뇌의 작동 원리를 규명하여 인간의 뇌를 인공적으로 재현하려는 시도 중 대표적인 것이 바로 ‘뇌 임플란트(brain implant)’기술이다. 뇌임플란트 기술은 뇌에 미세전극을 이식하여 뇌 속에서 발생하는 생체 전기신호를 컴퓨터로 해독하는 기술로서, 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface : BCI) 기술의 한 종류이다. 200년 초반부터 시작된 뇌 임플란트 연구는 지난 몇 년 동안 원숭이 동물 실험을 거쳐 루게릭병 환자들을 대상으로 임상실험이 이루어졌으며 질환을 치료하고 장애를 극복하고자 하는 목표에 한 발짝 더 가까워져 가고 있다.

스탠퍼드 대학교에서 이루어진 최근 연구에서는 뇌 임플란트를 통해 마비 환자가 생각만으로 일반 태블릿 컴퓨터의 커서를 제어할 수 있음을 실증해주었다. 스탠퍼드 대학교 공학 교수이자 논문의 수석 저자인 크리슈나 쉐어(Krishna Shenoy)교수는 이번 연구가 신경학상으로 장애가 있는 사람도 의사소통을 할 수 있는 기능성을 열어주었다고 말했다. 이 연구는 스탠퍼드 대학교, 브라운 대학교, 케이스 웨스턴 리저브 대학교에 연구실을 두고 있는 브레인게이트(BrainGate)의 연구팀에서 나왔다. 이 연구소는 신경학적 결함을 가진 환자들을 돕기 위해 뇌-컴퓨터 인터페이스를 설계하는 데 초점을 맞추고 있다.

1. 생각만으로 소통이 가능해지는 시대

환자들이 생각만으로 커서를 제어하고 태블릿을 ‘클릭’할 수 있다는 것을 처음으로 보여준 이 연구가 더 특별한 이유는 특정 소프트웨어나 정밀하게 디자인된 기계가 아닌 우리가 흔히 접할 수 있는 일반 태블릭에서 이 기술을 시험한 것이기 때문이다. 그동안의 연구들은 고도로 잘 프로그래밍된 기기들을 통해서만 이루어졌다. 그러나 이번 연구의 참가자들은 생각만으로 일반 태블릿의 이메일 앱, 날씨 앱, 웹브라우저, 채팅 인터페이스와 같은 앱을 자유로이 탐색했다. 손발이 자유로운 사람들처럼 커서를 이리저리 가로질러 화면을 움직이고 자신의 손이 움직인다고 머릿속으로 생각함으로써 클릭이 되게 했다.

이번 연구는 마비 환자들도 좀더 평범한 삶을 영위할 수 있는 가능성에 한발 더 가까워졌음을 의미한다. 물론 아직까지는 정상인들처럼 신속하고 정확하게 커서를 이동할 수 없기에 연구팀은 시스템를 개선하기 위한 방향을 모색하고 있다.

이들의 궁극적인 목표는 마비 환자들도 정상인들과 비슷하게 건강한 삶을 영위할 수 있도록 하는 것이다. 실시간으로 뇌파에서 사람의 생각이나 감정을 정밀하게 해독해낼 수 있다면 인터넷으로 게임을 즐길 수도 있고, 쇼핑을 할 수도 있으며, 글을 읽고 쓰고 사람들의 자유로운 의사소통도 가능해진다. 나아가 이 기술을 꼭 장애가 있는 사람에게 한정 지을 필요도 없을 것이다. 수명이 늘어남에 따라 거동이 불편해진 노인 만성질환자들에게도 적용할 수 있음을 생각해 볼 때 이 기술이 가진 잠재적 가치는 더 크다고 볼 수 있다.

2. 자유로운 의사소통으로 장애를 극복한다

BCI 기술발전에 힘을 쏟고 있는 곳은 스탠퍼드 대학교뿐만이 아니다. 일론 머스크가 이끄는 회사인 뉴럴링크가 2020년까지 마비 환자들에게 논에 전극을 삽입할 계획이라고 2019년 7월발표하면서 많은 주목을 받았다. 그들의 첫번째 목표는 이동할 수 없거나 의사소통할 수 없는 사람들을 돕기 위한 보조 기술 개발이다.

