BCI 기술, 어디까지 왔나?

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생각으로 사물을 동작시키는 뇌 - 컴퓨터 인터페이스 3화

시리즈 총 4화

2024.04.24

읽는시간 4분

○ (AI 적용) 최근 딥러닝 등 AI 기술이 뇌파 데이터의 학습과 패턴 분류에서 뛰어난 성능을 발휘하면서 시각 등의 감각을 인식한 뇌의 정보를 재현하거나 생각을 긴 문장으로 출력하는 등 BCI 기술이 급격히 발달

뇌파 데이터를 AI 모델에 학습시키고 딥러닝 기술로 이를 분류하는 등 AI를 활용한 뇌파 패턴 예측이 가능해지면서 영상이나 이미지를 뇌파를 통해 재생

- 스위스 로잔연방공과대학은 쥐의 뇌 신호를 AI 모델을 이용해 실시간으로 해석해 쥐가 보고 있는 광경을 영상으로 재현

- 일본 오사카대학에서는 시각적 자극을 받은 뇌 신호를 생성형 AI 모델을 사용해 사진 이미지로 바꾸는 기술을 개발

[그림 5] 쥐의 뇌 신호로 보고 있는 영상 재현

쥐의 뇌 신호로 보고 있는 '영상'을 '재현'한 사진이다.

자료: 로잔연방공과대학(2023)

[그림 6] 시각 자극을 받은 뇌 신호로 이미지 생성

'시각 자극'을 받은 뇌 신호로 생성한 이미지를 원본 이미지와 비교한 사진이다.

자료: 오사카대학(2023)

[그림 7] BCI를 활용해 생각을 글로 옮기는 기술 개념도

'BCI'를 활용하여 생각을 글로 옮기는 '기술' 개념도를 보여주는 이미지이다.

자료: Nature

[그림 8] AI를 이용한 단어 타이핑 BCI 시스템

'AI'를 이용하여 '단어 타이핑'을 하는 BCI 시스템을 보여주는 사진이다.

자료: 스탠퍼드대학(2022)

[그림 9] 로봇 팔을 동작시키고 촉감을 뇌로 전달

'로봇' 팔을 동작시키고 '촉감'을 뇌로 전달하는 사진이다.

자료: 피츠버그대학(2021)

[그림 10] 척수 손상 환자의 손 감각을 뇌로 전송

'척수 손상' 환자의 손 감각을 뇌로 전송하는 이미지이다.

자료: Cell(2020)

○ (양방향 BCI 기술) 촉각 등의 감각을 인식하고 신경을 모사하는 기술과 BCI를 통합해 생각만으로 다양한 물체를 잡을 수 있는 정교한 로봇 팔이나 손의 실용화 가능성이 커짐

피츠버그대학은 사고로 팔을 사용할 수 없는 환자의 뇌 운동 피질에 전극을 꽂아 뇌 신호를 로봇 팔에 보내고 물체를 잡는 촉감을 다시 뇌에 전달하는 BCI 기술을 개발
미국 바텔연구소는 심한 척수 손상으로 잃어버린 환자의 손 감각을 BCI 시스템을 이용해 회복시키는 기술을 개발

○ (기업 참여) 최근 실리콘밸리를 중심으로 BCI 열풍이 불면서 관련 산업을 중심으로 실용화를 위한 실험과 제품 출시가 이어짐

▣ (침습형) 일론 머스크가 설립한 뇌신경과학 스타트업 뉴럴링크(Neurallink)가 주목을 받는 등 뇌에 마이크로칩이나 전극을 삽입하는 뇌 임플란트 기술의 임상시험이 늘어나면서 관심이 모아짐

뉴럴링크는 2023년 5월 미국 식품의약국(FDA)의 임상 승인을 받고 9월 임상시험 참가자를 모집해 2024년 1월 ‘텔레파시’라는 이름의 칩셋을 뇌에 이식

- 첫 임상 시험자가 생각만으로 컴퓨터 마우스를 제어하고 커서를 조작하며 온라인 체스를 두는 모습을 생중계 했으나 안정성에 대한 우려는 여전한 상황

[그림 11] 침습형 BCI용 뇌 임플란트 장치

연구원이 '침습형' BCI용 '뇌 임플란트' 장치를 들고있는 사진이다.

자료: 뉴럴링크

[그림 12] 혈관 속에 이식하는 전극 장치

'혈관' 속에 이식하는 전극 장치의 사진이다.

자료: 싱크론

빌 게이츠와 제프 베이조스 등의 지원을 받은 호주 스타트업 싱크론(Synchron)은 뇌 수술 없이 혈관을 통해 이식하는 뇌 임플란트를 개발하여 2022년 루게릭 환자에게 이식

- 뇌 수술 방법보다 뇌파 품질은 떨어지나 안전성이 뛰어나며, 이식 받은 환자는 트위터 계정에 짧은 트윗을 올리는 데 성공

▣ (비침습형) 귀의 외이도에 삽입할 수 있는 전극 등 착용성이 좋은 웨어러블 형태의 뇌 신호 측정 장치들이 개발되어 사용성이 높아짐

중국의 비침습형 BCI 장치 스파이럴E(SpiralE)는 유연한 소재와 나선형 모양으로 제작되어 귀의 외이도에 삽입할 수 있다는 점이 특징

- 착용이 간편하고 눈에 띄지 않는 웨어러블 장치로 헬멧이나 헤드셋 형태보다 실용적
국내 기업들도 시장 진출이 용이한 비침습형을 중심으로 기술 개발에 나섰으며 정부 차원에서 표준화 등의 지원을 확대

- 와이브레인은 인체에 안전한 미세 전류로 신경을 조절하는 기술을 활용해 재택 치료가 가능한 우울증 치료용 전자약을 개발하여 약 4만 5천 건 이상 처방

[그림 13] 귀의 외이도 삽입형 BCI 장치

귀의 '외이도'에 삽입하는 'BCI' 장치의 사진이다.