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“안녕하세요, 피지 섬 예약하셨죠?”
여기는 텔레미팅센터. 직원이 캡슐처럼 생긴 침대로 안내했다. 눈을 감자 기계가 가볍게 진동하더니 곧 눈앞에 아름다운 해변이 펼쳐졌다. 곁에는 미국에서 어학연수 중인 여자 친구가 있었다. 우리는 손을 잡고 나란히 해변을 거닐었다. 한 시간의 짧은 만남이었지만 잊지 못할 달콤한 시간이었다. 다음에는 함께 스카이다이빙을 해볼 생각이다.
과학영화(SF)를 좋아하는 독자라면 쉽게 영화 ‘매트릭스’, ‘써로게이트’, ‘아바타’ 속 장면을 떠올렸을 것이다. 영화 속 사람들은 가만히 앉아서도 가상현실에 접속해 어느 곳이든 마음대로 다닐 수 있다. 심지어 가상현실 속에서 느끼는 감각을 실제로 느낄 수도 있다.
이제는 이런 이야기를 그저 영화라고만 생각해서는 안 된다. 뇌공학자들은 이미 영화의 상상력을 현실로 만들기 시작했다. 이들은 가상현실을 만들기 위해 우선 사람의 생각을 뇌에서부터 읽어내는 기술을 개발했다. 그리고 이 생각을 기록하고, 다시 꺼낼 수 있는 이른바 ‘드림레코더’를 만들고 있다.
언제부터?
기계로 생각을 읽는다는 개념은 이미 100여 년 전에 소개됐다. 1919년 미국의 지방 일간지인 ‘시러큐스 헤럴드’에 ‘이 기계는 당신의 모든 생각을 기록한다’라는 제목의 기사가 실렸다. 기사에는 한 남자가 머리에 전극이 달린 밴드를 착용하고, 이를 갈바노미터와 연결해 뇌파(뇌에서 발생하는 전기 신호)를 측정하는 사진이 첨부돼 있다.
기계의 원리는 간단하다. 생각에 따라 반응하는 뇌세포의 종류와 반응이 다르기 때문에 뇌파를 측정하면 그 사람이 어떤 생각을 하는지 역추적할 수 있다는 것이다. 컴퓨터 없이 종이테이프에 직접 뇌파를 기록한다는 점을 제외하면 현재 뇌공학자가 쓰고 있는 방법과 크게 다르지 않다. 하지만 당시에는 뇌파를 정확히 측정하기가 어려웠다. 두개골은 전류를 잘 흘리지 못하기 때문에 전기신호의 크기가 감소한다. 게다가 뇌에서 각각의 신경세포나 특정 영역의 활성도를 분리해 측정할 수 없다는 것도 문제였다.
지금은 어디까지?
최근 마이크로 공정 기술이 급격히 발전하며 과학자들은 아주 미세한 바늘 형태의 전극을 제작할 수 있게 됐다. 이 미세바늘을 대뇌 피질 표면에 찔러 넣으면 신경세포 한 개에서 발생하는 뇌의 전기신호를 측정할 수 있다. 실제로 2004년 미국에서는 이 방법으로 ‘브레인게이트’라는 뇌-컴퓨터 접속 장치를 만들었다. 미세바늘을 이식한 사지마비 환자들이 생각만으로 텔레비전 채널을 바꾸거나 웹서핑을 즐기는 모습이 공개돼 큰 호응을 받았다.
생각과 의도를 읽는 기술은 반대로 뇌에 생각을 넣는 데 쓸 수도 있다. 외부에서 뇌의 특정부분을 자극하기만 하면 된다. 1999년 미국 UC버클리의 양 단 교수 연구팀이 미세바늘로 고양이의 시각 중추인 측면슬상핵 표면을 자극하자 고양이는 특정 영상을 보고 있다고 인식했다. 심지어 연구팀은 고양이가 보고 있는 영상을 읽어 컴퓨터 모니터에 나타내기도 했다. 이 기술이 가능한 이유는 망막에 분포한 시신경들이 각각 대뇌의 시각피질에 있는 서로 다른 신경세포들과 연결됐기 때문이다. 생각을 영상으로 녹화할 수 있는 가능성이 열린 것이다.
