KAIST, AI와 빛으로 파킨슨병 조기진단·치료 새 길 열다

AI 행동 분석 + 광유전학 ‘옵토렛’ 결합… 정밀 진단·맞춤형 치료 전략 가능성 제시

파킨슨병은 전 세계적으로 1천만 명 이상이 앓고 있는 대표적 퇴행성 뇌질환이다. 떨림, 강직, 보행 장애 등 복합적 증상이 나타나지만, 기존 검사법으로는 발병 초기 변화를 포착하기 어렵다. 약물 치료 역시 효과가 제한적이라는 점에서, 새로운 진단·치료 기술의 필요성이 꾸준히 제기돼 왔다.

KAIST 생명과학과 허원도 석좌교수 연구팀은 KAIST 뇌인지과학과 김대수 교수팀, 기초과학연구원(IBS) 이창준 단장 연구팀과 공동으로 AI 기반 행동 분석과 광유전학(optogenetics) 기술을 결합해 파킨슨병의 조기·정밀 진단과 치료 가능성을 동시에 입증했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 파킨슨병 생쥐 모델을 활용해 3D 자세 추정 기반 AI 분석으로 걸음걸이, 손발 움직임, 흉부 떨림 등 340여 가지 행동 신호를 정밀하게 분석했다. 이를 통해 새로운 지표인 ‘파킨슨 행동지수’를 개발, 발병 초기부터 기존 검사보다 민감하게 질환을 구분할 수 있음을 확인했다.

진단을 넘어 치료 가능성도 확인됐다. 연구팀은 도파민 신경세포의 기능을 빛으로 정밀하게 조절하는 광유전학 기술 ‘옵토렛(optoRET)’을 적용했다. 그 결과, 파킨슨병 모델에서 보행과 팔다리 움직임이 개선되고 떨림 증상이 줄어드는 효과가 나타났다. 특히 격일 주기 광자극이 가장 효과적이었으며, 도파민 신경세포의 보호 효과도 관찰됐다.

허원도 교수는 “AI 분석과 광유전학을 결합해 파킨슨병 조기진단-치료평가-기전검증을 하나로 잇는 전임상 프레임을 세계 최초로 구현했다”며, “향후 맞춤형 치료제와 정밀의료로 이어질 중요한 토대를 마련했다”고 강조했다.

이번 성과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판(8월 21일)에 게재됐다. 제1저자는 KAIST 현보배 박사후연구원으로, 그는 보건산업진흥원의 ‘글로벌 의사과학자 양성사업’ 지원을 받아 현재 하버드 의대 맥린병원에서 후속 연구를 이어가고 있다.

연구는 KAIST 글로벌 특이점사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단, IBS, 보건복지부·한국보건산업진흥원의 지원으로 수행됐다.

이번 연구는 단순히 파킨슨병 조기진단 기술을 넘어, 뇌 신호 제어를 통한 차세대 맞춤형 치료 전략의 가능성을 보여줬다는 점에서 의미가 크다. AI-광유전학 융합 기술은 향후 알츠하이머병 등 다른 퇴행성 뇌질환 연구와 치료에도 확장될 수 있어 정밀의료 시대를 앞당길 핵심 기반으로 평가된다.

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