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새로운 도전, 생체음향의학의 세계 ①
  • 박경규 의공학 박사
  • 승인 2020.03.26 11:39
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[엠디저널] 생체음향(Bio acoustic)의 世界, 生命의 시그널, 지구주파수, 생소하고 하찮아 보이지만, 우리의 일상은 주파수(Frequency)와 파장(wave)에 둘러 싸여있다.

오로라(태양과 전리츠에서 발생된 입자의 충돌)

자연 속에는 다양한 수많은 종류의 웨이브(wave)들이 존재한다. 그중에는 생물학적 주파수인 생명의 에너지가 담겨진 주파수(frequency)도 있지만, 생명체 활동을 방해하거나 해악을 주는 에너지 주파수도 있다. 생체에 이로운 주파수와 연결하면 생명체 활동에 유익한 결과를 가져 다 주는데 그 주파수는 소리에도 숨어있다. 소리에도 들을 수 있는 소리도 있지만 듣지 못하는 소리도 있다. 들을 수 있던 들을 수 없든 간에 우리 생체는 영향을 받는다. 그래서 더 유익한 소리를 찾을 수만 있다면 생체는 그 에너지에 의해 제어 당할 수밖에 없다.

초음파(Ultra sound)로 종양을 찾을 때, 크기가 아주 작다면 다시 말해서 초음파의 회절 한계 이하라면 이미지화할 수 없어 발견이 어렵다. 자연상태에서 이미지화가 불가능한 것을 이미징하는 기술을 '서브 파장(subwavelength) 이미징' 이라 일컫는다. 국내 한 연구진이 초음파 지문인식과 생체인식 기술 등에 활용할 수 있는 고해상도 이미징이 가능한 음향 메타렌즈(Meta lens)를 개발했다. 특정 주파수를 갖는 두 음원을 메타렌즈에 통과시켜 회절 한계를 4배까지 높인 것으로 이 연구는 공진 터널링 기반의 서브 파장 이미징이 가능한 음향 메타렌즈 기술로 서브파장 이미징으로 고해상도의 결과를 얻을 수 있다.

이처럼 생물학과 음향을 결합한 학제 간의 과학을 생체음향(Bio acoustics)이라 일컫는다. 물리학의 범위이기도 하지만, 인간의 신체와 결부시켜보면 무관치 않다. 인간 포함한 동물의 음향 생산, 분산 및 수신에 대한 것으로 소리 생산 및 탐지의 신경 생리학 및 해부학에 기초, 그리고 음향 신호가 통해 분산되는 매체에 의한 관계를 관련시킨다.

조금 더 인간 중심으로 다가가면 심리음향학(Psychoacoustics)으로 세분하기도 한다. 인간의 다양한 소리를 인식하는 방법인 소리 지각과 청각학에 대한 과학적 연구와 관련된 심리물리학의 한 분야이다. 그것은 소리와 관련된 심리적 반응을 연구하는 과학(소음 포함, 음성, 음악)의 영역으로 심리 음향학은 심리학, 음향학, 전자공학, 물리학, 생물학, 생리학, 컴퓨터 과학 등 다양한 분야의 학제 간의 분야이기도 하다. 이쯤에서 청취(聽取)는 여전히 생체음향 연구에 사용되는 주요 방법 중 하나로 동물의 소리 생산, 탐지 및 해석에 중요한 역할을 하는 신경 생리학적 과정에서의 동물 행동과 신호 자체가 중요한 변수로 사용된다. 인간의 귀는 20Hz~ 20,000Hz 범위의 소리를 명목상으로 들을 수 있다. 나이가 많을수록 높은 소리를 듣지 못한다. 대부분 성인은 16kHz 이상을 들을 수 없다. 인간의 청력(hearing) 또한 기계적 파전 현상이 아니라 감각적이고 지각적인 것으로 사람이 무언가를 들을 때, 공기를 통해 이동하는 기계적 음파로 귀에 도착하지만, 귀 안에는 신경 작용 잠재력으로 변환된다. 포유류 달팽이관의 외부 모발세포(OHC)는 향상된 감도를 초래하고 달팽이관 파티션의 기계적 반응의 주파수 분해가 더 나은 주파수 분해능(分解能)을 제공하듯, 이 신경 펄스는 그 때 인식되는 두뇌로 연결되므로 오디오 프로세싱과 같은 음향의 많은 문제에서 환경의 역학뿐만 아니라 귀와 뇌가 사람의 청취 경험에 관여한다는 사실. 소리는 뇌(Brain)와 밀접한 관계를 유지하며 때론 소리에 의해 통제당하기도 한다. 소리는 앞서 언급했듯이 들을 수 있는 소리(audible frequency)에서부터 듣지 못하는 소리(Infra sound or Ultra sound) 영역에서도 모든 생체는 영향을 받는다. 이를 좀 더 의학적으로 접근하면 소리를 지각하는 데 영향을 미치는 심리학적 요인을 연구하는 심리 음향학에서 보다 더 발전된 영역으로 소리가 지닌 물리적인 힘과 생체가 느끼는 음악과 진동 음향적 감응 관계로 인체 건강을 다지는 새로운 개념의 의학적 접근. 즉, 심리음향학(Psycho acoustic)과 생체음향학(Bio acoustic) 및 진동음향(Vibro acoustic) 및 입자물리학을 접목한 신개념의 생체음향의학(Bio acoustic Medicine) 분야로 귀결되어 21세기 우리 삶에 큰 변화를 가져다줄 것이 분명하다.

