인지기능 개선, 비침습 뇌 자극 치료...tDCS, rTMS 무엇일까?

KIMES 2025의 전시장을 둘러보면 전기장 치료, 전자파 치료, 감압 치료 등의 용어를 접한다. 이 치료들은 모두 신체를 절개하거나 바늘을 삽입하지 않고 외부에서 자극을 주기 때문에 비침습적 치료(Non-invasive Treatment)로 분류한다.

비침습적 치료란?

비침습적 치료 방식은 회복 기간이 짧고, 부작용과 통증이 적으며, 감염 위험 또한 낮으면서, 마취가 필요하지 않거나 최소한으로 사용한다는 장점이 있다. 안전한 치료 약물이 개발되지 않은 치매 증상 완화 등 수술이나 약물로 치유가 어려운 질병 치료에 쓰인다.

먼저 비침습적 치료에는 다음의 종류가 있다.

전기장 치료, 전자파 치료, 감압 치료는 무엇인가?

이러한 비침습적 치료 중에 의료기기 전시회에서 흔히 접하는 전기장 치료, 전자파 치료, 감압 치료는 다르다. 우선 전기장 치료와 전자파 치료는 모두 전자기 에너지를 이용한 치료법이지만, 그 원리와 사용 방식 역시 차이가 있다.

전기장 치료(Electric Field Therapy)는 전기적 자극을 사용해 신경, 근육 또는 다른 신체 조직에 영향을 미치는 치료법이다. 전류나 전기장을 직접적으로 적용해 통증 완화, 근육 이완, 혈액순환 촉진, 염증 감소 등을 목적으로 한다. 치료 방식은 전극을 피부에 부착하고 전류를 통과시켜 신체에 자극을 주는 방식이다. 전류를 직류, 교류, 파형 등 무엇으로 쓰느냐에 따라 치료 효과가 달라진다. 물리치료에 사용되며, 근육 강화, 근육 경련 완화, 통증 관리, 부상 후 재활 등에 효과가 있다(적용 사례: 암 치료[Tumor Treating Fields 종양 치료를 위해 저강도 전기장 사용], 신경 자극 치료[Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation]).

전자파 치료(Electromagnetic Therapy)는 전자기파(전자기장의 변화)를 이용해 치료하는 방법이다. 전자파는 전기장과 자기장이 결합한 형태로 존재해 신체의 세포나 조직에 영향을 미친다. 특정 주파수의 전자기파를 이용해 치료가 이루어지는데 전기적 자극이 아닌, 전자기장의 변화를 통해 효과를 얻는 방식이다. 예를 들어, 초저주파, 고주파 등을 사용해 세포의 재생을 돕거나, 혈액순환을 촉진하는 등의 효과를 기대할 수 있다. 전자파 치료는 주로 골절 치유, 통증 관리, 염증 완화, 조직 재생 촉진 등에 사용된다(적용 사례; PEMF[Pulsed Electromagnetic Field 펄스 전자기장 치료], 자기장 치료[관절염, 골절 회복]).

감압 치료(Decompression Therapy)는 주로 척추에 적용되는 치료법으로, 압력을 줄여서 신경이나 조직의 압박을 완화해 치유를 촉진한다. 척추 디스크 문제와 목이나 허리 통증, 신경 압박 등과 관련된 증상을 완화하는 데 사용된다(적용 사례: 척추 감압 치료[허리디스크, 목디스크], 정형외과 및 재활 치료).

그렇다면 전자약은?

전자약(Electroceuticals)은 약물 대신 전기, 빛, 초음파 등을 이용해 질병을 치료하는 의료기기로 전자(Electronic)와 약품(Pharmaceutical)의 합성어다. 따라서 전기장 치료와 전자파 치료 원리로 만든 기기가 전자약에 해당한다. 주로 신경 조절, 통증 관리, 심혈관 질환 치료 등 여러 치료 영역에 사용된다. 

전자약에는 경두개자기자극법(rTMS, Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation), 경두개직류자극법(tDCS, Transcranial Direct Current Stimulation), 심장박동기(Pacemaker), 신경자극기(Nerve Stimulator), 심부자극기(Deep Brain Stimulation, DBS), 비침습적자극기 (Transcranial Electrical Stimulation, TES) 등이 있다.

