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인간과 기계의 연결고리, BMI 기술의 출현

영화 아바타처럼 한 생명체의 생각대로 기계가 움직일 수 있고, 스타워즈처럼 자신이 원하는대로 물건을 움직이게 할 수 있고, 병에 걸려도 기계를 이용해 빠르게 치유할 수 있는 기술이 생긴다면 어떨까? 최근 몇년간, 이 기술은 점점 발전해오고 있으며 10년 안에 상용화가 가능할 전망이라고 한다. 우선, 이 기술의 이름은 BMI, brain machine interface이다. 뇌는 전기신호(뉴런)을 통해 감각기관들과 통신을 하기 때문에 뉴런의 전기 신호를 뇌가 아닌 특정한 머신과 연결 해서 신호를 받아들이겠다는 것이 주된 아이디어이다. 이미 뇌파에 관한 연구를 진행하면서, 인간의 뇌파를 기계가 받아들일 수 있는 기술이 많이 발전되었다. 굳이 뇌 속에 칩을 삽입하지 않아도 헤드셋과 같은 장치를 사용해서 뇌파를 감지할 수도 있다. 또한 칩습형 (Invasive)방식은 매우 정밀한 시술이 필요하며 외과적인 부작용이 생길 가능성이 있지만, 매우 정확한 뇌파 감지가 가능해진다. 칩습형 뇌파 감지의 성공 사례도 있다. 이미 몇몇 연구소에서 원숭이를 대상으로 원숭이의 뇌파를 이용해 기계 팔을 움직이는데 성공했다. 뇌파를 활용하는 방법에는 뇌파 인식 방법과 뇌파 유도 방법이 있다. 뇌파 인식 방법은 뇌파를 인식해 사람의 생각이나 동작을 기계에 전달하는 방식이고, 뇌파 유도는 특정 뇌파를 일부러 유도해내는 방식이다. 뇌파 유도는 사용자의 의도와 뇌파가 일치하지 않아 훈련이 필요하다는 단점이 있다. 뇌파를 인식하고 기계가 해석하는 방법은 여러가지가 있기 때문이다.


비칩습형 BMI의 사진

BMI 기술은 우리에게 많은 편의성을 선사한다. 몸을 잘 움직이지 못하거나 소통이 어려운 사람들은 BMI 기술을 사용하면 어느 정도 소통이 가능해진다. 이 기술의 초창기, 스티븐 호킹은 루게릭병에 걸렸지만 1분에 8개 정도 단어를 소통할 수 있는 해독기를 사용했었다. 지금은 기술이 더욱 발전하여 속도를 늘려가고 있고, 이제는 사람의 뇌파의 43%가량을 사람의 언어로 번역할 수 있다고 한다. 기계로 사람의 행동과 의사를 해석하는데에 머신러닝을 적용하고있으며, 중풍, 알츠하이머, 인후암, 근위축측삭경화, 루게릭 병 등으로 인해 목소리를 잃은 환자들을 치료하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대했다.


2014 브라질 월드컵의 시축에서, 하반신이 마비된 핀투가 BMI 기술을 이용해 공을 차는 모습이다

BMI 기술은 질병 치료의 효과도 가지고 있다. 체내의 물질 분비 또한 뇌가 제어하기 때문에 뇌파와 기계를 연결시켜 놓으면 호르몬, 혹은 각종 재생물질의 분비를 조절 할 수 있다. 따라서, 자연적인 치료나 재활보다 훨씬 빠른 속도로 재생, 재활이 가능해진다. 예를 들어, 전염병에 걸린 환자가 생기면 기계를 조작해서 잠복기가 끝나기 전에 면역 물질 분비를 활성화 시킬 수 있고, 뼈나 인대에 문제가 생긴 경우 호르몬의 조절을 통해 빠른 재활도 가능해진다. 이 기술을 잘 활용하면 단순히 치료하는 것을 넘어서 체내 물질의 분비량 조절을 통해 운동 능력 향상, 성장 속도 조절, 그리고 사람의 뇌의 한계 또한 넘어설 수 있을 것으로 기대된다. 사실상 후천적인 CRISPR와 비슷한 기능을 수행하므로 가능성은 무궁무진하지만 그만큼의 윤리적 논란이 따를 것이다.

