눈 깜빡할 새에 위챗의 읽지 않은 메시지 알림이 200개 이상으로 뜬다. 처리해야 할 일이 이렇게 많은데 키보드를 치기도 싫고 음성 메시지를 보내기도 귀찮다…… ‘손이나 입을 움직이지 않고 생각만으로 답장을 보낼 수 있으면 좋을텐데……’

‘언젠가 내 몸을 움직이면서 정상인의 생활로 돌아가고 싶다……’ 이는 심각한 척수 손상으로 인한 사지마비 환자가 10여 년간 품고 있는 마음이다. 어떻게 이 운명을 거스를 수 있을까?

의자에 앉아 있는 원숭이가 두 손을 움직이지 않았는데, 어떻게 로봇 팔을 움직여 앞에 보이는 딸기를 집었을까?

현재 진행되고 있는 과학연구 프로젝트 중 ‘최고로 신기한 기술’을 선정한다면 뇌-컴퓨터 인터페이스가 분명 이름을 올릴 것이다.

뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 뇌와 외부 설비 간 소통과 교류를 위한 ‘정보 고속도로’로서, 차세대 인간-기계 소통과 인간-기계 혼합지능을 위한 첨단 기술이다.

간단히 말하면, 뇌-컴퓨터 인터페이스는 뇌의 전자파 신호의 미묘한 변화를 포착하여 뇌의 의도를 해석하고, ‘생각’으로 ‘동작’을 제어함으로써 손을 움직이지 않고도 기계를 조종할 수 있게 된다.

그러면 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’ 기술의 활용 전망은 어떨까? 현재 베이징의 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’ 분야에는 어떤 시도와 진전이 있었을까? 함께 미래 건강 분야를 살펴보면서, ‘신품질 생산력으로 본 베이징’—뇌과학과 뇌-컴퓨터 인터페이스 테마 집중 인터뷰에서 그 답을 찾아보자.

뇌-컴퓨터 인터페이스가 뛰어든 ‘3파운드 우주’…편마비 환자에게 현실판 ‘도라에몽’ 구현

인간의 뇌는 수백억 개의 뉴런이 연결되어 있어 마치 우주처럼 복잡하고 정교하다. 무게가 약 1,000g, 3파운드 정도에 불과하기 때문에 과학자들은 인간의 뇌를 ‘3파운드 우주’라고 부른다. 현재 빠른 속도로 발전하고 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 인류가 자신의 뇌를 이해하는 데 새로운 길을 열어주었다.

뇌-컴퓨터 인터페이스는 침습적 방식과 비침습적 방식의 두 유형으로 나뉜다. 둘의 차이는 전극과 칩을 뇌 내부에 이식하는지 여부이다. 현재 침습적 뇌-컴퓨터 인터페이스는 신호 수집 품질, 공간 해상도, 신경 제어 정밀도 측면에서 뚜렷한 우위를 지닌다. 하지만 많은 관련 학과, 기나긴 연구개발의 길, 체계적인 통합 난제 해결 및 임상 안전성 등 측면에서 많은 도전에 직면해 있다.

톈탄병원(天坛医院)의 행사 현장에서 편마비 환자 리량(李亮, 가명)이 뇌파 정보 수집기를 머리에 쓰고, 로봇 팔 외골격을 착용한 채 뇌파 신호로 명령을 내려 로봇 팔이 움직이도록 ‘지휘’했다. 뇌가 외부 설비를 제어하는 동시에, 손의 동작도 뇌의 신경에 피드백을 전달해, 회로를 형성하여 신경 기능의 회복을 촉진했다.

양이(杨艺) 톈탄병원 신경외과센터 주임의사는 “대략 30%의 뇌졸중 환자가 서로 다른 정도의 후유증을 앓게 된다”며,  “환자의 운동신경 회로가 손상되고 나면, 일반적인 재활 단계에서 일부 기능만 회복이 가능한데, 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 활용하면 환자 본인의 손상된 신경을 뛰어넘어 기능 대체를 실현할 수 있다”고 소개했다.

알려진 바에 따르면, 약 1년에 걸친 재활훈련을 거쳐, 리량은 직장에 복귀해 소프트웨어 엔지니어로 일할 수 있었다.