뉴럴링크의 이번 발표에서 가장 인상적인 점은 분당 30～200의 속도로 전극을 이식할 수 있는 3,000개의 전극 신경 인터페이스를 공개한 것인데, 마치 재봉틀을 연상시키는 신경외과 인터페이스를 공개한 것인데, 마치 재봉틀을 연상시키는 신경외과 수술을 로봇이라고 생각하면된다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 당연히 뇌수술용 로봇이라고 생각하면 된다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 당연히 뇌수술을 필요로 한다, 두개골을 뚫고 전극을 넣은 외과적 어려움을 최소화하려는 것이 연구가 직면한 또 다른 문제다. 뉴럴링크가 제작한 장비는 초미세 실이 정교한 수술 로봇에 의해 이식되는 방식이다. 당연히 고도의 로봇 기술로 뇌 표면을 덮은 미세하나 혈관은 절대 건드리지 않는다. 뉴럴링크는 나아가 레이저빔을 이용해 뇌수술을 마치 라식 수술처럼 비침습적 방식으로 하는 것까지 목표로 하고 있다. 현재 뉴럴링크는 인간을 대상으로 한 실험에 따르는 FDA의 승인을 기다리고 있다.

뉴럴링크를 비롯해 뇌 임플란트를 연구하는 사람들이 꿈꾸는 미래는 어떤 모습일까? 사지마비로 고통받은 사람들이 자신의 생각만으로 컴퓨터나 스마트폰을 제어할 수 있고 촉각이나 시각을 회복해 임상생황을 정상적으로 영위할 수 있도록 하는 것이다. 신체의 불편함을 극복하고 건강한 노화를 위한 삶의 질 향상에 기여하는 이 첨단 BCI기술을 오랜 시간에 걸쳐 주목해야 할 이유가 바로 여기에 있다.

3. 인간과 컴퓨터가 한 몸이 된다면...

‘뇌-컴퓨터 인터페이스’는 우리의 두뇌와 컴퓨터, 의료기기 등 외부 장치 간의 직접적인 상호작용이 가능하도록 돕는 기술을 의미한다. 양방향 정보 전달이 가능하다는 점에서 신경제어기술과는 차이가 있다.

뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 언어나 동작이 아닌 뇌파를 분석하고 전달하여 컴퓨터에서 명령이 실행되기 때문에 장애 등으로 신체를 사용하지 못할 때 유용하게 사용된다는 점에서 큰 의미가 있다. 또, 상상으로 명령을 내릴 수 있기 때문에 교육, 엔터테인먼트를 포함한 여러 분야에도 적용이 가능할 것으로 예상이 되고 있다.

‘필립 케네디(Phillip Kennedy)’ 교수는 최초로 신경 전극을 사용하여 척수 손상 환자의 뇌에 간단한 전극을 삽입해 글자를 타이핑할 수 있도록 하여 BIC를 구현했고, 신경학자 ‘미겔 니코렐리스 (Miguel Nicolelis)’는 쥐로 연구를 시작해서 후에는 올빼미원숭이의 뇌 신호를 해독하여 로봇 팔을 움직이도록 하는 데에 성공했다.

최근 화제가 되고 있는 ‘뉴럴링크(Neuralink)’는 미국 전기차 업체 테슬라(Tesla)의 최고경영자(CEO) ‘엘론 머스크(Elon Musk)’가 컴퓨터와 인간의 뇌를 연결하는 것을 목표로 설립한 스타트업 회사이다.

뉴럴링크는 쥐를 활용해 뇌와 컴퓨터를 연결하는 실험을 통해 쥐의 뇌에 3천 개의 전극을 삽입하는데 성공했다고 한다. 이식된 전극으로부터 받은 최대 뇌 신호 수신율은 85.5%에 달한다고 한다. 최근 실험에서는 원숭이가 뇌로 컴퓨터를 통제할 수 있도록 하는데 성공했으며 이를 신경 마비 환자에게 적용하는 임상실험을 계획하고 있다고 한다.

뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 우선은 치료를 목적으로 개발이 되고 있기 때문에 신체를 자유롭게 움직일 수 없는 환자들이 더 이상 불편함을 겪지 않게 될 것 같다. BCI 기술은 인간뿐만 아니라 동물의 뇌에도 이식이 가능하기 때문에 함께 살고 있는 반려동물이 있다면 이제 그들과 서로 이야기를 하게 될 날을 맞이하게 될 수도 있겠다. 반려동물과 구체적인 의미를 가진 대화를 할 수 있게 된다니 정말 기대가 된다.

인간과 컴퓨터가 한 몸처럼 된다면 인간이 원하는 것은 각 신체 부위가 컴퓨터의 도움을 받아서 초인적으로 처리하게 된다. 이렇게 일을 처리하는 지능을 ‘초지능’이라 할 수 있다. 초지능이 실현되기 위해서는 인간의 신경과 컴퓨터 전자회로 연결되어야 하고 생체신호와 전기신호가 연결되어 상호 작용해야 한다, 지금은 황당한 말이라 하는 사람들이 많이 있겠지만 초지능 시대가 되면 인간이 구태여 말을 하지 않아도 사물이 저절로 알아듣고 행동해줄 날이 올 수도 있을 것 같다.

<참고자료>

박영숙·제롬 글렌(2019), 『세계미래보고서 2020』, 서울 : 비즈니스북스. pp.288～291.

http://blog.lginnotek.com/891

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