영화 매트릭스에서 사람들은 가상현실에 접속할 때 머리 뒷부분에 기다랗게 생긴 금속 막대를 꽂는다. 필자는 이것의 정체가 바로 미세바늘 다발이 아닐까 생각한다. 뇌의 모든 부분에 이런 미세바늘을 꽂고 전기신호를 컴퓨터로 전달하면, 모든 뇌 활동을 읽어낼 수 있다. 각 바늘에 전류를 흘려 실제와 같은 감각을 느끼게 하는 것도 이론적으로 불가능한 일은 아니다. 하지만 살아 있는 사람에게 미세바늘을 이식하는 것은 너무나 위험한 수술이다. 게다가 뇌 표면은 주름이 많이 잡혀 있어 각 신경세포마다 바늘을 꽂는 것은 현재 기술로는 불가능하다.
미래는?
영화 ‘써로게이트’나 ‘아바타’에서는 주인공들이 뇌에 어떤 기구를 넣지 않고서도 자신의 아바타를 조종하는 장면이 등장한다. 현실에서도 바늘을 이식하지 않고 직접 사람의 생각이나 시각 정보를 얻으려는 시도가 있다. 한 가지 방법은 뇌의 활동을 영상화하는 기술인 기능적 자기공명영상(fMRI)을 이용하는 것이다. 바늘을 이용하는 방법보다 영상의 해상도는 떨어지지만 분명 머리 외부에서도 뇌 활동을 측정할 수 있다. 2008년 일본 국제전기통신기초기술연구소(ATR) 연구팀은 다양한 흑백 사진 400장을 사람들에게 보여준 다음 fMRI로 대뇌 시각피질의 활성패턴을 측정했다. 측정자료를 이용했더니 이 사람이 보고 있는 문자나 도형이 어떤 것인지 읽어낼 수 있었다. 2011년에는 사진뿐 아니라 동영상을 읽어내는 데도 성공했다. UC버클리의 잭 갈란트 교수팀은 사람이 영화를 볼 때 뇌의 변화를 fMRI로 포착해 무슨 장면을 봤는지 실시간 동영상으로 재현했다. 흐릿하기는 하지만 전체적인 윤곽은 75% 정도 일치했다. 앞으로 더 뛰어난 해상도를 가진 새로운 뇌 영상기기가 개발된다면 가까운 미래에 우리의 꿈을 저장하고 꺼내 보는 것이 가능할 것이다. 이런 연구는 거짓말 탐지, 뉴로 마케팅, 정신질환 진단과 같은 다양한 분야에서 이용될 것이다.
여기는 텔레미팅센터. 직원이 캡슐처럼 생긴 침대로 안내했다. 눈을 감자 기계가 가볍게 진동하더니 곧 눈앞에 아름다운 해변이 펼쳐졌다. 곁에는 미국에서 어학연수 중인 여자 친구가 있었다. 우리는 손을 잡고 나란히 해변을 거닐었다. 한 시간의 짧은 만남이었지만 잊지 못할 달콤한 시간이었다. 다음에는 함께 스카이다이빙을 해볼 생각이다.
과학영화(SF)를 좋아하는 독자라면 쉽게 영화 ‘매트릭스’, ‘써로게이트’, ‘아바타’ 속 장면을 떠올렸을 것이다. 영화 속 사람들은 가만히 앉아서도 가상현실에 접속해 어느 곳이든 마음대로 다닐 수 있다. 심지어 가상현실 속에서 느끼는 감각을 실제로 느낄 수도 있다.
이제는 이런 이야기를 그저 영화라고만 생각해서는 안 된다. 뇌공학자들은 이미 영화의 상상력을 현실로 만들기 시작했다. 이들은 가상현실을 만들기 위해 우선 사람의 생각을 뇌에서부터 읽어내는 기술을 개발했다. 그리고 이 생각을 기록하고, 다시 꺼낼 수 있는 이른바 ‘드림레코더’를 만들고 있다.
언제부터?기계로 생각을 읽는다는 개념은 이미 100여 년 전에 소개됐다. 1919년 미국의 지방 일간지인 ‘시러큐스 헤럴드’에 ‘이 기계는 당신의 모든 생각을 기록한다’라는 제목의 기사가 실렸다. 기사에는 한 남자가 머리에 전극이 달린 밴드를 착용하고, 이를 갈바노미터와 연결해 뇌파(뇌에서 발생하는 전기 신호)를 측정하는 사진이 첨부돼 있다.
