2019.02.18

신경 과학자들이 말하는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’(BCI)의 미래

Laurie Clarke | Techworld
공상과학 작가에서부터 엘론 머스크, 마크 주커버그에 이르기까지 컴퓨터와 인간의 두뇌에 매료된 이들은 많았다.

피츠버그대학교의 박사 후 조교수 제임스 엘리스는 "어떤 면에서는 공상 과학이 기술의 미래에 대한 전조다. (뇌-컴퓨터 인터페이스는) 소비자 시장 또는 인간의 능력 향상이라는 관점에서 오랫동안 꿈꾸고 이야기된 주제다"라고 말했다. 그는 신경 적용을 위한 생체물질 엔지니어링 및 이식형 신경 장치의 성능 개선에 대한 연구를 이끌고 있다.

그의 연구 분야인 BCI(Brain-Computer Interface)에는 컴퓨터 방식을 이용해 정보를 추출한 후 뇌에 다시 자극을 적용하는 것도 포함된다.

USC NC(Neurorestoration Centre)의 임상신경학 외과 교수 겸 의사 찰스 리우는 "두개골을 통과하는 전극을 통해 뇌 속에 자극을 전달하거나 두개골을 통과하는 전기 펄스를 이용해 두개경유 자기 자극 또는 직접 피질 자극 등을 통해 가능하다"라고 현재의 기술 수준을 설명했다. 

리우는 여러 BCI 프로젝트에 참여하고 있으며 주로 신경계 부상 또는 손상을 입은 환자의 사지 기능 회복에 집중하고 있다. 

이식 장치
뇌-컴퓨터 인터페이스는 이미 상실된 운동 능력 회복 및 시각계 회복 등의 응급 영역에서 효과가 입증된 바 있다. 

그러나 인터페이스 방식에 대한 고민이 남아 있다. 현재 뇌와 인체에 이식되는 형태의 침투적 장치가 이 연구 분야에서 주로 이용되는데, 이 방법은 복잡한 문제를 낳는다. "인체에의 생체 적합성을 어떻게 높일 수 있을까? 인체 외부에서 장치를 삽입하는 대신에 장치를 통합시킬 수는 없을까?"고 엘리스가 말했다.

그에 따르면 이것은 크기의 문제이기도 하다. 엘리스는 "기능을 개선하고 싶다면 장치가 지속적으로 소형화됨과 동시에 여러 뉴런에게서 신호를 받아 다른 시감각을 전달할 수 있어야 한다”라고 말했다. 

그에 따르면 청각 보철 분야에서 주된 성공이 있었다. 엘리스는 코클리어(cochlear) 임플란트가 신경 엔지니어링 분야에서 가장 크게 성공한 사례라고 언급하며, 시각 신호보다 청각 신호가 훨씬 단순하기 때문이라고 설명했다.

하지만 이외의 영역에서는 이식형 장치가 인기를 얻지 못하고 있다. 그리고 대체재에게는 한계가 있다.

엘리스는 "비 침습적인 EEG 신호 등을 통한 신경 조절을 달성할 때 이식형 장치처럼 적절히 제어할 수 있는 장치가 없다"라고 말했다.

즉, 현재로서는 정말로 필요한 사람들만 이런 장치를 장착하기 위해 필요한 신경 외과 수술을 받을 의지가 있을 가능성이 높은 상황이다. 

‘디자인된 영역’으로서의 마음 
현재 BCI 연구 분야는 대부분 의료에 집중하고 있다. 그러나 이 영역의 많은 과학자들이 일반인용 인터페이스가 필수불가결한 발전 영역인 것으로 여기고 있다. 리우는 이미 시작된 연구의 연속선상이기도 하다고 설명했다.

그는 "광고 등을 위한 목적으로 기술 대기업들이 주도한 인공지능과 머신러닝 알고리즘이 있다. 이들 정보는 직접적인 종류의 인공지능은 아니지만 인터페이스가 아니라고 할 수는 없지 않은가?"라고 말했다.
 
기술-인간 조건(The Techno-Human Condition)의 저자이자 애리조나주립대학교의 엔지니어링 및 윤리학 교수 브레이든 앨런바이도 같은 비슷한 생각을 갖고 있다. 그는 "전체적으로 보았을 때 인류세(Anthropocene, 人類世)에 있어 기후 변화가 두드러지기는 한다. 그러나 실제로는 훨씬 근본적이고 엄청난 현상이 있다. 지구와 인간이 모두 디자인된 영역(designed spaces)화 되어가고 있다는 것이다”라고 말했다.

앨런바이는 이 현상을 책이 출현하면서 두뇌의 기능의 아웃소싱된 것의 연장선으로 보고 있다. 하지만 인간이 이론적으로 외부에서 입력된 정보를 컴퓨터처럼 처리할 수 있다 하더라도 자아감과 의식을 유지하면서 대응할 수 있는지의 문제가 남아 있다.

그는 이 문제를 방지하기 위해 BCI가 인간의 두뇌를 통과해 작동하는 필터링되지 않은 인터넷의 형태를 이용하지는 않을 것이라고 전망했다.

