뇌컴퓨터 접속 기술이란
From Dr Shin Spine Clinic
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뇌컴퓨터 접속 기술이란
뇌 컴퓨터 접속 기술이란 뇌의 전기적 신호를 추출하고 분석하여 효과기에 전달하여 외부 세계를 조절할 수 있게 하는 기술입니다. 최근 아바타라는 영화 속에 등장하는 장비가 바로 이 기술의 정점을 표현하는 것이 볼 수 있습니다. 현실화되려면 시간이 걸리겠지만 말이지요. 아바타에서는 내 뇌파를 아바타에 전달하고 아바타에서 나오는 여러 신호도 받아들여 현실 처럼 직시하게 됩니다. 이렇게 먼 기술도 있지만 뇌파를 이용하여 게임을 한다거나 TV 채널을 변경하고 하는 것은 이미 현실화되었습니다. 더이상 뇌 컴퓨터 접속 기술은 더 이상 공상과학 영화의 소재만이 아닌 것이지요.
뇌컴퓨터 접속기술이 넘어야할 산
뇌 컴퓨터 접속 기술이 좀더 세련된 형태가 되기 위해서는 넘어야 할 장벽이 몇가지 있습니다.
첫번째로 뇌의 전기적 신호를 손실없이 추출하는 기술이 필요합니다.
현재까지 뇌의 전기적 신호를 추출하는 방식에는 두피에 붙이는 전극을 통한 방식, 두개골을 열고 뇌표면에 전극을 설치하는 방식, 뇌심부에 전극을 꽂는 방식 등이 있습니다. 이중에 두피에 전극을 붙여 추출하는 방식은 반복성이 좋고 환자 순응도가 좋지만 아무래도 두피에서 얻어지는 뇌파는 수만개의 뇌세포가 만들어낸 전기 신호가 합쳐진 것이라 특이도가 떨어집니다. 따라서 세밀한 조종을 위해서는 아무래도 부족한 점이 있습니다. 현재는 P300 신호를 이용한 타이프라이터 등이 실현되어있습니다.
두개골을 열고 뇌표면 또는 뇌심부에 전극을 설치하는 방식은 아무래도 뇌수술이라는 큰 신체적 부담이 되는 것을 해야하니 아무래도 위험성이 따릅니다. 또한 전극을 오래 심어두는 경우에 전극과 뇌세포 사이에 상처조직 (gliosis) 이 생겨 차츰 차츰 전기적 신호가 약해지는 현상이 생기고 심한 경우에는 전극에 대한 거부반응이 생길 수 있습니다.
앞으로 현실에 유용한 정밀 조종을 위해서는 아무래도 뇌파를 직접 얻는 방식이어야 하는데 생체에 해가 없으면서 가능한 모든 신호를 손실없이 얻을 수 있다면 가장 이상적인 뇌 컴퓨터 접속장치가 될 것입니다. 공상 과학소설 속의 이야기이긴 하지만 아바타에서 보면 MRI 장비 같은 것에 들어가 뇌파를 서로 주고 받으며 아바타 속의 외계종족은 꼬리를 동물과 연결해 서로 교감을 형성합니다. MRI 장비 같은 것을 이용해 뇌파를 추출하고 보내는 것은 현재 MEG라는 장비도 있고하니 가능성이 가까워 보이네는 아무래도 그 장비를 이용해 외부의 뇌파를 받아들이는 것은 힘들어보입니다.
두번째로 뇌의 전기적 신호를 처리하는 기술이 필요합니다.
신경계의 최소단위인 뉴런은 몸체와 여러개의 수지상 돌기와 축삭을 가지고 서로 서로 연결되어있는 형태입니다. 동시에 여러가지 신호들이 처리되어지는데 방식이 병렬입니다. 예를 들어 거리를 걸으며 예쁜 여자들을 보며 이어폰으로 음악을 듣고 아이스크림을 맛있게 먹을 수 있습니다. 이 모든 일이 동시에 일어나는데 이 일을 로봇에게 시키자면 쉽지 않은 일입니다. 걸으면서 손을 쓰게 하는 것 조차 최근에야 시현되었다고 할 정도니까요. 컴퓨터는 동시에 처리하는 것처럼 보이지만 실제로는 순차적으로 처리하는 직렬방식입니다. 병렬 컴퓨터라는 것도 있지만 현재는 덩치가 큽니다.
아무래도 컴퓨터도 병렬 처리 메커니즘이 보편화되는 도약점이 있어야하지 않을까합니다. 어쨌든 짧은 시간에도 무수히 쏟아지는 정보의 홍수를 효율적으로 실시간으로 처리하는 것이 필요하다는 것입니다. 이런 처리 방식은 최근에 많은 수학자 들이 매달려 연구가 되고 있습니다. 처리 방식이 시간이 많이 걸리는 것이라면 아무래도 실시간 처리라는 원칙에 불리하여 효율이 떨어지는 장비가 될 것이고요 처리 방식이 세련되지 못하면 원데이터가 효과적으로 효력기에 전달될 수 없을 것입니다. 전기적 신호를 해석하는 기술인 셈인데 여기에도 도약점이 필요합니다.
