생각으로 글씨·운전…전신마비 환자 '일상 회복'을 꿈꾼다[과학을읽다]

[아시아경제 김봉수 기자] 인간의 뇌파를 측정, 의도를 읽어내 기계를 움직이는 '뇌-기계 인터페이스(BMIㆍBrain-Machine Interface) 기술이 갈수록 진보하고 있다. 뇌졸중 환자가 연설을 하고 전신마비 장애인이 글씨 쓰기, 보행, 운전, 물건 들기를 하는 등 일상 활동 회복의 꿈이 이뤄질 날도 멀지 않았다는 평가다.

21일 국제학술지 네이처는 최근 캘리포니아공대가 연구 중인 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술 등 최신 연구 동향을 소개하면서 이같이 보도했다.

캘리포니아공대 연구팀은 현재 뇌 피질에 두 개의 신경 전극을 삽입, 뇌파를 측정해 의도와 생각을 읽을 수 있고 이를 통해 컴퓨터나 각종 보조 장치를 움직일 수 있는 시스템을 개발하고 있다. 이 연구팀의 실험에 참여한 제임스 존스씨는 2017년 3월 목이 부러지는 사고를 당해 어깨 아래의 모든 신체를 사용할 수 없는 상태였다. 그러나 존스씨는 2018년 11월 연구팀이 개발한 칩을 뇌에 이식한 후 엄청난 변화를 겪고 있다. 처음엔 생각으로 컴퓨터 스크린 위의 커서를 움직이는 것으로 시작했다. 이후 로봇팔을 조작하고 포토샵 소프트웨어를 작동하는데 성공했고 비디오 게임도 즐길 수 있게 됐다. 특히 최근엔 가상시뮬레이터를 통해 자동차 운전을 하면서 속도를 변경하고 핸들을 돌리고 장애물에 대응하는 수준에 도달했다. 연구팀은 존스씨 외에도 총 35명의 장애인들을 대상으로 뇌에 칩을 삽입한 후 장기간 여러가지 각종 테스트를 하고 있는 상태다

네이처는 특히 "세계적으로 이같은 연구를 하고 있는 곳은 지속적으로 늘어나고 있으며, 최근 5년 새 응용 범위가 크게 확장됐다"고 전했다. 지난해에만 해도 뇌파로 움직이는 로봇팔 기술과 뇌졸중으로 말을 할 수 없게 된 사람을 위한 인공 언어 장치, 자신의 손 글씨를 상상만으로 구현해 내면서 빠른 속도로 의사 소통을 할 수 있는 기술 등이 소개됐다.

민간 업체들의 참여도 늘어나고 있다. 그동안 장기간 사용할 수 있는 뇌 신경 전극 장치를 생산하는 회사는 미국 유타주 솔트레이크시에 위치한 '블랙록 뉴로테크'사가 유일했다. 그러나 최근 들어 BMIㆍBCI 기술 상업화에 관심이 고조되고 있다. 2016년 미국의 억만장자 일론 머스크가 '뉴럴링크'사를 창립해 인간-컴퓨터 연결 기술을 연구하겠다고 나선 게 대표적 사례다. 뉴럴링크사는 총 3억6300만달러를 투자받았고, 지난해 블랙록 뉴로테크사를 비롯한 신규 진입 회사들도 많은 자본을 투자 받았다.

특히 BCI 기술이 최근 들어 더욱 정교해지고 응용 범위가 넓어진 것은 뇌 과학의 발달 덕분이다. 과학자들은 인간의 뇌가 부분 별로 다른 역할을 담당하고 있다는 사실을 알게 됐고, 서로 다른 뇌 영역에 여러 기능을 하는 BCI칩을 이식하기 시작했다. 또 유용한 신호를 식별하는 새로운 방법을 고안해 냈다. 인공지능(AI) 기술인 머신 러닝 기법을 이용해 뇌 세포가 보내는 신호를 코드화하는 기술이다. 뇌파가 의미하는 것을 파악하기 보다는 패턴을 식별해 사용자의 의도와 연결시킨다. BCI 기술의 진전에 큰 역할을 했다.

이제 BCI 기술은 장애인들이 뇌파만으로 로봇 등 보철물을 활용하도록 해주는 것은 물론, 자신의 팔다리 근육을 직접 제어할 수 있도록 해주는 방향으로 발전하고 있다. 예컨대 손의 움직임을 제어하는 뇌파의 신호를 정확히 읽어낼 수 있다면, 손상된 척수를 우회해 뇌에서 말초 근육으로 곧바로 신호를 보낼 수 있다. 실제 2017년 미국 케이스 웨스턴 리저브대 연구팀은 이 기술을 활용해 전신마비 환자가 커피를 마시고 음식물을 섭취하는 등 복잡한 손동작을 실행하도록 하는 실험에 성공하기도 했다. 현재 해당 연구팀은 사용자가 손아귀 힘을 조절할 수 있고 촉감을 느끼게 하는 쪽으로 연구 범위를 확대한 상태다. 2015년 피츠버그대 연구팀도 촉감을 느끼는 뇌 피질 영역에 칩을 이식해 환자가 만지는 것과 유사한 감각을 느끼게 하는 데 성공했었다.

환자가 머리로 상상한 글씨를 컴퓨터로 재현해 내 의사 소통을 하도록 돕는 기술도 빠른 속도로 발전하고 있다. 캘리포니아대 연구팀은 지난해 최대 분당 40개 글자를 이같은 방식으로 쓰도록 하는 데 성공했고,정확도도 95%에서 99%로 높였다. 최근에는 분당 90개 글자를 쓸 수 있도록 속도도 상승시켰다.

다만 이같은 연구 결과들이 실제로 상용화되기 까지는 아직까지 시간이 더 필요하다는 지적이다. 환자의 상태나 신체에 따라 개인 차가 클 수 있어 범용화를 위해선 많은 연구와 실험이 더 필요하다. 사이버 보안도 심각한 과제다. BCI 기술이 사생활 침해나 개인의 자율성을 해칠 수 있다는 윤리적 우려도 있다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr
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