌리를 피부 위에서 자극하는 **경피적 척수자극(tSCS)**을 활동 훈련과 함께 시행했습니다. 척수에 전극을 넣는 경막외 자극과 달리 이 부분은 비침습적입니다.

연구진은 자극을 시작하기 전부터 20주 동안 팔꿈치 힘을 반복해서 측정했습니다. 자극 전 중앙값과 비교했을 때 약 15주 뒤 팔꿈치 굽힘 힘은 오른쪽 61%, 왼쪽 25% 증가했습니다. 약 35주 뒤에는 증가 폭이 각각 86%, 62%였습니다. 참가자는 양손을 얼굴까지 올릴 수 있게 됐습니다.[1]

이 변화는 BCI가 그 순간의 움직임을 대신 만들어 낸 결과가 아니라, 몸에 가까운 쪽 팔 근육 자체가 강해진 것이었습니다. 그러나 tSCS만으로는 심하게 손상된 손 근육을 스스로 조절하는 능력이 늘지 않았습니다. 손과 손목 끝쪽의 촉각 결손도 나아지지 않았고, 손을 열고 닫거나 물체를 제대로 잡으려면 여전히 능동 보조 시스템이 필요했습니다.

두 효과를 구분하면 이렇습니다.

장치 사용 중 보조: 뇌 의도 해독과 NMES/보조기가 손을 움직였고, 센서와 S1 자극이 인공 촉각을 만들었습니다.
장치 밖 변화: 반복 자극과 훈련 뒤 팔꿈치 굽힘 힘이 커졌고, 이후에는 특정 손목 부위의 감각이 일부 좋아졌습니다.

이 둘을 구분하지 않고 모두 “회복”이라고 부르면, 실제로 확인된 결과보다 훨씬 넓은 변화처럼 들립니다.

손목 감각을 다시 만드는 실험

감각 변화를 더 오래 남기기 위해 연구진은 **피질 미러링(cortical mirroring)**이라는 실험적 방법을 더했습니다. 손을 만지는 장면을 상상하거나 실제로 손을 만질 때 S1에 나타나는 활동 패턴을 찾고, 그중 선택한 공간 패턴을 S1 자극으로 다시 만들어 냈습니다. 이 과정은 말초 자극, tSCS, 감각운동 상상 훈련과 함께 진행했습니다.

표적은 엄지, 검지, 손목 바깥쪽이었습니다. 중재가 시작된 뒤 참가자는 오른쪽 손목에서 더 가벼운 모노필라멘트 자극을 정확히 느끼고 위치를 맞혔습니다. 시험 중에는 유효 힘 10g까지 감지했습니다. 연구진은 자극을 중단한 뒤에도 2개월 넘게 개선이 남았다고 보고했습니다. 별도의 누르기 과제에서는 11회 세션에 걸쳐 손목 위치를 평균 81% 정확도로 맞혔습니다.[1]

그러나 한계도 분명했습니다. 모든 실험 단계에서 양손의 검지 끝, 검지 손바닥면, 엄지 끝 감각은 보고되지 않았습니다. 중재 후 감각을 느끼고도 위치를 잘못 짚은 경우가 있었습니다. 오래 남은 효과도 오른쪽 손목 바깥쪽의 부분적인 개선에 그쳤습니다. 정상적인 손 감각이 돌아온 것은 아닙니다.

Chandrasekaran 등, Nature Medicine (2026)의 원본 Figure 5입니다. CC BY 4.0에 따라 사용했으며, 재도식화 없이 크기 조절과 압축만 했습니다. 통계 표기와 영어 라벨은 저자의 원문입니다. [1]

이번 연구가 새로 보탠 것

이 시스템을 이루는 요소가 하나하나 다 처음 나온 것은 아닙니다. 이전에도 뇌 신호로 근육 자극을 조절했고, 인공 촉각으로 로봇팔 조작을 개선했으며, 목 부위 척수자극으로 상지 기능의 변화를 시험했습니다.[3–6]

이번 연구의 새로움은 참가자 자신의 손을 중심으로 보조 층과 재활 층을 통합했다는 데 있습니다.

소수의 운동 의도를 장기간 안정적으로 해독했습니다.
근육 자극과 보조기로 실제 움직임을 만들었습니다.
센서 정보를 뇌 피질로 돌려보내 촉각 고리를 닫았습니다.
강화학습으로 깨지기 쉬운 물체를 잡는 힘을 조절했습니다.
척수와 뇌 피질 자극을 훈련과 결합했습니다.
즉시 수행 능력뿐 아니라 장치 사용 밖의 제한된 변화도 장기간 관찰했습니다.

움직이기만 하는 신경보철은 시각 의존도가 높고 힘 조절이 어렵습니다. 반대로 남은 신경 경로를 자극하는 재활법만으로는 심한 손상 아래 근육을 움직이기 어려울 수 있습니다. 두 접근을 묶은 구조 자체가 과학적으로 중요한 이유입니다.

