뇌 : 컴퓨터 인터페이스

 

안녕하세요. 과학적 발견으로 미래 변화 가능성을 예측하는 머니메이커입니다.

인간의 뇌와 컴퓨터를 직접 연결시킨다면 어떨지 상상해 보셨나요? 우리는 앞으로 어떤 미래 살아가게 될까요? 이러한 상상 속 미래 점점 현실로 가까워지고 있습니다. 미래학자 레이 커즈와일(Ray Kurzweil)은 2045년쯤이면 인공지능이 인류의 능력을 뛰어넘는 특이점이 올 것이라고 밝혔는데요. 인공지능만 발전하는 것이 아니라 인간과 컴퓨터가 연결되어 인류도 초인류로 거듭날 것이라고 하였습니다. 실제로 이러한 미래를 현실화시키기 위해서 테슬라의 창업자 일론머스크(Elon Musk)는 뉴럴링크라는 회사를 설립하고, 뇌와 컴퓨터를 연결시켜 기억을 업로드하고 다운로드할 수 있는 미래를 만들어가고 있습니다. 상상으로만 가능할 것 같았던 기술이 현실에서 어떻게 적용되는지 뇌-컴퓨터 인터페이스, BCI에 대해서 알아보겠습니다.

뇌 - 컴퓨터 인터페이스

뇌-컴퓨터 인터페이스는 크게 네 단계로 이루어집니다. 첫 번째는 뇌로부터 신호를 획득하는 것입니다. 신호를 얻는 방법에는 뇌에 칩을 심는 방식도 있고, EEG라고 불리는 뇌전도 측정장치를 쓰는 방식도 있습니다. 정확도 면에서는 침을 심는 것이 좋지만, 뇌에 칩을 심어야 하기 때문에 위험이 따르기도 합니다. 인간의 뇌는 영역별로 그 기능이 나누어져 있으며, 각 기능을 수행할 때 해당영역이 활성화된다고 알려져 있습니다.

 

대표적인 뇌의 활성영역에는 촉감의 자극을 수신하는 두정엽, 문제해결 및 감정 복잡한 사고를 담당하는 전두엽, 시각의 자극을 수신하는 후두엽, 청각의 자극을 수신하는 측두엽으로 나눌 수 있습니다. 하지만 각각의 영역의 역할이 명확히 구분되어 있는 것은 아니며 뇌는 서로 연결된 네트워크를 통해 신호를 주고받습니다. 뇌와 컴퓨터의 인터페이스를 위한 뇌 신호는 일반적으로 대뇌피질로부터 측정되며, 피질하 영역이나 뇌간으로부터 뇌 신호를 측정하는 뇌 컴퓨터 인터페이스는 최근에서야 연구가 활발히 진행되고 있습니다. BCI(Brain-Computer Interface) 개념 자체는 1960년대에 등장했지만 최근에서야 기술 진행이 가능해진 것입니다.

 

두 번째 단계는 획득한 뇌 신호로부터 정보를 추출하는 것입니다. 뇌 신호에서 정확한 정보를 추출하기란 상당히 어려운 과정입니다. 사람의 뇌에는 870억 개의 신경세포가 있고, 또 그 세포마다 신호를 주고받는 시냅스를 1000개 이상 가지고 있기 때문인데요. 그러다 보니 읽어낸 신호에는 정말 다양한 신호들이 섞여있습니다. 대표적인 잡음으로는 눈 깜박임, 호흡, 심장 박동 등이 있습니다. 눈 깜박임에 의한 잡음은 뇌 신호를 측정할 때 눈 주위에서도 신호를 같이 측정해서 뇌 신호에서 이 신호들을 제거할 수 있습니다. 이런 식으로 뇌 신호에서 잡음을 처리하고 나면,

 

세 번째 단계로 뇌 신호로부터 특징을 추출합니다. 예를 들어 '이 신호는 팔을 움직이는 신호고, 다리를 움직이는 신호구나' 하며 신호의 특징을 찾아내는 것입니다. 최근에 딥러닝 기술이 발전하면서 특징 추출의 성능이 급격히 높아지고 있습니다.

 

네 번째 단계로는 이 신호들로 외부장치를 작동시킵니다. 뇌의 신호가 기계를 움직이려고 했다는 것을 파악했으면 그 신호를 기계로 보내어 기계를 움직이도록 하는 것입니다. 그래서 BCI를 뇌-기계 인터페이스, 즉 Brain-Machine Interface라 부르기도 합니다.

BCI (Brain-Computer Interface)

2012년에 팔다리가 마비된 환자의 뇌와 컴퓨터를 연결해서 로봇 팔을 움직이는 것에 성공하면서 기술의 가능성을 보이기 시작했습니다. 2019년에는 프랑스에서 사지 마비 장애인이 뇌파를 이용해서 외골격 로봇을 입고 걷는 데 성공하기도 하였습니다. 우리나라에서는 KIST가 뇌파를 이용하여 외골격로봇을 움직이는 기술을 연구하고 있습니다.

 

BCI는 이렇듯 의학, 헬스케어, 교육, 마케팅, IT 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 기술이기 때문에  순조로운 연구가 진행되고 있습니다. 척추손상이나 뇌성마비 등 사지마비 환자의 경우 BCI를 사용해서 환자 본인의 생각만으로 휠체어를 움직이거나, 글자를 입력을 하는 등의 행동이 가능해지면서 많은 어려움을 해결할 수 있게 되었습니다. 의학적인 목적 외에도 드론, 모바일 디바이스, 자동차 등의 조작에도 BCI가 활용됨으로써 사용자의 생각과 의도를 보다 적극적으로 반영할 수 있는 사용자 맞춤형 기기 조작이 가능해질 수 있습니다.

결론

일론머스크는 이 기술을 활용하여 인간의 생각을 업로드하고 다운로드할 수 있는 인공지능 칩을 뇌에 삽입하는 것을 목표로 하고 있습니다. 페이스북의 마크 저커버그(Mark Zuckerberg)도 '생각만으로 서로 소통할 수 있는 날이 올 것'이라고 하며 BCI기술 개발 계획을 공식적으로 밝히기도 했습니다. 뇌파로 단어를 입력하는 것은 손으로 입력하는 것에 비해 5배 정도 빠르기 때문에 BCI기술은 인간과 인간과 컴퓨터 사이의 커뮤니케이션에 혁신을 불러올 것으로 예상됩니다. 다른 한편으로는 이러한 기술발전이 인간의 삶에 많은 도움을 줄 수도 있지만, 인간의 정신적 정보가 보안상 위험에 노출될 수 있다는 윤리적인 문제를 가지고 있기도 합니다. 또한 BCI기술을 통해 당사자의 동의 없이 뇌 정보를 해킹함으로써 정신적 자유를 침범할 수 있기 때문에 보안 기술도 함께 개발되어야 합니다.  BCI기술, 우리를 초인류로 거듭나게 할 수 있을까요? 그리고 우리가 초인류가 된다면 어떤 세상이 펼쳐질까요?  많은 과학 기술에도 앞뒤 양면된 모습이 있듯이 BCI기술은 우리에게 긍정적인 영향을 줄 수 있도록 발전해야 할 것입니다.