비침습적이고 약물 의존도를 낮추는 장점이 있는 다양한 전자약이 정신 건강, 통증 관리, 신경학적 질환 치료 등 분야에서 가능성을 보이는 것으로 나타나 치유가 어려운 질병 치료에 기대를 모으며 연구가 계속되고 있다.

인지기능 개선과 관련된, 비침습 뇌 자극(NIBS)

비침습 뇌 자극을 뜻하는 NIBS(Non-Invasive Brain Stimulation)는 뇌에 자극을 주어 뇌의 전기적 활동을 조절하고, 이에 따라 인지기능, 기억력, 주의력, 문제 해결 능력 등 다양한 뇌 기능을 향상하는 데 도움을 줄 수 있다.

NIBS에는 경두개자기자극법과 경두개직류자극법, 경두개전기자극법, 저강도집속초음파 등이 있다.

경두개(Transcranial)는 ‘머리뼈를 지나’라는 의미로, 머리뼈를 통해 뇌에 자극을 주는 것이며, 자기자극법(Magnetic Stimulation)은 자기장을 이용해 뇌의 특정 부위를 자극하는 방법을 말한다. 경두개자기자극법은 치매, 우울증, 불안, 파킨슨병, 주의력 결핍 등 다양한 신경학적·정신과적 질환 치료에 사용된다.

이 경두개자기자극법은 TMS(Transcranial Magnetic Stimulation)와 rTMS(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation)로 구분되는데 말 그대로 단일 자기장 자극과 반복적인 자기장 자극을 뜻한다. 즉, TMS는 단기적인 자극을 제공하는 데 반해 rTMS는 반복적 자극을 통해 장기적인 효과를 기대할 수 있어 rTMS가 TMS보다 지속적인 효과를 얻고자 하는 반복적인 치료에 쓰인다.

TMS는 뇌의 특정 부위를 직접 자극해 뉴런 활성화를 유도하며 주로 우울증, 기억력 저하, 알츠하이머병, 뇌졸중 후 인지기능 회복에 사용된다. 전전두엽(Prefrontal Cortex)과 해마(Hippocampus) 자극을 통해 기억력과 집중력을 향상시킨다.

rTMS는 뇌 신경회로를 지속적으로 활성화해 신경가소성(Neuroplasticity)을 촉진해 학습 능력과 기억력 향상에 도움을 준다. 알츠하이머병 초기 또는 인지 저하 환자에게 유용한 것으로 알려져 있다.

경두개직류자극법(tDCS, Transcranial Direct Current Stimulation)은 낮은 전류를 사용해 뇌의 특정 부위에 지속적으로 자극을 주는 방법이다. 기억력과 집중력 향상, 학습 능력 개선 등 다양한 인지적 기능을 개선하는 데 사용된다. 연구에 따르면, 알츠하이머, 우울증, 신경 재활 등 다양한 상황에서 인지기능 개선에 효과가 있는 것으로 나타났다.

rTMS와 tDCS의 차이가 궁금할 것이다. 표로 정리했다.

rTMS는 더 강력하고 집중적인 자극을 통해 정신질환과 같은 심각한 질환 치료에 효과적이며, tDCS는 저강도 자극을 통해 인지기능 개선과 학습 능력 향상 등에 도움이 된다.

저강도집속초음파(LIFU, Low-Intensity Focused Ultrasound)는 초음파 에너지를 뇌나 신체의 특정 부위에 집중적으로 전달하여 신경 조절(Neuromodulation)과 치료 효과를 유도하는 기술이다. 기존의 고강도집속초음파(HIFU, High-Intensity Focused Ultrasound)가 조직을 파괴하는 데 사용되는 반면, LIFU는 조직을 손상하지 않고 신경 회로를 조절하는 것이 특징이다. TMS와 tDCS보다 뇌의 깊은 부위까지 적용이 가능한 장점이 있다. 초음파를 이용해 혈뇌장벽(BBB, Blood-Brain Barrier)을 일시적으로 개방하여 뇌 안으로 약물을 전달해 알츠하이머 환자의 아밀로이드 베타 제거를 촉진하는 가능성이 연구되고 있다. 초음파가 뇌의 특정 영역에 도달하면 신경세포의 활동을 자극하거나 억제해 치매 치료, 신경조절, 정신 및 신경질환 치료, 뇌졸중 후 운동 기능 회복, 만성 통증 완화 등 다양한 치료 효과를 유도한다.