그는 "내 두뇌에 칩을 이식하여 인터넷에 접속할 수 있다면 나만이 유일한 주요 정보 처리자가 된다. 그러나 먼 미래에 정말로 탁월한 BCI를 구축한다면 얼마나 많은 정보를 입력하는지에 상관없이 클라우드에서 한 명의 인간보다 훨씬 큰 상위 인지가 발달하게 될 수도 있다"라고 말했다.

인간성의 본질
BCI의 발전은 인간성의 진화에 대한 질문을 낳는다. 한편으로는 인간성의 본질이 변화하느냐를 넘어 인간성의 본질이 존재하는지 여부가 더욱 중요한 문제일 수도 있다. 

엘리스는 "어떤 면에서는 우리의 의식을 구성하는 것에 관한 문제일 수 있지 않을까?"라고 반문하며 "단순한 전극을 두뇌에 고정시키고 감정을 환기시킬 수 있다면, 즉 많은 사람들이 의식과 결부시키는 감정을 환기시킬 수 있다면 우리에게 자유 의지가 있는지에 대한 생각이 들지 않을까? 아니면 우리는 단지 이 환경에서 일종의 자극에 반응하여 작동하는 회로 덩어리일 뿐일까? 이런 관점에서 뇌 컴퓨터 인터페이스는 실제로 뇌와 정신의 결정론적인 질에 대한 일종의 구체적인 예를 제시한다"라고 말했다.

하지만 엘리스가 지적했듯이 전혀 새로운 의문은 아니다. 인류는 수 세기 동안 다양한 뇌 기능과 심리학적이며 생리학적인 현상의 핵심을 연구해왔다.

미래
엘리스는 기존의 신경 장치 개발로 이 분야의 미래가 흥미로워질 것으로 보고 있다. 그는 더 많은 뉴런과 통합하여 시각 등의 범위에서 더 높은 분해능 감각을 생성할 수 있는 '2세대 전극'의 출현을 예상하고 있다.

한편, 앨런바이는 인간과 기계 시스템의 통합이 이미 티핑 포인트에 도달했을지도 모른다고 생각한다. "우리는 오랫동안 방황했고 인간이 정보와 연산 기능을 기계에 전달할 수 있는 방식을 연구했다. 우리는 이런 기술 인간 네트워크에서 인지를 분석할 수 있기 때문에 이제 좀 더 진지하게 인지를 새로운 수준으로 통합하는 것에 관해 이야기할 수 있게 되었다"라고 그는 말했다. ciokr@idg.co.kr



2019.02.18

신경 과학자들이 말하는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’(BCI)의 미래

Laurie Clarke | Techworld
공상과학 작가에서부터 엘론 머스크, 마크 주커버그에 이르기까지 컴퓨터와 인간의 두뇌에 매료된 이들은 많았다.

피츠버그대학교의 박사 후 조교수 제임스 엘리스는 "어떤 면에서는 공상 과학이 기술의 미래에 대한 전조다. (뇌-컴퓨터 인터페이스는) 소비자 시장 또는 인간의 능력 향상이라는 관점에서 오랫동안 꿈꾸고 이야기된 주제다"라고 말했다. 그는 신경 적용을 위한 생체물질 엔지니어링 및 이식형 신경 장치의 성능 개선에 대한 연구를 이끌고 있다.

그의 연구 분야인 BCI(Brain-Computer Interface)에는 컴퓨터 방식을 이용해 정보를 추출한 후 뇌에 다시 자극을 적용하는 것도 포함된다.

USC NC(Neurorestoration Centre)의 임상신경학 외과 교수 겸 의사 찰스 리우는 "두개골을 통과하는 전극을 통해 뇌 속에 자극을 전달하거나 두개골을 통과하는 전기 펄스를 이용해 두개경유 자기 자극 또는 직접 피질 자극 등을 통해 가능하다"라고 현재의 기술 수준을 설명했다. 

리우는 여러 BCI 프로젝트에 참여하고 있으며 주로 신경계 부상 또는 손상을 입은 환자의 사지 기능 회복에 집중하고 있다. 

이식 장치
뇌-컴퓨터 인터페이스는 이미 상실된 운동 능력 회복 및 시각계 회복 등의 응급 영역에서 효과가 입증된 바 있다. 

그러나 인터페이스 방식에 대한 고민이 남아 있다. 현재 뇌와 인체에 이식되는 형태의 침투적 장치가 이 연구 분야에서 주로 이용되는데, 이 방법은 복잡한 문제를 낳는다. "인체에의 생체 적합성을 어떻게 높일 수 있을까? 인체 외부에서 장치를 삽입하는 대신에 장치를 통합시킬 수는 없을까?"고 엘리스가 말했다.

그에 따르면 이것은 크기의 문제이기도 하다. 엘리스는 "기능을 개선하고 싶다면 장치가 지속적으로 소형화됨과 동시에 여러 뉴런에게서 신호를 받아 다른 시감각을 전달할 수 있어야 한다”라고 말했다. 

