뇌-기계 인터페이스, 정신적 필체를 타이핑하다

하워드 휴즈 의학 연구소(Howard Hughes Medical Institute)의 연구진이 처음으로 뇌-기계 인터페이스(brain machine interface)를 통해 사용자의 정신적 필체를 타이핑해 내는 데 성공했습니다. 연구팀은 손으로 글자를 쓰는 것과 관련된 뇌 활동을 해독하여 이 결과를 이루어냈습니다. 참가자는 뇌에 센서가 이식된 마비 환자였으며, 연구팀은 그가 글자를 쓰려고 시도할 때 알고리즘을 이용해 글자를 식별했습니다. 이 시스템은 이를 분석하여 실시간으로 화면에 텍스트를 표시할 수 있었습니다. 스탠퍼드 대학교의 하워드 휴즈 의학 연구소 연구원인 크리슈나 셰노이(Krishna Shenoy)에 따르면, 이 발전은 마비 환자들이 손을 사용하지 않고도 빠르게 타이핑할 수 있게 해 줄 수 있습니다. 셰노이와 함께 스탠퍼드 대학교의 신경외과 의사 제이미 헨더슨(Jaimie Henderson)이 연구에 참여했습니다. 이 연구는 5월 12일 저널 Nature 에 게재되었습니다. 참가자는 분당 90자를 타이핑할 수 있었는데, 이는 이전에 다른 유형의 뇌-기계 인터페이스로 기록된 속도의 두 배 이상입니다. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 신경 공학자 호세 카르메나(Jose Carmena)는 “이것은 해당 분야의 큰 진전”이며 다양한 유형의 장애를 가진 많은 사람들을 도울 수 있다고 말합니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스는 생각을 행동으로 전환할 수 있게 합니다. “이 논문은 완벽한 예시입니다: 인터페이스가 쓰기라는 생각을 해독하고 행동을 만들어 냅니다.”

손상과 신경 활동

사람이 부상이나 질병으로 인해 걷거나, 잡거나, 말할 수 없게 되더라도, 그러한 행동을 위한 뇌의 신경 활동은 남아 있습니다. 이 때문에 연구자들은 이러한 활동을 이용하여 이들 개인에게 도움이 되는 시스템을 만들 수 있습니다. 셰노이 팀은 수년간 말하기와 관련된 신경 활동을 해독하는 연구를 해왔으며, 참가자들이 센서를 이식하고 자신의 생각을 사용하여 화면상의 커서를 움직일 수 있는 방법을 개발했습니다. 그러나 필체에 대해서도 같은 일을 하려는 진정한 노력은 없었습니다. “우리는 사람들이 더 빠르게 의사소통할 수 있는 새로운 방법을 찾고 싶습니다.”라고 연구팀의 신경과학자 프랭크 윌렛(Frank Willett)은 말합니다.

BCI와 이식된 센서

연구팀은 BrainGate2 임상 시험에 등록된 65세 참가자와 협력했습니다. BrainGate2는 뇌에서 컴퓨터로 직접 데이터를 전송하는 장치의 BCI 안전성을 테스트하고 있습니다. 헨더슨은 손과 팔을 제어하는 역할을 하는 뇌 부위에 두 개의 작은 센서를 이식했습니다. 이를 통해 해당 개인은 자신의 마비된 팔을 움직이려는 시도를 통해 로봇 팔이나 커서를 움직일 수 있었습니다. 참가자가 글쓰기를 상상할 때 센서는 개별 뉴런의 신호를 포착했고, 머신 러닝 알고리즘은 각 글자를 생성할 때의 뇌 패턴을 인식했습니다. 이 시스템 덕분에 그 남자는 자신과 같은 나이의 사람이 스마트폰에서 타이핑하는 것과 거의 비슷한 속도로 문장을 복사하고 질문에 답할 수 있었습니다. 윌렛에 따르면, 각 글자가 알고리즘이 쉽게 구별할 수 있는 매우 독특한 활동 패턴을 유발하기 때문에 BCI는 빠르게 작동합니다. 연구팀은 이제 말을 할 수 없는 참가자에게 주의를 돌릴 것이며, 연구자들은 이 새로운 시스템이 다양한 상태로 인한 마비로 고통받는 개인들에게 큰 도움이 될 수 있다고 믿습니다.