뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 현황

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain Computer Interface)는 신체의 움직임이 없이 뇌와 외부 장치간의 직접적인 상호작용방식을 의미한다. 2023년8월23일(현지시간)국제학술지 네이처(Nature)는 신경신호를 텍스트 또는 음성단어로 변환하는 2건의 BCI연구결과를 발표했다. 미국의 스탠포드대학교와 캘리포니아대학교는 각각 다른 접근법을 사용하여 BCI연구를 진행하여 언어 기능을 잃은 환자를 돕는 기술을 소개했다.

스탠포드 대학의 프랜시스 웰렛(Francis Willett)은 세포 수준에서 신경활동을 해석하고 이를 텍스트로 변환하는 BCI를 개발했다. 연구팀은 루게릭 병(근위축성측삭경화증) 이라고 알려진 운동신경질환을 앓고 있는 67세의 펫베넷(Pat Bennett)과 함께 연구를 진행했다.

베넷의 뇌표면 아래에 작은 실리콘전극을 삽입하고 125,000 단어의 대규모 어휘세트와 50단어의 어휘세트를 사용하여 베넷이 다양한 구문을 말하려고 시도할 때 뇌에서 고유한 신호를 인식하도록 딥러닝 알고리즘을 훈련한다.

캘리포니아대학 샌프란시스코 캠퍼스의에 드워드장(Edward Chang) 신경외과의는 18년간 뇌졸중으로 말을 할 수 없게된 47세 여성앤(Ann)을 대상으로 연구를 진행했다. 233개의 전극을 포함하는 종이처럼 얇은 직사각형 장치를 앤의 뇌피질표면에 부착했다.

앤에게 1,024 단어를 사용하여 249개의 문장을 말하게 하고 알고리즘이 앤의 뇌행동 패턴을 인식하도록 훈련하였다. 해당 장치는 분당 78 단어를 생성하였으며 평균 단어 오류율은 25.5%였다. 연구팀은 앤의 뇌의 신호를 음성과 얼굴표정을 모방하는 아바타로 변환하는 맞춤형 알고리즘을 만들고, 부상 전 목소리를 훈련시켜 앤의 목소리도 재현했다.

Neuralink, 인간대상 임상연구 미국 FDA 승인 획득

테슬라의 일론머스크(ElonMusk)가 2016년 설립한 뇌연구 스타트업인 뉴럴링크(Neuralink)는 뇌에 작은 전극을 이식하는 기술을 개발했다. 2023년5월, 뉴럴링크는 미국 식품의약국(FDA)으로 부터 인간을 대상으로 한 임상실험을 승인 받았다고 발표했다.

뉴럴링크는 뇌와 컴퓨터를 연결하여 사람들의 시력과 이동성을 회복하는데 도움을 주고자한다. 뉴럴링크는 마이크로 칩을 사용하여 마비나 실명과 같은 질환을 치료하고 특정 장애인이 컴퓨터와 모바일 기술을 사용하는데 도움을 주는 기술을 개발했다.

뉴럴링크가 개발한 칩은 원숭이 실험을 거쳤으며 뇌에서 생성되는 신호를 해석하고 블루투스를 통해 장치에 정보를 전달하도록 설계되었다. 전문가들은 뉴럴링크의 뇌임플란트가 널리 사용되려면 기술적, 윤리적 문제를 극복하기위한 광범위한 테스트가 필요하다고 경고했다. 머스크는 이전에 이기술이 인공지능에 의해 인간이 대체될 것이라는 우려를 완화하는데도 움이 될 수 있다고 언급하였다.

2023년 8월, 뉴럴링크는 시리즈 D모금 라운드에서 2억8,000만달러(약3,707억원)의 투자를 유치했다. 해당 시리즈는 페이팔(PayPal)의 공동창업자 이기도한 피터틸(PeterThiel)이 설립한 벤처캐피탈이 주도한 것으로 알려졌다. 로이터통신은 비공개주식거래를 통해 뉴럴링크의 가치가 50억달러(약6조6,200억원)로 평가되었다고 보도했다.

Synchron, 루게릭병 환자 대상이식 테스트 시행

2021년 뉴럴링크의 경쟁사 싱크론(Synchron) 이라는 기업이 임상실험에 대한 FDA승인을획득한바 있으며, 그해 여름 첫번째 테스트를 실시했다. 이후 루게릭병 환자에게 시술을 시행했으며, 이식된 환자들은 눈의 움직임과 생각만으로 메시징 앱을 사용하거나 온라인 검색을 할 수 있게 되었다.

같은 해 12월 루게릭병을 앓고 있는 62세 호주 남성이 이기술을 사용해 트윗을 보내는데 성공했다. 2023년 싱크론은 빌게이츠(BillGates)와 아마존의 제프 베조스(Jeff Bezos)등의 지원을 받아 7,500만달러(약994억달러)의 투자금을 유치했다.

의학저널인 JAMA Neurology는 호주에서 싱크론의 BCI시스템을 실험한 장기 안전성 결과를 발표했다. 연구에 따르면 이기술은 12개월 동안 안전하게 유지되었으며 신호 품질이나 성능이 저하되지 않은 것으로 나타났다. 싱크론은 운동신경질환(MND) 환자4명을 대상으로 임상시험을 시행했다. 환자들 중 심각한 부작용이 발생한 사레는 없었으며, 컴퓨터제어가 가능했다.

중국의 과학자들, 외이도에 삽입하는 BCI개발

중국의 과학자들은 비 침습적인 방식의 BCI를 개발했다. 유연한 소재와 독특한 나선형 디자인으로 착용자의 청력을 방해하지 않는 Spiral EBCI는 외이도에 삽입할 수 있도록 설계되었다. 이장치는 외과적으로 이식하는 대안보다 훨씬덜 침습적이며 헤드밴드나 모자 같은 비침습적 솔루션보다

더실용적이다. 베이징칭화대학교 연구팀에 따르면 이러한 장점으로 인해 일상적인 사용에 훨씬 더 적합하며, 자연스럽고 눈에 띄지 않는 웨어러블 장치로서 착용이 가능하다.

침습적인 BCI는 가장 강력하고 효율적인 결과를 가져오지만, 뇌의 면역체계로 인해 뇌에서 신호를 전달할 수 있는 능력과 기능이 떨어질 수 있는 단점이 있다. 연구자들은 직접적인 시술을 포함하지 않는 기술 개발에 주목하고 있다. 최근 오픈에이아이(OpenAI)가 개발한 GPT모델에 의존하여 대량의 데이터를 빠르게 분석하는 방법을 활용하여 연구를 가속화하고 있다.

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