의료 분야의 VR 활용 (1) PTSD 치료

최근 가장 핫한 기술 분야로 VR (Virtual Reality)를 빼놓을 수 없을 것이다. 특히 구글 카드보드, 삼성의 기어 VR, 페이스북이 인수한 오큘러스 리프트 등에서 소비자용으로도 HMD (Head Mounted Display) 를 앞다투어 출시하면서 VR 기술은 멀지 않은 미래에 우리 일상 생활 속으로 들어올 것으로 기대되고 있다.

VR의 대표적인 활용 분야로 게임, 교육 등과 함께 빼놓을 수 없는 것이 의료 및 헬스케어 분야이다. VR이 헬스케어 분야에서 아주 활발하게 활용되거나 많은 서비스가 출시되고 있는 것은 아니지만, 이미 꽤 예전부터 주목할만한 사례들이 있었다.

공포증 등 정신과 치료에 활용

VR은 정신과 영역에서 공포증이 있는 사람의 치료를 위해서 사용된다. 예를 들어, 고소공포증이나 밀실공포증 등이 있는 사람에게 해당 공포에 적절하게 노출되는 훈련을 VR을 통해서 하는 것이다. 이런 훈련은 안전하고, 필요할 경우 즉시 중단하거나 동일한 조건을 반복할 수 있기 때문에 공포증 치료에 효과적일 수 있다.

삼성전자는 2016년 3월 유럽 및 중동에서 기어 VR을 이용하여 공포증을 경감시키는 ‘두려움을 없애자 (Be Fearless)‘ 캠페인을 진행했다. 독일, 러시아, 아랍에미리트 등 다양한 국가의 27명의 참가자에게 고소공포증, 대중연설 공포증 등의 환경을 VR을 통해 구현하고, 그러한 상황에 지속적으로 노출시키면서 공포를 줄여가는 방식이었다. 치료 과정에서 환자의 스트레스 정도의 개선을 보기 위해서는 삼성의 스마트워치인 기어S로 참가자의 심박수를 측정했다고 한다.

2주간 이러한 실험을 지속한 결과 고소공포증 환자의 경우 87.5%가 심박수 등을 기준으로 측정한 결과 공포감을 평균 23.6% 정도 줄일 수 있었다고 한다. 또한 대중연설 공포증 환자들은 불안감을 18.7% 줄일 수 있었다.

사실 이 캠페인에 앞서, 삼성은 동일한 연구를 강남세브란스병원의 VR lab과 함께 진행한 바 있다. 그 결과 82명의 참가자의 90%가 VR을 통해서 고소공포증과 대중연설 공포증을 줄일 수 있었다고 한다.

최초의 PTSD 치료: 버추얼 베트남

정신과 영역에서 VR의 활용이 활발한 대표적인 분야는 외상 후 스트레스 장애 (PTSD)의 치료이다. PTSD는 전쟁, 고문, 자연재해, 범죄, 테러 등의 심각한 사건을 경험한 후, 사건 이후에도 그 사건에 공포감을 느끼고 트라우마를 느끼는 질환이다. 환자들은 악몽을 꾸거나, 특정 장면이 영화의 회상 장면처럼 순간적으로 눈 앞에서 재현되는 등의 증상을 가지게 되며, 이후에는 사고와 연관된 자극을 어떻게든 피하려고 노력하게 된다. 이러한 변화에 따라서 일상 사회 생활에도 어려움을 겪거나, 우울증, 분노 장애 등을 동반하는 경우도 많다.

사실 VR은 이미 1990년대부터 PTSD로 고통받고 있는 군인들을 치료하기 위해서 활용되어 왔다. 아마도 전쟁은 인간이 겪을 수 있는 가장 잔혹하고 극한의 경험일 것이다. 참전했던 군인들의 상당수가 PTSD로 고생하게 되는데, NEJM에 보고된 바에 따르면 이라크전 참전 군인의 15.6-17.1%, 아프가니스탄 전에 참전 군인의 11.2%가 PTSD 를 겪는다고 한다.

이러한 PTSD의 치료를 위해 VR을 최초로 이용한 것은 ‘버추얼 베트남 (Virtual Vietnam)’ 이라는 솔루션으로, 지금으로부터 약 20년 전인 1997년에 베트남 참전 군인들의 치료를 위해 미국 조지아텍에서 시도된 것이었다.