기계의 원리는 간단하다. 생각에 따라 반응하는 뇌세포의 종류와 반응이 다르기 때문에 뇌파를 측정하면 그 사람이 어떤 생각을 하는지 역추적할 수 있다는 것이다. 컴퓨터 없이 종이테이프에 직접 뇌파를 기록한다는 점을 제외하면 현재 뇌공학자가 쓰고 있는 방법과 크게 다르지 않다. 하지만 당시에는 뇌파를 정확히 측정하기가 어려웠다. 두개골은 전류를 잘 흘리지 못하기 때문에 전기신호의 크기가 감소한다. 게다가 뇌에서 각각의 신경세포나 특정 영역의 활성도를 분리해 측정할 수 없다는 것도 문제였다.
지금은 어디까지?최근 마이크로 공정 기술이 급격히 발전하며 과학자들은 아주 미세한 바늘 형태의 전극을 제작할 수 있게 됐다. 이 미세바늘을 대뇌 피질 표면에 찔러 넣으면 신경세포 한 개에서 발생하는 뇌의 전기신호를 측정할 수 있다. 실제로 2004년 미국에서는 이 방법으로 ‘브레인게이트’라는 뇌-컴퓨터 접속 장치를 만들었다. 미세바늘을 이식한 사지마비 환자들이 생각만으로 텔레비전 채널을 바꾸거나 웹서핑을 즐기는 모습이 공개돼 큰 호응을 받았다.
생각과 의도를 읽는 기술은 반대로 뇌에 생각을 넣는 데 쓸 수도 있다. 외부에서 뇌의 특정부분을 자극하기만 하면 된다. 1999년 미국 UC버클리의 양 단 교수 연구팀이 미세바늘로 고양이의 시각 중추인 측면슬상핵 표면을 자극하자 고양이는 특정 영상을 보고 있다고 인식했다. 심지어 연구팀은 고양이가 보고 있는 영상을 읽어 컴퓨터 모니터에 나타내기도 했다. 이 기술이 가능한 이유는 망막에 분포한 시신경들이 각각 대뇌의 시각피질에 있는 서로 다른 신경세포들과 연결됐기 때문이다. 생각을 영상으로 녹화할 수 있는 가능성이 열린 것이다.
영화 매트릭스에서 사람들은 가상현실에 접속할 때 머리 뒷부분에 기다랗게 생긴 금속 막대를 꽂는다. 필자는 이것의 정체가 바로 미세바늘 다발이 아닐까 생각한다. 뇌의 모든 부분에 이런 미세바늘을 꽂고 전기신호를 컴퓨터로 전달하면, 모든 뇌 활동을 읽어낼 수 있다. 각 바늘에 전류를 흘려 실제와 같은 감각을 느끼게 하는 것도 이론적으로 불가능한 일은 아니다. 하지만 살아 있는 사람에게 미세바늘을 이식하는 것은 너무나 위험한 수술이다. 게다가 뇌 표면은 주름이 많이 잡혀 있어 각 신경세포마다 바늘을 꽂는 것은 현재 기술로는 불가능하다.
미래는?영화 ‘써로게이트’나 ‘아바타’에서는 주인공들이 뇌에 어떤 기구를 넣지 않고서도 자신의 아바타를 조종하는 장면이 등장한다. 현실에서도 바늘을 이식하지 않고 직접 사람의 생각이나 시각 정보를 얻으려는 시도가 있다. 한 가지 방법은 뇌의 활동을 영상화하는 기술인 기능적 자기공명영상(fMRI)을 이용하는 것이다. 바늘을 이용하는 방법보다 영상의 해상도는 떨어지지만 분명 머리 외부에서도 뇌 활동을 측정할 수 있다. 2008년 일본 국제전기통신기초기술연구소(ATR) 연구팀은 다양한 흑백 사진 400장을 사람들에게 보여준 다음 fMRI로 대뇌 시각피질의 활성패턴을 측정했다. 측정자료를 이용했더니 이 사람이 보고 있는 문자나 도형이 어떤 것인지 읽어낼 수 있었다. 2011년에는 사진뿐 아니라 동영상을 읽어내는 데도 성공했다. UC버클리의 잭 갈란트 교수팀은 사람이 영화를 볼 때 뇌의 변화를 fMRI로 포착해 무슨 장면을 봤는지 실시간 동영상으로 재현했다. 흐릿하기는 하지만 전체적인 윤곽은 75% 정도 일치했다. 앞으로 더 뛰어난 해상도를 가진 새로운 뇌 영상기기가 개발된다면 가까운 미래에 우리의 꿈을 저장하고 꺼내 보는 것이 가능할 것이다. 이런 연구는 거짓말 탐지, 뉴로 마케팅, 정신질환 진단과 같은 다양한 분야에서 이용될 것이다.