그에 따르면 청각 보철 분야에서 주된 성공이 있었다. 엘리스는 코클리어(cochlear) 임플란트가 신경 엔지니어링 분야에서 가장 크게 성공한 사례라고 언급하며, 시각 신호보다 청각 신호가 훨씬 단순하기 때문이라고 설명했다.

하지만 이외의 영역에서는 이식형 장치가 인기를 얻지 못하고 있다. 그리고 대체재에게는 한계가 있다.

엘리스는 "비 침습적인 EEG 신호 등을 통한 신경 조절을 달성할 때 이식형 장치처럼 적절히 제어할 수 있는 장치가 없다"라고 말했다.

즉, 현재로서는 정말로 필요한 사람들만 이런 장치를 장착하기 위해 필요한 신경 외과 수술을 받을 의지가 있을 가능성이 높은 상황이다. 

‘디자인된 영역’으로서의 마음 
현재 BCI 연구 분야는 대부분 의료에 집중하고 있다. 그러나 이 영역의 많은 과학자들이 일반인용 인터페이스가 필수불가결한 발전 영역인 것으로 여기고 있다. 리우는 이미 시작된 연구의 연속선상이기도 하다고 설명했다.

그는 "광고 등을 위한 목적으로 기술 대기업들이 주도한 인공지능과 머신러닝 알고리즘이 있다. 이들 정보는 직접적인 종류의 인공지능은 아니지만 인터페이스가 아니라고 할 수는 없지 않은가?"라고 말했다.
 
기술-인간 조건(The Techno-Human Condition)의 저자이자 애리조나주립대학교의 엔지니어링 및 윤리학 교수 브레이든 앨런바이도 같은 비슷한 생각을 갖고 있다. 그는 "전체적으로 보았을 때 인류세(Anthropocene, 人類世)에 있어 기후 변화가 두드러지기는 한다. 그러나 실제로는 훨씬 근본적이고 엄청난 현상이 있다. 지구와 인간이 모두 디자인된 영역(designed spaces)화 되어가고 있다는 것이다”라고 말했다.

앨런바이는 이 현상을 책이 출현하면서 두뇌의 기능의 아웃소싱된 것의 연장선으로 보고 있다. 하지만 인간이 이론적으로 외부에서 입력된 정보를 컴퓨터처럼 처리할 수 있다 하더라도 자아감과 의식을 유지하면서 대응할 수 있는지의 문제가 남아 있다.

그는 이 문제를 방지하기 위해 BCI가 인간의 두뇌를 통과해 작동하는 필터링되지 않은 인터넷의 형태를 이용하지는 않을 것이라고 전망했다.

그는 "내 두뇌에 칩을 이식하여 인터넷에 접속할 수 있다면 나만이 유일한 주요 정보 처리자가 된다. 그러나 먼 미래에 정말로 탁월한 BCI를 구축한다면 얼마나 많은 정보를 입력하는지에 상관없이 클라우드에서 한 명의 인간보다 훨씬 큰 상위 인지가 발달하게 될 수도 있다"라고 말했다.

인간성의 본질
BCI의 발전은 인간성의 진화에 대한 질문을 낳는다. 한편으로는 인간성의 본질이 변화하느냐를 넘어 인간성의 본질이 존재하는지 여부가 더욱 중요한 문제일 수도 있다. 

엘리스는 "어떤 면에서는 우리의 의식을 구성하는 것에 관한 문제일 수 있지 않을까?"라고 반문하며 "단순한 전극을 두뇌에 고정시키고 감정을 환기시킬 수 있다면, 즉 많은 사람들이 의식과 결부시키는 감정을 환기시킬 수 있다면 우리에게 자유 의지가 있는지에 대한 생각이 들지 않을까? 아니면 우리는 단지 이 환경에서 일종의 자극에 반응하여 작동하는 회로 덩어리일 뿐일까? 이런 관점에서 뇌 컴퓨터 인터페이스는 실제로 뇌와 정신의 결정론적인 질에 대한 일종의 구체적인 예를 제시한다"라고 말했다.

하지만 엘리스가 지적했듯이 전혀 새로운 의문은 아니다. 인류는 수 세기 동안 다양한 뇌 기능과 심리학적이며 생리학적인 현상의 핵심을 연구해왔다.

미래
엘리스는 기존의 신경 장치 개발로 이 분야의 미래가 흥미로워질 것으로 보고 있다. 그는 더 많은 뉴런과 통합하여 시각 등의 범위에서 더 높은 분해능 감각을 생성할 수 있는 '2세대 전극'의 출현을 예상하고 있다.

한편, 앨런바이는 인간과 기계 시스템의 통합이 이미 티핑 포인트에 도달했을지도 모른다고 생각한다. "우리는 오랫동안 방황했고 인간이 정보와 연산 기능을 기계에 전달할 수 있는 방식을 연구했다. 우리는 이런 기술 인간 네트워크에서 인지를 분석할 수 있기 때문에 이제 좀 더 진지하게 인지를 새로운 수준으로 통합하는 것에 관해 이야기할 수 있게 되었다"라고 그는 말했다. ciokr@idg.co.kr

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