알츠하이머의 진행 속도를 늦추는 치료제가 있지만 효능을 높이기 위해서는 정확한 조기 진단이 필요하다. 최근, 한 연구팀이 알츠하미어 발병을 예측할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다.

미국 에너지국 산하 브룩헤이븐국립연구소와 콜럼비아대학 메디컬센터, 스토니브룩대학, 한국 일산병원 과학자가 공동 연구팀을 조직해 이번 연구를 진행했다. 새로운 플랫폼에는 확산자기공명영상법과 기계학습모델을 적용했다.

알츠하이머 탐지를 위한 확산 MRI 및 기계학습모델

이번 연구에 따르면, 알츠하이머와 관련된 두뇌 손상은 보통 증상이 발현되기 최소 10년 전부터 시작된다. 임상의들은 두뇌 손상을 확진하기 위해 알츠하이머 유발 위험성을 예측할 수 있는 MRI 검사도구를 사용한다. 이러한 검사도구는 주요 병원에서 이용할 수 있지만 여전히 개선된 진단 도구가 필요한 실정이다.

합동 연구팀은 확산과 컴퓨터 기반 영상 분석법, 기계학습 모델을 통한 영상 분류 같은 MRI 방식의 사용을 통해 알츠하이머 신호를 탐지할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다.

브룩헤이븐국립연구소 유신재 박사는 "이러한 다중 모드의 영상 분석법으로 질병의 핵심 진단 지표를 확인해 예측 능력을 강화할 수 있다"고 말했다.

연구팀은 MRI를 사용해 두뇌의 형태계측 결과를 도출한 이전 연구에서 이번의 새로운 플랫폼에 대한 아이디어를 떠올렸다. 과학자들은 두뇌 형태계측을 조사해 두뇌의 외부 형태와 크기에 대한 양적 분석을 실시했다. 그리고 두뇌 구조의 수축 등에 대한 증상을 살필 수 있었다.

하지만 MRI 두뇌 스캔은 알츠하이머를 탐지하기에는 부정확했다. 즉, 많은 의사들이 이 방법을 사용하고 있지만 신뢰할만한 예측 도구가 아니라는 의미다.

연구팀은 솔루션을 제시하기 위해 확산 MRI를 포함해 여러 가지 모드의 MRI를 연구했다. 표준 MRI 모드와는 달리, 확산 MRI는 조직 주변의 수분자의 움직임을 기록한다. 즉, 체내 수분 확산을 기록해 조직의 미세 구조에서의 변화를 탐지할 수 있다는 것이다.

MRI 확산 모드의 적용

연구팀은 신형 플랫폼을 테스트하기 위해 일산병원의 치매환자 중 211명을 선별했다. 그중 110명은 알츠하이머를, 64명은 경미한 인지기능 손상, 37명은 기억력 장애를 진단받은 사람이었다.

확산 MIR 모드로 백질이라는 두뇌 조직에서의 비정상적인 변화를 감지했다. 백질은 두뇌 피질 아래에 위치해있으며 액손이라고 하는 수백만 개 신경섬유로 구성돼 있다. 이 액손은 두뇌의 회백질에 있는 뉴련을 연결하는 기능을 한다.

연구팀은 피험자들에게 구조MRI와 확산MRI 스캔을 실시했다. 다음으로, MRI 영상을 처리하는 기존의 여러 가지 알고리즘으로 구성된 시스템을 고안했다.

그 후, 두뇌의 표현형을 분류하기 위해 두뇌의 구조 또는 형태 데이터와 백질, 신경다발 데이터를 근거로 기계학습을 사용한 영상 유도 분류 모델을 만들었다. 알츠하이며 예측 진단을 위해서는 다중모드 MRI 플랫폼을 사용했다.

연구 저자인 차지욱 박사에 따르면, 다중모드 MRI는 알츠하이머를 탐지하는 데 98%의 정확성을 기록한 반면 경미한 인지 기능 손상에는 84%의 정확성을 보였다. 차 박사는 "새로운 플랫폼의 정확성은 기존의 영상 기반 지표보다 10~29% 높다"고 밝혔다.

연구팀은 여러 모델의 성능을 비교해 형태 및 추적 데이터 유형 결합 모델이 형태 데이터 모델에 비해 알츠하이머와 경미한 인지기능 손상을 예측하는 데 정확도가 높다는 것을 확인할 수 있었다.

반면, 추적 데이터 단독 모델은 경미한 인지 기능 손상과 기억력 감퇴를 예측하는 데에만 정확성이 높았다.

이를 토대로 연구팀은 알츠하이머를 예측할 때 확산 MRI를 사용하는 것이 조기 진단에 중요하다고 결론내렸다. 신경과학자들은 알츠하이머가 시작되면 경미한 인지기능 손상과 기억력 감퇴가 전조 현상처럼 나타나고 이 같은 징조는 두뇌 백질의 비정상적인 상태를 의미한다고 설명했다.

차 박사는 "이번 연구를 통해 다중 모드 MRI 사용으로 알츠하이머 발병 위험성을 정확하게 예측할 수 있다는 것을 확인했다"고 말했다.

알츠하이머에 대한 기존 진단 테스트

현재까지는 알츠하이머를 예측할 수 있는 특정한 테스트는 존재하지 않고 있다. 따라서 임상의는 증상을 정확하게 판단할 수 있는 다중 진단 절차를 사용하고 있다. 그리고 알츠하이머의 명백한 증상을 확인할 수 있도록 신체 및 신경 검사도 실시하고 있다. 그 후, 알츠하이머를 확진하고 유사한 다른 증상을 배제하기 위한 구체적인 진단테스트를 사용한다.

알츠하이머 협회에 따르면, 임상의들은 혈액검사와 소변검사, 정신상태검사, CT 또는 MRI 같은 두뇌 영상 테스트, 유전자 검사 등을 진행할 수 있다.

[메디컬리포트=김효은 기자]