다시 말하면, 멀지 않은 미래에 뇌-컴퓨터 인터페이스는 생각으로 바로 교류할 수 있는 미래를 가져올 수 있고, 심지어 편마비 환자들도 어느 정도의 ‘로봇 몸’을 지닐 수도 있다.

현장에는 뇌 제어 휠체어, 뇌-컴퓨터 인터페이스 명상 시스템, 뇌-컴퓨터 인터페이스 집중력 훈련 시스템, 뇌-컴퓨터 인터페이스 AI 마우스, 뇌-컴퓨터 인터페이스 키보드, 멀티모달 뇌-컴퓨터 인터페이스 스마트 재활 플랫폼 등 톈탄병원의 다양한 뇌-컴퓨터 인터페이스 공동 연구개발 제품이 전시되어 있었다.

말하지 않아도 이어진 마음…베이나오(北脑) 1호·2호 최신 연구 진척 상황 발표

베이징뇌과학및뉴로모픽연구소(北京脑科学与类脑研究所)와 베이징신즈다신경기술유한회사(北京芯智达神经技术有限公司)가 공동으로 연구개발한 베이나오 1호와 2호가 이번 테마 인터뷰에서 최신 진척 상황을 선보였다.

리위안(李园) 베이징신즈다신경기술유한회사 업무발전책임자에 따르면, “현재 ‘베이나오 1호’는 백 개~천 개 채널의 고밀도 유연 피질 전극의 연구개발을 완료해 소동물에 이식한 지 반 년이 지났고, 전극 저항과 신호 품질 면에서 장기적인 안정성을 보이고 있다. 2025년 초에 ‘베이나오 1호’의 무선 전체 이식 마이크로 시스템의 연구개발과 엔지니어링 통합을 통해, 인체 장기적 이식 및 해석의 임상 연구 단계로 진입할 전망이다. 톈탄병원, 쉬안우병원(宣武医院), 싼보신경외과병원(三博脑科医院) 등 임상 기관과 심층적으로 협력하면서 6건의 임상 연구를 진행중이며, 모두 병원의 윤리심사를 통과해 임상시험 참가자를 모집하고 있다.”

‘베이나오 2호’는 세계 최초로 비인간 영장류 대상 2차원 운동 목표의 뇌 제어를 실시했다.

현장에서 보여준 영상에는 원숭이가 의자에 앉아 눈 앞에 있는 모니터에 집중하고 있었는데, 생각이 변화하자 모니터에 있는 원형 아이콘이 원숭이의 생각대로 움직였다.

이는 중국이 자체 개발한 핵심 부품 중 하나인 고처리량 유연 미세섬유 전극이 ‘베이나오 2호’에 적용된 덕이다. 원숭이의 두개골 내에는 이미 이 신기한 가느다란 실이 이식되어 있다. 이 실은 천 개 채널의 고속 신경 전기신호 수집 설비, 중국 과학자가 세계 최초로 개발한 전향적 제어 전략의 생성형 신경 해석 알고리즘과 함께 뇌-컴퓨터 인터페이스의 ‘중국 제조’를 달성했다.

가느다란 실 같은 유연 전극은 ‘센서’ 역할을 해, 가능한 많은 뇌파 신호를 정밀하게 포착해야 한다. 알고리즘은 뛰어난 ‘번역가’ 역할로, 뇌의 의도를 분명하게 해석한다. 이 시스템은 원숭이 두개골 내에 안정적으로 이식된 지 1년이 되었고, 컴퓨터 모니터 상의 커서 외에, 로봇 팔도 제어할 수 있어 움직이는 목표물을 뇌 제어로 붙잡을 수 있다.

리위안은 “다음 단계로, 무선 전체 이식형 고처리량 고성능 뇌-컴퓨터 인터페이스 시스템을 임상 단계로 발전시켜, 척수 손상, 뇌졸중, 루게릭병 등으로 인한 운동, 언어 능력 상실 환자를 위해 기능 회복을 실현하고 삶의 질을 높일 것이다.”라고 소개했다.

원문 출처: 베이징시 과학기술위원회, 중관춘 과학기술단지 관리위원회