경두개전기자극법(tES, transcranial Electrical Stimulation)은 두피에 전극을 부착해 저전압 직류(tDCS)나 교류(tACS)를 사용해 뇌에 직접적인 전기 자극을 전달하는 원리로, 저강도의 전류가 뇌의 표면을 자극하며 국소적인 뇌 영역과 연결된 신경 회로를 활성화한다. 우울증, 만성 통증, 뇌졸중 후 재활, 인지 향상 등을 위해 사용되며, 상대적으로 간단하고 저렴한 기술로 휴대용 기기를 활용한 자가 치료가 가능하다. 하지만 깊은 뇌 조직의 자극은 제한적이다.

산업계 현황

알츠하이머병, 치매, ADHD, 경도인지장애(MCI) 등의 치료와 예방에 효과적이고 안전한 치료 약물 개발이 부진함에 따라 NIBS 치료 기술이 주목받고 있다. 국내 기업 중 연관된 연구 및 제품 개발을 진행하는 업체들을 소개한다.

리메드(ReMed)

디지털 치료기기와 비침습적 치료기기를 개발하는 회사로, TMS 개발을 통해 우울증, 불안장애, 알츠하이머 등 다양한 정신질환을 치료하는 데 집중하고 있는 대표적인 국내 기업이다. 리메드의 TMS 장비가 ALTMS다. 주로 우울증과 신경정신과 치료 용도로 사용되며, 치매 치료용으로 공식 승인되지는 않았으나 연구 단계에 놓여 있다. 국내 대형 병의원 500개 처 이상에서 사용 중이며 미국, 일본, 유럽 등 전 세계 30개국 이상에 수출하고 있다.

뉴로소나(NEUROSONA)

LIFU 기술을 기반으로 한 비침습적 뇌 질환 치료기기 전문기업인 뉴로소나는 코스닥 상장기업 에스유홀딩스의 자회사다. 2021년부터 치매 극복 연구개발 과제의 일환으로 케이메디허브, 인천성모병원과 함께 LIFU를 활용해 알츠하이머병 환자의 BBB 개방 연구를 수행 중이다. 2021년 8월, 뉴로소나의 ‘저강도집속형초음파자극시스템’이 식품의약품안전처로부터 혁신의료기기로 지정됐다. 2023년 12월, Shanghai INT Pureray Medical Instruments Co., Ltd.와 업무협약을 체결해 중국 내 임상, 인허가, 판매 협력을 진행하고 있다.

브레인씨크릿(BRAINSECRETS)

뇌신경인지과학 및 뉴로모듈레이션(미세한 전기 또는 자기장을 이용해 뇌 기능을 조절하는 기술) 분야의 기업으로 TMS, tDCS, 정량화뇌파계, 뉴로피드백, 바이오피드백 등 다양한 첨단 의료기기를 개발하고 있다. TMS 시스템인 Neuro-MS/D는 브레인씨크릿 측의 소개에 의하면 우울 장애 치료에 효과가 있다고 했다. 현재 주요 우울 장애 치료에 사용되고 있으며 FDA에서 3가지 프로토콜이 승인됐다. 브레인씨크릿은 전문 의료기기 판매 회사에서 벗어나 임상 교육 전문가 교육의 활성화를 통해 기기 활용도를 높이면서 해외 전문가 네트워크를 확대해 인재 양성 및 전문 지식 체계를 구축하고 있다.

