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뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 성과 및 연구 현황

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뇌-컴퓨터인터페이스연구경쟁가속화

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI, Brain Computer Interface)는 신체의 움직임이 없이 뇌와 외부 장치 간의 직접적인 상호작용 방식을 의미함. 2023년 8월 23일(현지시간) 국제 학술지 네이처(Nature)는 신경 신호를 텍스트 또는 음성 단어로 변환하는 2건의 BCI 연구 결과를 발표함. 미국의 스탠포드 대학교와 캘리포니아대학교는각각 다른 접근법을사용하여BCI 연구를진행하여언어 기능을 잃은 환자를돕는 기술을소개함

스탠포드 대학의 프랜시스 웰렛(Francis Willett)은 세포 수준에서 신경 활동을 해석하고 이를 텍스트로 변환하는 BCI를 개발함. 연구팀은 루게릭병(근위축성 측삭경화증)이라고 알려진 운동 신경 질환을 앓고있는 67세의 펫 베넷(Pat Bennett)과 함께 연구를 진행함. 베넷의 뇌 표면 아래에 작은 실리콘 전극을삽입하고 125,000단어의 대규모 어휘 세트와 50단어의 어휘 세트를 사용하여 베넷이 다양한 구문을 말하려고 시도할 때 뇌에서 고유한 신호를 인식하도록 딥러닝 알고리즘을 훈련함. 50단어의 경우 BCI는이전 기술 보다 2.7배 빠르게 작동했으며, 9.1%의 오류율을 보였음. 125,000 단어의 경우 오류율이23.8%를 기록함. 네 단어 중 세 단어를 정확하게 인식하는 수준으로 마비 환자의 의사소통을 돕기 위한 기술이크게 향상되었음

캘리포니아 대학 샌프란시스코 캠퍼스의 에드워드 장(Edward Chang) 신경외과의는 18년간 뇌졸중으로 말을 할 수 없게 된 47세 여성 앤(Ann)을 대상으로 연구를 진행함. 233개의 전극을 포함하는 종이처럼 얇은 직사각형 장치를 앤의 뇌 피질 표면에 부착함. 앤에게 1,024 단어를 사용하여 249개의 문장을 말하게 하고 알고리즘이 앤의 뇌 행동 패턴을 인식하도록 훈련하였음. 해당 장치는 분당 78단어를 생성하였으며 평균단어 오류율은 25.5%였음. 연구팀은 앤의 뇌의 신호를 음성과 얼굴표정을 모방하는 아바타로 변환하는 맞춤형알고리즘을만들고,부상 전 목소리를훈련시켜앤의 목소리도 재현함

Neuralink, 인간 대상 임상 연구 미국 FDA 승인 획득

테슬라의 일론 머스크(Elon Musk)가 2016년 설립한 뇌 연구 스타트업인 뉴럴링크(Neuralink)는 뇌에 작은 전극을 이식하는 기술을 개발함. 2023년 5월, 뉴럴링크는 미국식품의약국(FDA)으로부터 인간을 대상으로 한 임상 실험을 승인 받았다고 발표함. 뉴럴링크는 뇌와 컴퓨터를연결하여 사람들의 시력과 이동성을 회복하는 데 도움을 주고자 함. 뉴럴링크는 마이크로칩을 사용하여 마비나 실명과 같은 질환을 치료하고 특정 장애인이 컴퓨터와모바일기술을 사용하는데 도움을주는 기술을개발함

뉴럴링크가 개발한 칩은 원숭이 실험을 거쳤으며 뇌에서 생성되는 신호를 해석하고 블루투스를 통해 장치에 정보를 전달하도록 설계됨. 전문가들은 뉴럴링크의 뇌 임플란트가 널리 사용되려면 기술적, 윤리적 문제를 극복하기 위한 광범위한 테스트가 필요하다고 경고함. 머스크는 이전에 이 기술이 인공지능에 의해 인간이 대체될 것이라는 우려를 완화하는 데 도움이 될 수 있다고 언급하였음. 뉴럴링크는 트위터를 통해 이 소식을 발표하면서 “언젠가 이 기술이 많은 사람들을 도울 수 있는 중요한 첫걸음”이라고 언급함. 빠른 시일 내에 참가자모집 등에 대한 정보를제공할 것이라고밝혔음

2023년 8월, 뉴럴링크는 시리즈D 모금 라운드에서 2억 8,000만 달러(약 3,707억 원)의 투자를 유치함. 해당 시리즈는 페이팔(PayPal)의 공동창업자이기도 한 피터 틸(Peter Thiel)이 설립한 벤처캐피탈이 주도한 것으로 알려짐. 로이터통신은 비공개 주식 거래를 통해 뉴럴링크의 가치가 50억 달러(약 6조 6,200억 원)로 평가되었다고보도함

Synchron, 루게릭병 환자 대상 이식 테스트 시행

2021년 뉴럴링크의 경쟁사 싱크론(Synchron)이라는 기업이 임상 실험에 대한 FDA 승인을 획득한바 있으며, 그 해 여름 첫번째 테스트를 실시함. 이후 루게릭병 환자에게 시술을 시행했으며, 이식된 환자들은 눈의 움직임과 생각만으로 메시징 앱을 사용하거나 온라인 검색을 할 수 있게 됨. 같은 해 12월 루게릭병을 앓고있는 62세 호주 남성이 이 기술을 사용해 트윗을 보내는데 성공함. 2023년 싱크론은 빌 게이츠(Bill Gates)와아마존의제프 베조스(JeffBezos) 등의 지원을받아 7,500만 달러(약994억 달러)의투자금을유치함 

의학저널인 JAMA Neurology는 호주에서 싱크론의 BCI 시스템을 실험한 장기 안전성 결과를 발표함. 연구에 따르면 이 기술은 12개월 동안 안전하게 유지되었으며 신호 품질이나 성능이 저하되지 않은 것으로 나타났음. 싱크론은 운동 신경 질환(MND) 환자 4명을 대상으로 임상 시험을 시행함. 환자들 중 심각한 부작용이 발생한 사례는 없었으며, 컴퓨터 제어가 가능했음. 이후 추가로 6명의 환자를 대상으로 초기 타당성 시험을 시작하였으며, 총 10건의 임상 시험 데이터를 결합하여 초기 타당성 조사를 마무리함. 향후 해당 기술이 안전하고기능적이라는 충분한결과를입증하는임상 시험을추가로시행할계획임

중국의 과학자들, 외이도에 삽입하는 BCI 개발

중국의 과학자들은 비 침습적인 방식의 BCI를 개발함. 유연한 소재와 독특한 나선형 디자인으로 착용자의 청력을 방해하지 않는 SpiralE BCI는 외이도에 삽입할 수 있도록 설계됨. 이 장치는 외과적으로 이식하는 대안보다 훨씬 덜 침습적이며 헤드밴드나 모자 같은 비침습적 솔루션보다 더 실용적임. 베이징 칭화대학교 연구팀에 따르면 이러한 장점으로 인해 일상적인 사용에 훨씬 더 적합하며, 자연스럽고 눈에 띄지않는 웨어러블장치로서착용이가능함

침습적인 BCI는 가장 강력하고 효율적인 결과를 가져오지만, 뇌의 면역체계로 인해 뇌에서 신호를 전달할 수 있는 능력과 기능이 떨어질 수 있는 단점이 있음. 연구자들은 직접적인 시술을 포함하지 않는 기술 개발에 주목하고 있음. 최근 오픈에이아이(OpenAI)가 개발한 GPT 모델에 의존하여 대량의 데이터를 빠르게 분석하는방법을활용하여연구를가속화하고있음

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