August 21,2019

“인간 뇌와 컴퓨터 연결해 소통”

BCI, 미세한 뇌파 정확하게 해석해야

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지난 3월 27일 테슬라의 엘론 머스크 CEO는 사람의 뇌와 컴퓨터를 통합하기 위한 기술을 연구하는 ‘뉴럴링크(Neural Link)’를 설립했으며 현재 그 곳에서 생각을 업·다운로드할 수 있는  ‘뉴럴 레이스(neural lace)’를 개발 중이다.

‘전자 그물망’으로 번역되는 이 액체 상태의 초소형 기기를 뇌에 주입시키면 특정 뇌 부위에서 최대 30배의 그물망으로 펼쳐지는데, 이 그물망을 통해 뇌세포 사이에서 전기 신호와 자극을 예민하게 감지할 수 있다.

인공지능 반대자인 머스크는 AI에 지배당하지 않고 공생하기 위해 컴퓨터와 두뇌를 연결해 인간이 더 높은 수준의 기능을 가질 수 있다고 주장하고 있다. 최근 개발되고 있는 BCI(Brain Computer interface) 기술의 한 단면을 말해주고 있다.

사람의 뇌와 컴퓨터를 연결해 저하된 신경기능을 돕는 BCI 개발이 최근 활발하게 진해되고 있다.   ⓒWyss Center for Bio and Neuroengineering

사람의 뇌와 컴퓨터를 연결해 저하된 신경기능을 돕는 BCI 개발이 최근 활발하게 진해되고 있다. 사진은 칩 대신 모자를 통해 뇌파를 분석하는 스위스 바이스센터의 BCI.  ⓒWyss Center for Bio and Neuroengineering

DARPA, 파킨슨 치료할 초소형 칩 개발   

BCI란 사람 뇌와 컴퓨터를 접속하는 기술이다. 사람의 생각을 컴퓨터와 주고받으면서 주변에 있는 기계를 움직이고, 또한 외부로부터의 신호를 통해 사람이 감지할 수 없는 정보를 획득하고, 또한 인간을 넘어서는 능력을 발휘할 수 있다.

실제로 많은 기관, 기업들이 이 분야에 투자를 확대하고 있다. 페이스북의 최고 경영자 마크 저커버그는 지난 4월19일 “뇌와 연결된 컴퓨터를 통해 생각만으로 소통하는 시대가 머지않아 열릴 것”이라며, “인간의 뇌와 컴퓨터를 연결하는 기술을 개발 중”이라고 밝혔다.

페이스북이 개발을 추진하는 뇌컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술은 뇌파를 이용해 간단한 문장을 만드는 기술이다. 미국 국방성도 DARPA(미국방위고등연구계획국)을 통해  BCI에 6500만 달러(한화 약 725억 원)를 투자할 계획이라고 밝혔다.

‘NESD(Neural Engineering System Design)’이라고 명명한 이 프로젝트의 목표는 인간의 청각, 시각, 대화, 그리고 뇌와 관련된 여러 가지 저하된 기능을 도울 수 있는 첨단 의료기술을 개발하기 위한 것이다.

오바마 전 대통령이 시작한 대단위 뇌연구 프로젝트인 ‘브레인 이니셔티브(BRAIN Initiative)’와의 연장선상에서 이루어지고 있는 연구 프로그램이다. 브라운대, 버클리대, 캘리포니아대 등 대학들과 연구소, 기업 등이 다수 참여하고 있다.

NESD 프로그램에서 주목해야 할 기술은 초소형 전자 칩이다. 이 실리콘으로 만든 이 작은 칩을 통해 사람의 뇌와 인공지능을 연결할 수 있다. 프로그램 관계자는 “이 전자 칩을 통해 파킨슨, 뇌전증, 그리고 기타 신경퇴행성 질환을 완화시킬 수 있다”고 말했다.