하지만, 윤리적 문제에 도달하기 이전에 BMI에는 기술적 한계점이 존재한다. 과거부터 수많은 과학자와 공학자들이 BMI 개발에 노력을 기울여왔지만 체내 신경망의 움직임이 예상보다 미묘하고, 복잡한데다 속도가 매우 빨라 정확한 기계를 만드는데 어려움을 겪어왔다. 무엇보다, 외과적 시술의 부담감이 제일 크다. 뉴런의 전기신호는 아주 미세한 파장을 생성한다. 따라서 뉴런을 직접적으로 건드리지 않으면서 파동을 감지할 수 있을 정도로 전극을 가까이 심으면 뇌의 전기신호를 알 수 있게 된다. 이 거리가 보통 마이크로미터의 단위로 계산된다고 한다. 하지만, 마이크로미터 단위로 미세하게 뉴런들 사이에 배치시켜 놓았다고 해도 간섭 등의 원인으로 인해 신호를 제대로 감지하지 못하는 경우가 있다. 이 때문에 최근에는 뇌에 1만개에 가까운 수의 칩을 심는다. 이미 전신이 마비된 사람에게 뇌에 칩을 심어 음식을 먹는데 성공한 사례가 있기는 하지만, 두개골을 열고 1만개의 칩을 심고 배터리를 연결하는 시술은 언제나 큰 위험부담을 수반할 것이다. 이에 대한 대표적인 해결방안은 수술로봇을 이용하는 것인데, 수술로봇에 대한 윤리적 문제만 해결된다면 수술의 위험성을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

아직 뇌과학은 많은 사실들이 밝혀지지 않은, 일종의 미지의 분야이다. BMI 기술이 발전한다면 실용적인 측면 이전에, 학문적인 의미도 클 것이라 기대가 된다. 뇌에 직접적으로 칩을 심어 신호를 분석하는 일이 지금까지는 이례적인 일이었지만, 이 작업을 매일 모든 사람이 반복하다 보면 뇌 과학 기술이 함께 발전할 것 같다는 생각이 들었다. 뇌과학의 발전은 사람에게만 해당되는 것이 아닌, 동물에게도 해당될 수 있다. 반려견을 키우는 사람이라면, 한번쯤 강아지의 생각을 읽을 수 있다면, 혹은 소통이 제대로 된다면 얼마나 좋을까 라는 상상을 해봤을 것이다. 이 BMI 기술을 이용하면, 인간 뿐만 아니라 동물의 뇌도 분석해서, 거의 모든 동물의 사고를 읽을 수 있다. 이것은 동물생리학의 발전 뿐만 아니라 우리가 동물을 보호하는 데에 있어서 굉장히 큰 도움이 될 것이다. 예를 들어, 멸종위기 동물에 BMI 기술을 적용시키면 그들이 선호하는 환경, 먹이 등을 분석할 수 있고, 동물심리학을 이용하는 것보다 정확하고 효율적인 동물 보호가 가능해진다.

마지막으로, 만약 BMI가 헤드셋으로도 정상적으로 작동할 수 있다면, 우리의 일상의 모습도 완전히 바뀔 것이다. 리모컨 대신에 헤드셋으로 뇌파를 이용해 에어컨과 TV를 조절할 수 있다. 또한, 뇌파를 데이터화 시킬 수 있다면 사실상 기억력도 필요가 없어질 것 이라는 기대가 생긴다. 본인의 뇌파를 저장해서 본인만 볼 수 있게 한다면, 몇시에 어떤 생각을 했는지 모니터링이 가능할 것이기 때문이다.

BMI 기술을 적극적으로 사용하면 인간의 진화에도 영향을 미칠 수 있다는 가설도 존재한다. 인간의 발전을 생체 내에 제한 시키지 않고 기계를 통해 빠른 속도로 진행 시킬 수 있기 때문이다. 현대과학 기술이 언제나 그렇듯, 안전성의 문제와 윤리적인 문제도 생각해보아야 한다. 과연 우리가 누군가의 생각을 읽을 수 있게 되는 것이 안전한 것인지, 또 이 기계를 악용해 범죄에 사용하는 것은 어떻게 막을 것인지, 동물 실험에 대한 찬반도 갈리는 상황에서 동물의 두개골을 열고 칩을 심는 행위가 허용될 것인지에 대해 깊이 생각해볼 필요가 있다. 이러한 문제들을 기술적으로 해결할 수 있다면, BMI기술은 인간이 21세기에 발명한 기술 중 가장 가치 있는 기술 중에 하나가 될 것이 분명하다.

 

정세영 학생기자│Chemistry & Biology│지식더하기


첨부 이미지 출처

[1] https://www.youtube.com/watch?v=KGl4CqeGi-0&ab_channel=SBSSTORY



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