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Battelle과 Ohio State University Wexner Medical Center의 연구팀은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 사용하여 척수 손상으로 인해 심각한 손상을 입은 개인의 손 감각을 성공적으로 회복했다고 보고했다. 이 개발은 연구자들이 전 세계적으로 손상이나 질병으로 마비된 개인의 四肢 기능을 회복할 수 있는 기술을 개발하고 있는 가운데 이루어졌다.
이 연구는 4월 23일 Cell 저널에 발표되었다.
인공 감각 피드백
새로운 기술은 개인에게 인공 감각 피드백을 통해 미세한 신경 신호를增强하는 방법에 의존한다. 이 방법은 운동 기능의 큰 향상을 가져온다.
Patrick Ganzer는 Battelle의 첫 저자이자 주요 연구 과학자이다.
“우리는 지각할 수 없는 미세한 감각 사건을 의식적인 지각으로 증폭시키고 있다”고 Ganzer는 말했다. “우리가 이것을 했을 때, 우리는 여러 가지 기능적인 개선을 보았다. 처음으로 참가자의 감각을 회복했을 때 큰 유레카의 순간이었다.”
참가자
참가자는 2010년 운전 사고로 인해 심각한 척수 손상을 입은 28세의 남자였다. 참가자 이안 버크하트(Ian Burkhart)는 2014년부터 오른팔의 기능을 회복하기 위한 NeuroLife 프로젝트에 참여해 왔다.
새로 개발된 장치는 피부에 부착된 전극과 운동 피질에 삽입된 작은 컴퓨터 칩을 사용한다. 뇌에서 근육으로의 신호를 전달하는 와이어로 척수 손상을 우회할 수 있다. 이 장치를 통해 버크하트는 팔을 제어하고 커피 머그를 들어올리거나, 신용 카드를 스와이프하거나, 손과 팔을 사용해야 하는 비디오 게임을 할 수 있다.
“지금까지 이안은 때때로 감각 피드백이 부족해서 손이 외국인처럼 느껴졌다”고 Ganzer는 말했다. “그는 또한 손의 움직임을密切하게 관찰하지 않으면 손의 제어에 어려움을 겪는다. 이것은 많은 집중력을 필요로 하며, 소다를 마시면서 TV를 보는 것과 같은 단순한 멀티태스킹을 거의 불가능하게 만든다.”
연구자들이 그의 피부를 자극했을 때, 감각은 없었지만 뇌에는 여전히 신경 신호가 있었다. 문제는 신경 신호가 너무 작아서 지각할 수 없었다. 연구자들은 신호를 증폭하여 뇌가 반응할 수 있도록 했다.
햅틱 피드백을 사용하여 미세한 감각 신호를 인공적으로 버크하트에게 전달하여 그는 그것을 지각할 수 있었다.
새로운 방법으로 버크하트는 단지 감각을 통해 물건을 감지할 수 있었다. 또 다른 돌파구는 시스템이 운동과 감각을 동시에 회복할 수 있는 첫 번째 BCI라는 것이며, 이것은 더 큰 제어감을 제공한다. 마지막으로, 방법은 BCI 시스템이 물건을 다루기 위한 적절한 압력을 감지할 수 있도록 한다.
연구자들은 집에서 사용할 수 있는 BCI 시스템을 만들고 싶다. 현재 개발 중인 차세대 슬리브에는 전극과 센서가 들어 있으며, 이를 착용하거나 脫할 수 있다. 또한 컴퓨터 대신 태블릿으로 제어할 수 있는 시스템을 개발 중이다.
“한 방향으로만 손의 제어를 허용하도록 설계된 장치에서 감각 정보의 가능성을 보는 것은 정말 놀랍다”고 버크하트는 말했다.