처리 방식은 몇가지가 있습니다. 중요한 명령을 내리고 나머지는 자동 처리한다. "예를 들어 사과를 집어 입으로 넣어라"라는 명령만 입력하면 나머지는 컴퓨터가 알아서 하는 식입니다. 다른 하나는 움직임의 하나 하나를 명령으로 처리하는 방식인데 이것은 많은 정신 집중과 데이터 처리가 필요합니다. 둘 중 어떤 것을 할지 둘을 서로 보완할지 등에 대한 연구가 필요합니다.
세번째로 이식가능할 정도로 작은 크기가 되어야할 것입니다.
아무리 좋은 장비라 할지라도 그 부피가 크다면 환자는 역시 병실을 벗어나지 못할 것입니다. 초기 형태의 BCI 장비는 환자의 뇌에 전극을 심어두고 선을 뽑아내어 덩치큰 외부 컴퓨터에 연결시키는 식이라서 환자를 적극적으로 병실 밖으로 나오게 할 수는 없었습니다. 궁극적으로는 이식가능할 정도로 작어져 환자가 병실을 나와 일상생활을 할 수 있을 정도가 되어야 겠지요.
이렇게 작아지는데는 중요 부위만 이식하고 나머지는 무선통신 (telemetry) 을 이용해 외부 장치로 이식하는 기술이 접목될 수 있습니다. 현재 실험적으로 시행되고 있습니다. 현재 추출하는 데이터양이 많지 않기 때문에 별 어려움이 없지만 앞으로 양이 매우 많아 질때는 좀 더 발전된 압축 및 전송기술을 요할 것으로 사료됩니다.
네번째로 뇌 컴퓨터 접속기술이 성공하기 위해서는 그 기술이 보편적으로 적용될 수 있는 분야가 개발되어야합니다.
인공와우 이식이 보편화되면서 일찍이 상용화될 수 있었던 것은 몇가지 요소가 잘 맞아 떨어졌기 때문입니다. 첫째, 청력에 대한 신경생리학이 일찍부터 잘 발달되었으며, 둘째, 정부가 청각장애인에 대한 복지에 적극적 관심을 가졌으며, 세째, 기구 회사의 수익 기대가 잘 조화되었기 때문에 성공할 수 있었던 것이지요.
하지만 현재 다른 분야의 뇌 컴퓨터 접속기술은 그렇게 호락호락하지는 않은 것 같습니다. Cyberkinetics라는 회사가 성공하지 못한 것이 단적인 예입니다. 현재 연구는 루게릭병, 척수 손상 환자, 기타 뇌손상 환자를 대상으로 하고 있지만 이런 환자군이 다른 환자군이나 일반인에 비해 매우 적은 수이므로 집중적 투자가 이루어지지 않고 있는 것 같습니다. 예를 들어 줄기세포 같은 것은 화장품 부터 각종 질환까지 그 적용범위가 광범위하니 정부, 산학 등에서 집중 투자를 하고 있는 것이지요.
만약 뇌컴퓨터접속기술도 그 적용이 광범위할 수 있다면 집중투자를 받을 수 있을 것입니다. 그러니 뇌컴퓨터접속기술을 연구하는 사람들은 그 적용 분야를 넓히기 위해 고군분투해야할 것입니다.
적용 분야
그렇다면 범용화될 수 있는 분야가 과연 무엇일까요? 제가 생각하기에는 집중력 훈련, 게임, 뇌신호를 이용하지 않고 근육의 초기 움직임을 감지하는 기술 등이 될 것 같습니다. 뇌의 알파파와 베타파를 이용한 바이오피드백 장치는 많은 회사에서 이미 만들어내고 있습니다. 과거 엠씨스퀘어라는 것이 큰 성공을 거두었듯이 만약 이런 바이오피드백 장치가 시대적 흐름과 맞아 떨어지고 소비자의 구미에 맞게 만들어진다면 또 한번의 대박이 있을 것입니다. 게임 업체인 닌텐도가 뇌컴퓨터접속기술을 이용한 게임방법의 특허를 구입한 것으로 알려졌습니다. 이것외에 또 떠오르는게 있으신가요? Lock-in-syndrome환자를 위한 communication장치 (이것은 소설책 뇌를 통해 구현되었죠), 의사소통이 불가능한 식물인간 환자의 뇌활동성 감지도 있네요. 하지만 정말 혁신적인 뭔가가 필요한 것 같습니다. 정말 많은 사람이 혜택을 볼 수 있는 것 말이지요. 여러사람들이 정말로 필요로 하는 것이 뭐가 있을까요? 내 기억력의 무한 확장, 학습능력의 최대화, 마음의 평화나 안정을 쉽게 취하는 것, 독심술, 죽기전 내 정신을 기계에 옮겨 놓기 등이 여러사람에게 영향력 있을 것 같습니다. BCI가 성공하려면 이렇게 일반인들도 쉽게 접근하고 많은 사람들이 혜택 받을 수 있는 분야를 개발해야할 것입니다.