뇌에 이식해 6년 넘게 작동하는 뇌컴퓨터인터페이스(BCI) 장치 '주목'

넥스트마인드의 생각을 읽는 헤드셋. 사진제공=넥스트마인드

키보드와 마우스는 컴퓨터를 사용할 때 정보를 입력에 없어서는 안 되는 필수 장치다. 그런데 생각만으로 글자를 입력하고 처리할 수 있다면 어떻게 될까. 실제로 페이스북이 지난해 7월에는 생각으로 글자를 입력하는 기기를 선보였다.

올해 1월에 미국 방송 CNBC는 미국 라스베이거스에서 열린 ‘CES2020’에서 가장 주목할만한 기술로 ‘사람의 생각을 읽는 웨어러블 기기’를 꼽았다. 그러면서 앞으로 교육과 게임을 중심으로 BCI(뇌컴퓨터인터페이스) 장치가 널리 사용될 것으로 보이며, 올해 BCI 시장 규모가 15억달러(1조8000억원)에 달할 것이라고 전망했다.

CES2020에서 프랑스 스타트업 넥스트마인드는 사람 생각을 읽는 웨어러블 헤드셋을 선보이며 주목받았다. 이 헤드셋을 쓰면 생각 만으로 TV 채널을 바꾸거나 조명장치를 조절할 수 있다. 리모컨이나 다른 장치가 필요 없는 셈이다.

이 같은 BCI 장치의 미래를 밝게 하는 새로운 연구가 나왔다. BCI 장치를 뇌에 이식해 헤드셋처럼 따로 쓰지 않아도 되는 상황이 곧 시작될 수 있다는 소식이다.

9일(한국시간) 미국 듀크대와 노스웨스턴대, 뉴욕대 공동 연구진이 6년 동안 뇌에서 작동할 수 있는 뇌컴퓨터인터페이스를 개발했다고 국제학술지 ‘사이언스 트랜스레이셔널 메디신’에 발표했다. 1,000개가 넘는 전극으로 구성된 이 장치는 매우 얇고 잘 휜다.

공동연구진인 노스웨스턴대 존 로저스 교수는 “물샐틈 없이 만들어야 해 공학적인 도전이었다”며 “종이 한 장보다 100배나 얇고 유연한 장치를 개발해냈다”고 말했다.

사람 몸에서 오래 작동하는 장치를 만들기는 매우 어렵다. 이물질이 들어오면 공격하는 면역 체계를 비롯해 부식하기 쉬운 짠 환경에서도 견뎌야 한다. 이런 특성 때문에 심장박동기 같은 경우는 티타늄으로 단단하게 보호한다.

그런데 뇌는 더 까다롭다. 공간이 좁고 뇌에 대한 안전을 고려해 크기를 최대한 작고 얇게 만들어야 하기 때문이다. 기능을 추가할수록 크기가 커지는 문제로 뇌에 장착하는 BCI 개발이 쉽지 않은 상황이다.

연구진은 BCI 장치에 디지털카메라 작동방식을 도입했다. 디지털카메라는 여러 픽셀이 같은 데이터 채널을 공유해 픽셀 수천만 개 픽셀을 수천만 개의 연결 선 없이도 처리할 수 있다. 그리고 360개 전극을 가진 25마이크로미터(100만분의 1미터) 두께를 가지면서도 잘 휘는 장치를 개발했다.

듀크대에서 개발한 뇌에 이식할 수 있는 뇌컴퓨터인터페이스 장치. 사진제공=듀크대

실리콘을 이용한 이 장치는 몸에 해롭지도 않고 부식되지도 않는다. 게다가 잘 휘어 이식하는 데 제약도 적다.

연구진은 BCI 장치를 스마트폰 터치스크린이 손가락 움직임을 감지할 수 있는 수준으로 적용 기술을 향상시켰다. 장치 두께도 0.46마이크로미터로 줄였다.

쥐에게 이식한 64개 전극으로 구성한 BCI 장치는 1년 넘게 작동하고 있다. 또 터치스크린수준인 1,008개 전극으로 구성한 BCI 장치를 원숭이에게 이식했다. 연구진은 각종 실험과 시뮬레이션을 통해 이 장치가 뇌에서 6년 넘게 안정적으로 작동할 수 있다고 결론 내렸다.

연구를 주도한 조나단 비벤티 듀크대 생의학 엔지니어링 교수는 “목표 중 하나는 손상된 시신경을 가진 사람들이 시력을 일정 수준 이상으로 회복시킬 수 있도록 뇌와 직접 상호작용하는 장치를 만드는 것”이라고 말했다.

뇌에 이식하는 BCI 장치 개발에는 테슬라 창업자인 일론 머스크도 뛰어들고 있다. 그는 뇌와 외부장치의 상호작용을 연구하는 뉴럴링크를 설립해, 올해 사람을 대상으로 실험할 계획이다. 사람 뇌에 프로세서를 이식해, 스마트폰과 정보를 주고받는 것을 목표로 하고 있다.

박응서 머니투데이방송 MTN 선임기자