그동안 많은 과학자들이 다양한 방식을 통해 인간 뇌와 접속할 수 있는 기술을 개발해왔다. 그러나 그 장치가 너무 크거나 자극적이라 환자들이 고통을 받아야 했다. NESD는 첨단 기술을 적용해 안심하고 사용할 수 있는 초소형 칩을 개발 중이다.

“뇌파의 복잡한 내용 분석할 수 있어야”  

이런 기술이 가능한 것은 최근 BCI에 적용할 수 있는 첨단 기술이 속속 개발되고 있기 때문이다. 특히 나노기술 분야의 발전은 그동안 불가능했던 인공 칩의 크기 부담을 놀라운 속도로 해소해 나가고 있다.

나노기술 분야의 세계적인 포털사이트인 ‘나노월크(Nanowerk)’는 27일 보도를 통해 “최근 과학자들이 인간 중추신경계와 디지털 시스템을 연결할 수 있는 나노 기술이 개발하고있다”고 전했다. 신경과 디지털을 연결하는 뉴럴 인터페이스(neural interfaces)를 말한다.

SNS로 표기되는 중추신경계는 사람의 신경계에서 가장 많은 부위를 차지하는 부분으로 뇌와 척수를 포함한다. 말초신경계와 함께 사람의 행동을 제어하는 중요한 기능이다. 이 기능이 망가지면 소통은 물론 신체 움직임에 큰 지장을 초래하게 된다.

그러나 최근 나노기술을 통해 손상된 신경세포를 대체할 수 있는 뉴럴 인터페이스 칩이 개발되고 있다는 것. 특히 신경계에 치명적인 손상을 당한 일부 군인들이 나노기술이 결합된 BCI 술을 통해 도움을 받고 있다고 전했다.

인간 뇌는 수억 개의 뉴런으로 구성돼 있다. 생각을 하거나 움직일 때마다 뉴런이 작동한다. 그리고 뉴런이 작동할 때마다 뉴런을 연결하는 시냅스 사이에서 낮은 전기신호가 오고가는데 최근 BCI 기술이 이 신호를 찾아내 그 내용을 해석할 수 있는 수준에 도달하고 있다.

BCI가 주목받고 있는 것은 사람의 생각을 조정할 수 있다는 점 때문이다.  생각만으로 비디오 게임을 수행하고, 로봇 팔과 다리를 움직일 수 있는 기능을 말한다. 사람 뇌에서 발산되는 신호를 해석해 그 역할을 대신할 수 있다.

이런 기술이 실현된다면 인간 삶에 그동안 보지 못했던 놀라운 변화가 일어날 것이다. 팔과 다리가 마비된 사람이 인공 팔과 다리로 건강한 사람처럼 행동을 하게 되고, 시각장애인이 다시 보게 되는 꿈과 같은 일들이 벌어질 수 있다.

이런 이유 때문에 BCI에 대해 관심이 높아지는 것은 당연한 결과다.  문제는 아직까지 뇌에서 발생하는 신호를 정확히 분석해낼 수 있는 기술이 개발되지 않았다는 점이다. 약간의 신호를 감지해 분석할 수는 있지만 복잡한 내용의 신호에는 아직 손을 대지 못하고 있다.

정보통신기술연구원 정윤석 책임연구원은 “인간 뇌에 약 1000억 개의 뉴런이 있고, 그곳에서 끊임없이 신호가 발생하고 있지만 낮은 전위로 측정되는 뇌파를 해석하려면 극히 민감하면서 주변 간섭을 차단할 수 있는 미세한 기술이 선행돼야 한다”고 말했다.

“수 년 간의 노력으로 뇌지도가 만들어졌지만 그 지도 속에 들어가 뇌의 구석구석을 다니면서 확대 지도를 만들고 부분적인 기능과 특성을 확인해야 하는 문제도 남아 있다”고 말했다. “뇌신호를 정확히 읽고 해석해내는 기술이 개발돼야 한다”고 말했다.

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