버추얼 베트남은 VR은 정글을 헤치고 나가는 상황과 군용 헬리콥터를 타고 날아가는 두 가지 시나리오를 재현해서 군인들이 실제 베트남에 있는 것처럼 느끼게 해주었다. 헬리콥터의 모터 소리와 헬기의 그림자가 베트남의 울창한 열대림이나 쌀농사를 짓고 있는 논 위에 비치고, 헬기에서 투하한 폭탄이 터지는 것을 보는 식이었다.

버추얼 베트남 (출처: 유투브)

지금과 비교하자면 당시의 그래픽 수준은 다소 떨어지는 편이었고, 시나리오의 종류도 제한적이며, 심리치료사가 컨트롤할 수 있는 기능도 한정적이었지만, 그럼에도 불구하고 효과는 있었다. 전통적인 방식의 심리 치료에 효과를 보이지 않던 PTSD 환자들이 두 달에 걸친 버추얼 베트남 임상 시험에 참여한 결과, 참가자 전원이 유의미한 효과를 보였던 것이다. 이러한 효과는 치료가 끝난 이후 반 년 이후에도 지속되었다.

재미있는 것은 그래픽 수준이 높지 않았음에도 불구하고 베트남 참전 용사들이 PTSD 치료를 위해 트라우마를 떠올리기에는 무리가 없었다는 것이다. 이 실험에 참여한 환자들은 많은 경우 영상 속에서 탱크와 사람들을 보았다고 했다. 실제로는 탱크와 사람들이 영상 속에 전혀 등장하지 않았는데도 말이다.

당시 버추얼 베트남은 단순한 일회적 연구였으니, 이러한 PTSD 치료를 위한 VR의 활용은 몇 년 후 더욱 확대된다.

엑스박스 게임을 활용한 PTSD 치료

이후 미국 UCS의 정신과 전문의 알버트 리조 (Albert Rizzo) 박사가 개발을 주도하여, VR을 군인들의 PTSD 치료에 더욱 활발하게 이용하게 되었다. 리조 박사팀은 2005년 이라크전 참전 군인들의 PTSD 치료를 위한 ‘버추얼 이라크 (Virtual Iraq)’ 라는 VR 솔루션을 개발한 것이다.

흥미로운 것은 이 ‘버추얼 이라크’ 는 엑스박스의 유명 전쟁 게임인 “풀 스펙트럼 워리어 (Full Spectrum Warrior)” 의 개발 환경을 재사용했다는 것이다. 가상 현실을 이용해서 PTSD 치료를 고민하던 리조 박사는 어느날 인터넷에서 이 게임을 발견하고는 “맙소사, 이건 완전 이라크잖아!” 하고 놀랐다고 고백했다.

그는 이 게임의 구성요소들을 이용하여 군인의 PTSD의 치료에 즉시 사용할 수 있겠다고 생각했다. 일반인들에게 오락용으로 가상으로 전쟁의 긴장감을 즐기기 위해서 개발된 게임이, 실제로 전쟁의 참상을 겪은 군인들의 후유증을 치료하기 위해 활용된다는 것이 아이러니하게 느껴지기도 한다.

엑스박스 전쟁 게임, 풀 스펙트럼 워리어 (Full Spectrum Warrior)

버추얼 베트남과 버추얼 이라크는 모두 PTSD 치료를 위해 가장 효과적인 치료로 증명된 ‘지속 노출 치료 (prolonged-exposure therapy)’ 라는 원리에 기반하고 있다. 지속 노출 치료는 약물 요법이 아닌, 인지 행동 치료의 일종으로 안전한 상황에서 환자가 트라우마를 갖고 있는 상황과 기억에 오히려 지속적으로 노출시킴으로써 스트레스와 회피 행동을 감소시키는 치료 방식이다. 환자는 눈을 감고 상담사와 이야기를 나누며 트라우마에 대한 기억을 반복해서 떠올리게 되는데, 이러한 과정을 거치며 특정 기억과 그 기억에서 촉발되는 반응의 연결고리를 약화시키려는 것이다.

전통적인 지속 노출 치료를 위해서 환자는 정신과 의사의 진료실 등에서 머리 속으로 그 기억을 상상하여 생생하게 떠올려보라는 요구를 받게 된다. 그런데 문제는 환자들이 그동안 회피하려고 했던 그 기억을 떠올리는 것에 거부감을 느끼거나, 효과적으로 상상하지 못한다는 것이다. 사실 그 자체가 PTSD 의 증상의 하나이기 때문이다. 한 연구에 따르면 지속 노출 치료에서 환자가 트라우마에 대한 기억을 생생하게 시각화하지 못하는 경우에는 효과적인 치료가 어렵다고도 한다.