AT&C

TMS 기술과 인지중재치료를 결합한 시스템을 개발하는 기업이다. 치매, 우울증, 파킨슨병 등 다양한 뇌질환 치료를 목표로 하며 로봇팔을 결합한 시스템을 통해 TMS 치료에서 치료의 효율성과 정확성을 높이는 기술을 선보이고 있다. AT&C가 올해 출시 예정인 ‘Robot TMS’는 경증 알츠하이머 환자를 대상으로 확증 임상 중이다. TMS와 디지털 치료제(Digital Therapeutics, DTx)를 융합한 시스템을 갖춘 인공지능 영상 분석 및 로봇 제어 기술이 적용된 정밀하고 자동화된 치료가 가능하다.

와이브레인(YBRAIN)

뇌신경정신질환 치료를 위한 전자약 개발 기업이다. 비침습적 뇌 전기 자극 기술을 활용해 우울증, 치매 등 다양한 질환의 진단, 치료, 관리 솔루션을 제공한다. 대표 제품으로는 병원에서 사용할 수 있는 뇌파 검사 의료기기인 마인드스캔(MINDD SCAN), 우울 장애 치료 전자약 마인드스팀(MINDD STIM)과 이를 통합해 검사 및 분석, 치료와 결과 도출까지 돕는 플랫폼 MINDD가 있다. tDCS를 활용한 마인드스팀은 2021년 식약처 허가를 받은 제품으로 의사의 처방 하에 구매해 집에서 사용할 수 있는 비침습적 의료기기다. 와이브레인 다채널 경두개 직류 자극(HD-tDCS) 기술을 개발해 더욱 정밀한 뇌 자극으로, 파킨슨병과 뇌졸중 환자 대상의 임상시험을 진행 중이다.

뉴로핏(Neurophet)

AI 기반의 뇌 영상 분석 기술을 통해 개인 맞춤형 치료 계획을 지원한다. 첨단 뇌 영상 분석 기술과 인공지능(AI)을 활용해 뇌질환 진단 및 치료를 지원하는 다양한 제품을 제공한다. 특히 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 조기 진단과 치료 계획을 돕는 데 주력하고 있다. 뉴로핏의 전자약 관련 제품으로 뉴로핏 잉크(Neurophet innk)가 있다. 이 제품은 tES 기술을 활용한 비침습형 뇌 전기 자극 기기로, 뇌질환 환자의 기능 회복과 재활을 돕는 데 사용된다.

치매 분야 비침습적 치료 현황과 전망
전자약 상용화와 실효성

치매 분야에서 비침습적 치료는 뇌 자극 기술, 인지 훈련, 운동 및 영양 관리 등 다양한 접근법을 포함하고 있으며, 최근 몇 년 동안 주목받는 추세다. 비침습적 치료법들은 치매 증상을 완화시키거나 예방하는 데 잠재적인 효과를 나타내고 있으나, 아직 연구가 계속 진행 중이고 각 방법에 대한 효과는 개인에 따라 차이가 있을 수 있다.

전자약의 상용화와 실효성은 현재 활발히 연구되고 있으며, 일부 혁신적인 기술들이 상용화를 향해 나아가고 있다. 긍정적인 초기 결과들이 있지만 광범위한 승인 및 상용화까지는 시간이 필요하다.

연구에서는 전자약이 알츠하이머의 증상을 완화하고 인지기능을 일정 부분 개선한다는 결과가 보고됐다. TMS가 일부 환자에게 단기적인 인지 개선을 가져왔다는 연구 결과가 있지만, 장기적인 효과와 전체 치매 환자에게 적용 가능한지에 대한 의문은 여전히 존재한다.

전자약의 안전성 또한 중요한 요소로, 비침습적이지만 신경계에 영향을 미치는 자극이기 때문에 장기적인 부작용이나 예기치 못한 반응에 대한 연구가 필요한 단계다. 그러나 대부분의 비침습적 뇌 자극 기술은 안전하다고 여겨지며, 부작용은 일반적으로 미미한 수준이다.

개인 맞춤형 치료와 비침습적 치료를 강조하는 추세에 따라 전자약은 향후 더 많은 임상 연구와 데이터가 축적되면 상용화가 가속화될 것으로 전망한다. 또한 AI와 뇌-기계 인터페이스 기술의 발전이 전자약의 효과를 극대화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.