d라이브러리

ㆍ 디지털 브릿지 기술로 하반신 마비 환자 걷게 해 👟: 2023년 5월, 그레고아르 쿠르틴 스위스 로잔공대 생명과학과 교수팀은 국제학술지 ‘네이처’에 뇌와 척수에 디지털 브릿지 기계를 삽입한 하반신 마비 환자가 걷는 데 성공했다고 밝혔다. 디지털 브릿지는 뇌와 척수에 이식한 BCI 장치로, 뇌와 연결된 장비는 다리에게 움직임을 명령하는 뇌의 신호를 받아 처리 장치로 보낸다. 웨어러블 처리 장치는 뇌 신호에서 필요한 운동 자극을 추출한 후, 척수에 무선으로 전송한다. 척수에 부착된 신경 자극기는 전송받은 신호를 다시 신경 자극으로 변환한다. 그러면 끊어진 척수를 대신해 디지털 브릿지를 통해 뇌 신호를 다리로 보낸다.

ㆍ 발성 근육 마비 환자, 아바타로 대화 😉: 2023년 에드워드 창 미국 샌프란시스코 캘리포니아대 신경외과 교수팀은 발성 근육 마비 환자에 BCI 장치를 이식해 분당 78개 단어를 아바타의 말과 표정으로 표현할 수 있게 했다고 ‘네이처’에 발표했다. 연구팀은 뇌파를 측정할 수 있는 전극을 환자에게 이식한 뒤 1024개의 단어가 포함된 문장을 보여주며 따라 말하도록 훈련시켰다. 근육이 마비돼 실제로 말이 나오진 않지만, 말을 할 때의 뇌파를 BCI 장치에 받기 위해서다. 이후 수집한 뇌파를 사용해 환자가 말하는 단어, 목소리, 표정을 따로 재구성해 인공지능(AI) 모델을 훈련시키고, 환자의 뇌 신호에 따라 표정을 짓고 말을 하는 3D 아바타를 개발했다. 
 

▶기사 원문 보기   ▶로잔공대 연구팀 논문 보기   ▶UCSF 연구팀 논문 보기

ㆍ 언어 기능 같은 고인지 기능 복원😜 : 이전까지 BCI는 운동이나 감각 등 기초적인 기능을 복원하는 데 초점이 맞춰져 있었다. 최근에는 기억이나 언어와 같은 좀 더 고등한 인지 기능으로 옮겨가고 있다. 인공지능(AI)을 활용해 머릿속으로 생각한 단어나 문장을 음성으로 합성, 전달하는 연구도 진행되고 있다.

ㆍ AI의 연계💡 : AI로 자연신경망과 인공신경망을 접합해 BCI와 AI 기술의 연계를 이룰 수 있다. 이를 뇌-AI 인터페이스(Brain-AI Interface)라고 부른다. 이것이 실현되면 인간이 지닌 자연신경망의 생물학적, 물리적 한계를 벗어날 수 있다. 초인간적인 감각 인식이나 계산, 데이터 분석 등이 가능한 인공신경망을 자연신경망과 접합함으로써 일종의 ‘사이보그’가 탄생할 수도 있다. 실제로 해외에서는 인간의 뇌 기능을 모방한 AI 반도체 ‘뉴로모픽(Neuromorphic)’ 칩과 배양된 뇌신경세포의 신경망을 연결해, 인공신경망과 자연신경망이 신호를 주고받도록 하는 연구가 이뤄졌다.

ㆍ 라이팅 기술 발전 📝: 현재까지는 주로 뇌 신호로부터 정보를 읽는 ‘리딩 BCI(Reading BCI)’ 기술이 발달했다면, 앞으로는 뇌에 직접 정보를 입력하는 ‘라이팅 BCI(Writing BCI)’ 기술도 급속도로 발전할 것이다. 지금의 라이팅 BCI 기술은 시각, 청각, 촉각 등의 감각을 담당하는 뇌 영역을 자극해 가상으로 감각 정보를 인식할 수 있게 하는 정도다. 같은 방식으로 감각 외 다른 정보를 입력하는 것도 이론적으로 가능한데, 아직은 뇌의 어느 부분을 어떤 식으로 자극해야 하는지조차 알려지지 않았다. 

ㆍ 라이팅 기술로 전자약도 활발히 개발💊 : 원하는 부위에 정확히 뇌를 자극하는 일이 가능해지면 손상된 뇌 신경회로를 정상화하거나 끊어진 뇌 신경회로를 우회해 다시 뇌 안의 정보 흐름을 원활하게 만드는 등 여러 가지 뇌 신경 조절 기술도 발전하게 된다. 이로써 치매로 손상된 기억이나 인지 기능을 회복시키거나, 우울증과 같은 정서적인 장애를 극복하고, 파킨슨병으로 저하된 운동 기능을 향상시킬 수 있다. 뇌에 미세 전류를 보내 질병을 치료하는 기술인 ‘전자약’도 이것의 일종이라고 볼 수 있다. 

ㆍ 초소형, 고성능💡 : IT 기술의 발달로 BCI 시스템 또한 더욱 작아지고, 강력해지고, 안전해질 것이다. 심장 기능을 유지해 주는 인공심박조율기는 1950년대 환자가 카트 위에 얹어 끌고 다니면서 사용해야 할 정도로 부피가 컸으나, 지금은 체내에 완전히 삽입돼 외부에서 보이지 않는 데다가 수년 동안 안정적으로 작동할 정도로 발전했다. 마찬가지로 초절전, 초소형, 고성능의 안전한 완전 삽입형 BCI 기술 개발은 필연적이라고 할 수 있다. 

다가오는 미래에 앞서 BCI 기술이 인간사회에 가져올 영향도 반드시 함께 고민해 봐야 한다. BCI 기술의 발전과 더불어 윤리적, 법적, 사회적 장치를 마련할 필요가 있다. BCI를 통해 생각을 읽는 것이 가능해지면 외부에서 뇌 신호에 담긴 개인 정보를 해킹할 위험이 있다. 특히 BCI 신호가 무선으로 전송되면 해킹에 노출될 가능성이 더욱 커지므로 BCI를 개발하는 기업이나 연구소는 뇌 신호의 보안을 필수적으로 수행해야 한다.

또한 뇌 신경회로를 조절하는 BCI 기술이 남용되거나 오용되는 것도 문제가 될 수 있다. 원래의 목적에서 벗어나 전자 마약 등 위험한 목적으로 사용된다면 심각한 사회적 문제를 야기할 수 있다. 인지 기능을 증강하는 BCI 기술이 구현된다면, 이 기술을 누가 어떤 목적으로 사용할지에 대한 사회적 합의도 필요하다. 특히 자본의 원리에 의해 BCI 기술이 분배될 때 사회 갈등을 불러올 것이 자명하므로 미연에 방지해야 한다.

BCI의 기술적, 과학적 현주소와 발전 방향을 대중에게 정확히 전달하는 과학 커뮤니케이션도 중요하다. 사회적으로 합의된 틀 안에서 BCI 기술을 안정적으로 발전시키기 위해서는 BCI를 개발하는 기업이 영리적인 목적으로 사실과 다른 정보를 과대 포장하는 등의 커뮤니케이션 오류를 방지해야 한다. 현재 해외뿐만 아니라 한국에서도 이런 이슈를 미리 인식하고 BCI 기술의 사회적 합의를 위한 신경윤리 연구를 시작한 연구자들이 있다. BCI 기술의 사회적 파급 효과를 생각했을 때 무척 다행한 일이다.
 

▶기사 원문 보기