VR이 지속 노출 치료를 위해서 효과적인 것이 바로 이러한 이유 때문이다. 환자에게 스스로 해당 기억을 떠올려볼 것을 요구하는 것이 아니라, 가상현실을 이용해서 아예 그 상황 속으로 들어가도록 해주기 때문이다. 버추얼 이라크에서 군인은 머리에 쓰는 디스플레이 (HMD)을 착용하고 실감나는 이라크 전쟁 속으로 들어가게 된다. 실제 이라크와 비슷한 거리와 자연 풍경, 전투 상황 등을 재현하기 위해서 이라크전 참전 군인들의 의견도 많이 반영되었다.

버추얼 이라크의 활용 장면 (출처)

‘버추얼 이라크’

환자들이 진짜 이라크전에 참전한 것처럼 느끼게 하기 위해서, 리조 박사 팀은 아래와 같은 몇가지 시나리오를 만들었다. 모두 군인들이 실제 전장에서 처해보았을만한 상황들이다.

• 시가지: 황량한 거리에 낡은 건물과 금방 무너질 것만 같은 아파트, 창고, 모스크, 공장 등이 있는 상황이다. 인적이나 교통량이 거의 없는 버전과, 사람이 많고 교통량이 많은 버전의 두 가지가 있다.
• 검문소: 시가지 시나리오의 일부로, 차량이 도시로 진입하기 위해 정지하는 검문소 상황이다.
• 시가지 빌딩 내부: 시가지의 일부 빌딩은 환자가 내부로 들어가볼 수 있도록 내부 구조가 모델링되어 있다. 빌딩은 텅 비어있게 할 수도 있고, 적거나 많은 거주자가 내부에 있도록 설정할 수 있다.
• 작은 시골 마을: 쓰러져가는 건물과 전투의 잔해들이 있는 작은 마을을 재현한 것이다. 주변에 식물들이 많고, 건물들 사이로 멀리 사막이 보인다.
• 사막 기지: 군인들, 텐트, 군용 장비 등이 설치 되어 있는 사막의 기지를 재현한 것이다.
• 사막 도로: 비포장 도로의 환경인데, 이는 각각 도시, 작은 시골 마을, 사막 기지 시나리오로 이어지게 된다. 사막의 사구, 식물들, 낡은 건물들, 전투 잔해, 길가의 사람 등으로 구성되어 있다.

버추얼 이라크의 다양한 시나리오 (출처)

이러한 다양한 시나리오 속으로 환자들이 들어갈 수 있는 시점 또한 다음과 같이 다양하다.

• 1인칭 시점으로 혼자서 걸어가기
• 1인칭 시점으로 한 명의 다른 군인과 함께 걸어가기
• 여러 명의 군인들과 함께 걸어가기
• 험비 같은 군용차나 다른 운송 수단에 타고 있거나 (다른 사람이 운전하는 것을 타고 갈 수도 있고, 사용자가 직접 게임패드를 갖고 운전을 할 수도 있다), 군용차 지붕의 포탑과 같은 보다 노출된 곳에 탑승
• 헬리콥터를 타고 각 시나리오의 지점 위에 떠 있거나, 날아가기

시각-촉각-청각-후각을 통한 전쟁의 재현

더 나아가서, 심리상담사는 환자가 처해있는 모든 상황을 실시간으로 컨트롤할 수 있다. 환자가 실제 이라크 전장에서 겪으며 트라우마를 가진 상황을 최대한 비슷하게 재현하기 위해서, ‘오즈의 마법사’ 처럼 시각적, 청각적, 후각적, 촉각적 상황을 컨트롤하는 것이다.

예를 들어, 험비 등 다양한 군용 차량을 등장시키고, 근처에 있는 건물, 차, 탱크 등을 폭발시키거나, 비행기나 헬리콥터를 머리 위에 출현 시킬 수 있다. 또한 영어나 혹은 아랍어로 누군가 소리를 치게 한다든지, 낮과 밤은 물론이고, 비를 내리게 하거나 안개를 끼게 만드는 등 날씨까지도 실시간으로 조절할 수 있다.

이를 통해서 해당 환자가 트라우마를 가지는 원인이 되었던 상황들을 최대한 비슷하게 만들어낼 수 있다. 버추얼 이라크를 통한 치료는 보통 총 11번 정도의 세션으로 이뤄지는데, 상담사들은 환자와 많은 대화를 통해서 구체적으로 어떤 상황을 경험했는지를 파악하고 유사한 상황을 VR로 재현하는 것이다.