그래도 아직 ‘마비 치료법’이라고 부르기 어렵습니다

첫째, 참가자가 한 명입니다. 자극 전 기준선을 오랫동안 측정한 것은 장점입니다. 그래도 손상 위치와 중증도, 경과 기간, 나이, 말초신경 상태가 다른 사람에게 같은 결과가 나올지는 알 수 없습니다. 집중 훈련이나 반복 검사, 시간 경과, 측정값의 흔들림이 각각 얼마나 영향을 줬는지도 완전히 가려내기 어렵습니다.

둘째, 시스템이 매우 복잡합니다. 개두술과 뇌 전극뿐 아니라 피부 밖으로 연결되는 장치, 외부 자극기, 전극 패치, 센서, 보조기, 맞춤 소프트웨어, 숙련된 연구팀까지 필요했습니다. 집에서도 쓸 수 있는지, 설정을 자동화할 수 있는지, 전극이 오래 안정적으로 작동하는지 확인해야 합니다. 감염과 부작용, 유지관리 부담도 남아 있습니다.[1]

셋째, 손 기능은 정해진 과제 안에서만 평가됐습니다. 해독한 상태는 네 가지였고, 정밀 잡기 실험에서는 한 종류의 물체와 한 수준의 목표 힘만 사용했습니다. 실제 생활에서는 물체의 모양과 재질이 계속 달라지고, 팔의 위치와 필요한 힘도 수시로 바뀝니다. 옆에서 전문가가 도와주지 않는 환경에서도 작동해야 합니다.

넷째, 등록 시험 NCT03680872는 지금도 모집 중입니다. 최대 7명을 계획한 비맹검 단일군 초기 가능성 연구이며, 2028년 완료 예정입니다. 이 연구는 판매 승인이 아니라 임상시험용 의료기기 면제(Investigational Device Exemption, IDE) 아래 진행되며, 기기는 승인되지 않은 연구용 기기로 등록돼 있습니다. 전체 결과도 아직 게시되지 않았습니다.[1,2]

다섯째, 뇌졸중 등 다른 질환으로의 확장은 가능성일 뿐입니다. 질환마다 남은 신경 경로와 침습 수술의 이익–위험 균형이 다릅니다.

연구비와 이해관계도 살펴볼 필요가 있습니다

연구는 뉴욕주 보건부 척수손상 연구위원회와 Feinstein Institutes for Medical Research의 지원을 받았고, Blackrock Neurotech와 Good Shepherd Rehabilitation Network의 추가 지원이 있었습니다. 교신저자 Chad E. Bouton은 두 신경기술 회사에 재정적 이해관계가 있고 신경보철 관련 특허 여러 건을 보유했다고 밝혔습니다. 나머지 저자는 이해관계가 없다고 보고했습니다.[1]

이런 이해관계가 있다고 해서 연구 결과가 곧바로 무효가 되는 것은 아닙니다. 다만 상용화 가능성이 있는 초기 기기 연구를 읽을 때는 함께 알아둘 필요가 있습니다.

그래서 어디까지 말할 수 있을까

이중 신경 우회로는 완전 사지마비 참가자 한 명이 정교한 뇌–신체 시스템을 이용해 자신의 손을 실시간으로 움직이고 촉각을 느낄 수 있음을 보여줬습니다. 반복 자극과 훈련 뒤에는 장치 밖에서도 더 제한적인 근력·감각 변화가 남았습니다. 그러나 마비를 되돌렸거나 정상 손 기능을 회복했거나 이 연구용 접근을 일상 진료에 쓸 준비가 됐음을 보여준 연구는 아닙니다.

다음 단계에서 필요한 것은 더 화려한 시연이 아닙니다. 여러 참가자에게서 같은 결과가 나오는지, 미리 정한 임상 평가변수에서 의미 있는 변화가 확인되는지 봐야 합니다. 안전성도 투명하게 보고해야 합니다. 장치는 더 단순하고 오래 쓸 수 있어야 하며, 연구실 밖의 실제 생활에서도 제 역할을 해야 합니다.

참고 자료

Chandrasekaran S, Wandelt SK, Jangam A, et al. A neuroprosthesis for restoring hand movement and sensation in a person with complete tetraplegia. Nature Medicine. 2026;32:2591–2601. 논문 · DOI
ClinicalTrials.gov. Restoring Motor and Sensory Hand Function in Tetraplegia Using a Neural Bypass System (NCT03680872). ClinicalTrials.gov
Bouton CE, Shaikhouni A, Annetta NV, et al. Restoring cortical control of functional movement in a human with quadriplegia. Nature. 2016;533:247–250. PubMed · DOI
Ajiboye AB, Willett FR, Young DR, et al. Restoration of reaching and grasping movements through brain-controlled muscle stimulation in a person with tetraplegia. Lancet. 2017;389:1821–1830. PubMed · DOI
Flesher SN, Downey JE, Weiss JM, et al. A brain–computer interface that evokes tactile sensations improves robotic arm control. Science. 2021;372:831–836. PubMed · DOI
Moritz C, et al. Non-invasive spinal cord electrical stimulation for arm and hand function in chronic tetraplegia: a safety and efficacy trial. Nature Medicine. 2024;30:1276–1283. PubMed · DOI

이 글은 과학·교육 목적의 정보이며 의학적 조언이나 투자 조언이 아닙니다. 치료 결정은 자격을 갖춘 의료진과 상의해야 합니다.