모든 물체는 고유의 주파수를 지닌다. 암도 예외일 순 없다. 적중률 높은 맞춤형 치료가 가능한 이유이다. 고강도집중초음파(HIFU), 층격파(ESWL) 등 다양한 초음파를 활용한 치료기기는 점진적으로 더 계량화될 것이다. 지금도 다양한 분야의 헬스케어의료기기가 가정용에서부터 의료용까지 수술하지 않고 비침습적(non-invasively)으로 진단에 이어 치료단계에 접어들었다. 향후 몇 년 내에 의료시장은 IT, BT, NT 분야의 지속적 융합으로‘유비쿼터스 의학시스템’완벽하게 갖춰질 것이다. 현대의학의 패러다임은 치료의학보다 예방의학 쪽으로 옮겨져 데이터베이스 기반 생체계측 및 건강 모니터링 시스템으로 이는 생체징후의 모니터링 기술 등 다양한 방법을 이용해 건강 이력을 측정하고, 이를 이용해 건강 이력을 관리하는 기술로 이어져 원격진료 시스템의 가동으로 의사는 병원에 앉아서 컴퓨터 모니터를 켜면 언제 어디서나 글로벌 화상진단 파트. 화상통신을 통해 환자들을 파악하고 관리한다.

플라스마(인위적으로 발생시킨 플라스마, 우주공간인 대기권에 가득차있다.

근래에 들어 미국의 세포 생물학자인 Dr. Bruce Lipton는 그의 ‘믿음의 생물학’에서 세포는 유전자가 아니라 생각이 지배한다. 라고 말한다. 유전자가 생체를 지배하는 것이 아니라, 우주에 실존하는 에너지(Frequency)의 관여로 생체 세포가 변화한다고 역설한다. 1951년 독일의 오토슈만 교수가 주장하는 지구의 맥박이라고 일컫는 지구의 고유주파수 7.83Hz가 존재한다는 학설과 무관하지 않음을 증명하는 듯하다. 지구와 우주 공간 대기권에는 쌓여있는 플라스마(Plasma)는 생명체의 에너지원과 무관하지 않음이 밝혀지며 응용과학이 확대되고 있다. 그래서 주파수(Frequency)와 파동(Wave)이 존재하는 모든 생명체가 존재하는 한, 심리음향학(Psycho acoustic)과 생체음향학(Bio acoustic) 및 진동음향(Vibro acoustic) 및 입자물리학을 접목한 신개념의 생체음향의학(Bio acoustic Medicine)을 향후 우리기 주목해야할 이유이기도 하다.

박경규 의공학 박사  emd@mdjournal.net

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