보행 재활은 뇌졸중 후 가장 중요한 목표 중 하나이자, 특히 만성기 환자들에게는 달성하기 가장 어려운 과제 중 하나입니다. 많은 환자들이 어느 정도 걷는 능력을 회복하지만, 보행 속도, 안전성, 지구력 및 자신감은 수개월 또는 수년 간의 종래의 치료(기존 재활 치료) 후에도 여전히 제한적인 경우가 많습니다.

2023년 Frontiers in Neuroscience에 게재된 한 임상 연구에서는 지속적인 보행 장애를 가진 뇌졸중 생존자를 대상으로, 운동 상상(motor-imagery) 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)에 기능적 전기 자극(FES) 및 가상 피드백을 결합한 recoveriX가 보행 재활 결과를 향상시킬 수 있는지 조사했습니다.

뇌졸중 후 보행 재활이 정체되는 이유

뇌졸중 후 하지 마비, 경직(강직), 그리고 관절 가동성 감소는 보행을 느리고 불안정하게 만듭니다. 지상 보행 훈련, 트레드밀 훈련, 또는 전기기계 지원 훈련과 같은 기존의 보행 재활 기법이 도움이 될 수 있지만, 그 결과는 다양하며 일부 환자들은 정체기(플래토)에 도달합니다.

그 이유 중 하나는 기존의 수많은 치료법들이 환자에게 피드백이 전달되는 바로 그 순간, 환자가 뇌에서 의도한 운동 명령을 능동적으로 생성하고 있는지 여부를 객관적으로 확인하지 못하기 때문입니다. recoveriX는 감각 피드백을 환자의 실시간 운동 의도와 연결함으로써 그 격차를 줄이는 것을 목표로 하는 BCI(뇌-컴퓨터 인터페이스) 기반 보행 재활 기술입니다.

연구 개요: BCI + FES + 피드백을 결합한 보행 재활

참가자

• 뇌졸중 환자 25명이 등록되었으며, 22명이 중재(치료)를 완료하여 분석 대상에 포함되었습니다.
• 해당 그룹은 주로 만성 뇌졸중 환자들(21/22)로 구성되었으며, 뇌졸중 발병 후 경과 시간의 중앙값은 약 4년이었습니다.

프로토콜

• 3개월 동안 총 25회의 recoveriX 세션을 실시 (일반적으로 주 3회).
• 보행 재활 훈련 중 낙상 위험을 줄이기 위해 앉은 자세에서 훈련 진행.
• 환자가 운동 상상(motor imagery) 과제를 수행할 때 뇌파(EEG) 패턴이 정확히 감지되면 시스템이 다음 요소를 제공:
  • 가상 피드백 (아바타)
  • 보행 동작과 관련된 운동 패턴을 지원하는 기능적 전기 자극 (FES)

주요 평가 지표

• 10미터 보행 검사 (10MWT): 보행 속도를 정량화하기 위한 보행 재활의 표준 평가 지표.

주요 결과: 임상적으로 유의미한 보행 속도 향상

본 연구에서는 보행 속도가 0.19 m/s (95% CI 0.13–0.25, p < 0.001) 향상되어 임상적으로 유의미한 증가를 보였다고 보고했습니다.

실제 보행 재활의 관점에서 보행 속도의 향상은 다음과 같은 이점으로 이어질 수 있습니다:

• 가정 및 지역사회에서의 이동성 향상
• 보다 안전한 이동 및 방향 전환
• 일상생활에서의 더 높은 독립성 확보

보행 재활과 관련된 추가적 결과

연구진은 보행 재활의 진행을 흔히 저해하는 하지 기능과 관련된 개선 사항도 보고했습니다:

• 발목 경직(강직) 감소 (수정 아쉬워스 척도, MAS)
• 배굴(발등 굽힘) 측정치에서의 유의미한 향상을 포함한 발목 관절 가동 범위 개선
• 주요 발목 운동에 대한 도수 근력 검사(MMT)에서의 근력 향상
• 이동성 및 균형 관련 기능 검사 수행 능력 향상 (예: Timed Up and Go 검사 수치 유의하게 개선)

이러한 변화들을 종합해 보면, recoveriX를 통한 표적 표적 신경피드백(targeted neurofeedback)이 더 안정적이고 조절 가능한 하지 운동에 기여할 수 있음을 뒷받침합니다.이는 효과적인 보행 재활의 필수적인 기반이 됩니다.

실무적으로 중요한 세부 사항: 프로그램 후반에 나타난 개선 효과

10MWT의 반복 측정 분석에 따르면, 보행 속도의 유의미한 향상은 21번째 세션 무렵부터 나타나기 시작했습니다. 이는 보행 재활 계획을 수립할 때 중요한 의미를 가집니다. 단기간의 노출보다는 치료 회차를 거의 끝까지 채우는 수준의 충분한 투여량(dosage)이 필요할 수 있습니다.

보행 재활에서 ‘폐루프(Closed-loop)’ 피드백이 중요한 이유

이 중재(치료) 기법은 다음과 같은 폐루프 원리를 바탕으로 설계되었습니다:

운동 의도 → 감지된 뇌 활동 → 즉각적인 피드백

recoveriX는 의도한 운동 상상이 감지될 때만 피드백(아바타 + FES)을 전달합니다. 이의 목표는 뇌 활성화와 감각적 결과 사이의 연결을 강화하여 보행에 관련된 신경가소성(neuroplasticity) 변화를 지원하는 것입니다.
이는 환자가 뇌에서 의도한 운동 명령을 능동적으로 생성하고 있는지 확인하지 않은 채 자극이나 운동이 이루어질 수 있는 개루프(Open-loop) 방식과 차별화됩니다.

물리치료사에게 주는 시사점

보행 재활 프로그램을 담당하는 물리치료사라면, 본 연구가 제시하는 다음과 같은 실무적 유의점에 주목할 필요가 있습니다.

• 객관적인 참여도 추적: BCI 수행 지표는 환자가 목표 운동 상상 패턴을 얼마나 일관되게 생성하고 있는지 객관적으로 확인할 수 있는 기준을 제공합니다.
• 치료량(Dose)의 중요성: 임상적으로 유의미한 변화가 프로토콜 후반부에 나타났다는 점은, 보행 재활에서 치료 순응도와 구조화된 일정 준수가 필수적임을 강조합니다.
• 보행 전용 도구를 활용한 평가: 저자들은 하지 기능 평가 척도(FMA-LE) 같은 일반적인 손상 척도가 보행 변화를 놓칠 수 있는 반면, 보행 전용 검사는 이를 명확하게 포착해 낸다고 설명합니다.

뇌졸중 생존자(환자)에게 주는 시사점

뇌졸중 후 보행 재활에 힘쓰고 있는 환자들에게 본 연구는 다음과 같은 희망적인 메시지를 전달합니다.

• 뇌졸중 발병 후 수년이 지난 시점이라도 recoveriX 보행 재활을 통한 기능 개선이 가능할 수 있습니다.
• recoveriX 훈련이 매 세션마다 반드시 서 있거나 걷는 연습을 포함해야 하는 것은 아닙니다 (본 연구 프로토콜은 앉은 자세에서 진행됨).
• 운동 의도와 피드백을 연결하는 구조화되고 반복적인 recoveriX 훈련은 신경계가 더 안전한 보행을 돕는 운동 패턴을 재학습하도록 지원할 수 있습니다.

출처 (Reference)

Sebastián-Romagosa M, Cho W, Ortner R, et al. (2023). Brain–computer interface treatment for gait rehabilitation in stroke patients. Frontiers in Neuroscience, 17:1256077.