다양한 옵션들을 통해서 상담사들은 군인들이 트라우마를 가지는 원인이 되었던 다양한 상황들을 만들어낼 수 있다. 적군에게 공격을 당하거나, 매복에 당한 상황, 적이 쏜 로켓포나 대포가 날아오는 상황, 적군과 총격전을 벌이거나, 적군 혹은 민간인에게 총격을 가하고 책임을 져야 하는 상황, 사람의 시체나 잔해를 보거나, 주변 동료가 심각한 부상을 입거나 사망한 상황, 백병전을 벌이는 상황 등등.

험비를 타고 가다가 폭발물이 터진 상황

특히 심리학자들은 단순히 시각적인 효과보다 소리나 촉각이 기억을 떠올리게 하는데 더욱 효과적이라고 믿고 있다. VR로 치료를 받고 있는 한 환자는 이렇게 이야기했다.

“사제 폭발물이 터지고, 머리 위로 비행기가 날아가면서 저는 점점 더 감정적이 되었습니다. 단순히 시각적으로만 봤을 때에는 비디오 게임 같게만 느껴졌어요. 하지만 진동으로 건물이 흔들리고, 연기 냄새를 맡고, AK-47 소총이 발사되는 소리까지 들으니 정말 진짜 같았습니다. 저는 온 몸을 떨었고, 치료가 끝난 후 집으로 돌아가서 울음을 터뜨렸습니다.” 

VR로 군인들의 PTSD를 치료하는 또 다른 장점은 기존의 치료에 비해서 거부감이 덜하다는 것이다. 정신과에 가서 상담사를 만나고 심리 치료를 받는다는 것은 스스로 나약하다고 느끼므로 군인들이 싫어하기도 한다.

“보병은 터프한 군인 중에서도 더 터프해야 합니다. 그런 제가 정신과 치료를 받는다는 것은 저를 나약해 보이게 합니다. 하지만 VR은 쿨하게 느껴져요. 기계에 연결되어서 비디오 게임을 하는 것 같으니까요” 한 군인의 이야기다. 다른 동료들에게도 정신과 치료를 받으러 간다고 하는 것보다 VR 치료를 받으러 간다고 말하는 게 더 쉽다는 것이다.

VR을 이용한 PTSD 치료 결과

이러한 버추얼 이라크는 군인들의 PTSD 치료에 뛰어난 성과를 보여주었다. 리조 박사팀은 20명의 이라크전 참전했던 PTSD 환자들 중 전통적인 치료에 효과가 없었던 환자들을 버추얼 이라크로 치료한 결과를 공개했다. 환자들이 치료를 받은 횟수는 평균 11번 이하였다. 치료 결과를 평가하기 위해서 군대 버전의 PTSD 체크리스트 (PCL-M)과 벡 불안 척도 (Beck Anxiety Inventory), 우울증 지수 (PHQ-9) 등의 세 가지 기준을 이용했다.

연구 결과 20명의 환자 (19명은 남자, 1명은 여자, 평균 나이 28세) 들은 전반적으로 유의미한 개선을 보였다. 환자들 전체의 PCL-M 수치가 평균 54.4에서 35.6으로 감소했으며, 20명 중 16명은 치료 직후에 더 이상 PTSD 를 가지지 않은 것으로 나타났다. 치료가 끝난지 3개월 후에 환자들의 상태는 잘 유지되었다.

또한 같은 환자군에 대해서 벡 불안 지수는 평균 18.6에서 11.9로 33% 감소하였으며, PHQ-9 우울증 지수 역시 13.3에서 7.1로 49% 감소했다. 특히 치료를 성공적으로 받은 환자들 중에 2명은 경미한 외상성 뇌손상 (traumatic brain injury)이 있음을 발견했다. 이는 VR에 기반한 PTSD의 치료가 이러한 환자군에 대해서도 효과가 있을 수 있음을 의미한다.

2011년 미국 정부에서는 이 연구를 지원하여 버추얼 이라크를 더욱 발전시켜 ‘브레이브 마인드 (BraveMind)‘ 라는 프로그램으로 더욱 업그레이드 했다. 기존 버추얼 이라크의 시나리오를 더욱 다양하게 만들고, 기능을 개선시켜서 보다 다양한 PTSD 의 치료에 활용하기 위한 목적이다. 이후 브레이브 마인드는 미국 전역의 50개 이상의 병원에서 채택된 것으로 알려졌다.