BMI기술을 아시나요?

사진출처:http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2842427&cid=47309&categoryId=47309

 

BMI(Brain Machine Interface)

BMI(Brain Machine Interfaces)란 인간의 두뇌에서 보내는 신호를 기계 제어 명령으로 변환해 신체 내·외부 보조기기에 움직임을 지시하는 신호를 보내는 기술입니다. 미래 인공지능(AI)이 많은 인력을 대체할 것으로 예상되면서 BMI 기술은 더욱 중요성이 커질 전망인데요.

오늘은 BMI 기술에 대해서 알아보겠습니다.

 

 

BMI기술의 원리는 무엇일까요?

BMI는 인간의 두뇌에서 출발합니다. 예를 들어 눈 앞에 맛있는 과자가 먹고 싶을 때 우리의 뇌는 “손을 뻗어, 과자를 집어라”라는 운동신호를 보내게 됩니다. 이러한 운동 신호는 뇌에서 운동 자극 신경세포들이 밀집한 전전두엽과 전두엽이 담당하고 있습니다. 신경세포들은 운동 신호를 우리 몸 곳곳에 연결된 말초운동신경계를 통해 전달하고, 신호를 받은 근육은 수축과 이완하면서 팔을 움직이게 됩니다.

 

만약 이들 신경세포의 정확한 위치와 어떤 조건에서 발화하는지, 주고받는 신호의 종류나 세기가 어느정도인지 알고 있다면 어떻게 될까요? 먼저 칩이나 센서를 통해 뇌의 신호를 입력받아 컴퓨터에 전송한 뒤, 컴퓨터는 이를 해석해 로봇팔이나 다리에게 명령을 전달하며 생각만으로 로봇팔을 뜻대로 제어할 수 있게 됩니다. 이에 따라 인간의 두뇌에 로봇의 몸을 가진 사이보그의 등장도 현실화 될 수 있다는 것입니다.

 

뇌파로 기계를 움직이는 기술을 실현하려면 복잡한 과정을 거쳐야하는데요.

두개골 위에 센서를 붙이거나 소설 ‘뇌’에서 등장한 것처럼 특정 뇌 부위에 전극을 삽입하는 방법이 있습니다. 센서를 붙이는 방법은 비침습형, 전극을 뇌 부위에 삽입하는 방법은 침습형으로 구분합니다.

 

 

비침습형 BMI는 뇌의 활동 상태에 따라 주파수가 다르게 발생하는 뇌파를 이용합니다. 머리에 띠처럼 두른 장치로 뇌파를 모아 컴퓨터로 보내면 컴퓨터가 뇌파를 분석해 적절한 반응을 일으키는데요. 비디오게임, 골프 같은 스포츠, 수학 교육, 신경마케팅 분야에서 적용되고 있습니다. 단점으로는 뇌파 측정이 정확하지 않은 문제가 있습니다.

 

 

침습형 BMI는 뇌 특정 부위에 미세전극이나 반도체 칩을 심어 특정신호 뉴런의 신호를 포착합니다. 즉 수술을 통해 뇌에 직접적으로 칩을 심는 것을 말하는데요. 미국 에모리대의 필립 케네디교수는 1998년 3월 BMI 장치를 개발해 뇌졸중으로 쓰러져 목 아랫부분이 완전히 마비된 환자의 두개골에 구멍을 뚫고 이식했습니다. 환자는 생각하는 것만으로 컴퓨터 화면의 커서를 움직이는 데 성공했다. 칩습형은 사람의 몸 속에 칩 등을 삽입하기 때문에 안전성과 윤리성 등의 문제가 있습니다.

 

사진출처: http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2017/07/30/2017073000881.html

 

 

BMI기술과 장애극복

BMI기술은 장애를 가진 사람들에게 큰 희망으로 다가왔습니다. 실제로 BMI기술을 활용해 척수손상에 따른 하지 마비 환자들의 일부 감각과 근육 조절기능을 회복시켰는데요.

 

미국 듀크대 신경공학센터 니콜렐리스 소장과 브라질 상파울루의 '워크어게인 프로젝트' 연구진은 가상현실 시스템을 비롯한 다양한 장치에 연결된 '뇌-기계 인터페이스(BMI·Brain-Machine Interface)'을 이용해 하지 마비 환자들이 마비된 다리를 제어하는 모의실험을 시행했습니다. 일주일에 최소 두 시간씩 1년에 걸쳐 훈련한 결과 훈련에 참여한 8명의 환자 모두 척수손상으로 장애가 생긴 신체 일부의 감각과 근육조절 기능이 회복되며 상당한 진전을 보였는데요.

더욱 놀라운 것은, 13년간 하지 마비 상태에 있던 한 환자는 13개월에 걸친 훈련 이후 스스로 두 다리를 움직일 수 있게 됐다는 점입니다.

연구진은 이 훈련이 척수손상에서 살아남은 신경을 재활성화했다고 보고 있다고 발표했습니다.

 

니콜렐리스 소장은 "이번 연구는 오랫동안 BMI를 이용한 환자들에게서 운동 행동과 촉감, 내장 기능의 개선이 나타난다는 것을 보여준다"고 말했습니다.

그는 "완전마비 진단을 받은 환자들 가운데 상당수가 아직 손상되지 않은 척수신경을 갖고 있을지도 모른다"며 "이 신경들은 대뇌피질로부터 근육으로 향하는 신호가 없어 수년간 가만히 있다가 BMI 훈련으로 되살아난 것일 수 있다"고 덧붙였습니다.

 

이처럼 BMI기술은 장애를 가진 사람들에게 많은 도움이 될 것으로 전망되고 있는데요. 앞으로도 BMI기술을 연구하고, 발전시킨다면 장애극복에 큰 힘을 실어줄 것으로 생각됩니다.

사진출처:http://v.media.daum.net/v/20070903233506812?f=o

 

 

BMI기술의 전망

물론 현재의 기술 수준은 뇌 신호를 100% 해석하는 데 집중하고 있는 초보적인 수준입니다. 우리 팔과 다리가 뇌의 신호를 받아들이고 움직이는 것처럼 BMI에 적용되는 기술에도 뇌의 신호를 수신·해석하는 기술이 기본적이고 필수적인데요. SF영화와 같은 장면들이 실제 구현되는 데는 시간이 걸릴 전망입니다.

 

지난 2012년 미국 스탠퍼드대 연구팀은 뇌파를 감지해 글자로 전환하는 장치를 개발했고 천재 물리학자 스티븐 호킹(Stephen Hawking)이 장치를 활용해 자신의 생각을 모니터에 보여줬습니다. 이 사건이 대중에게 BMI를 알리는 계기가 됐고, 두뇌로 신체 외부의 기계까지 통제하려는 인간의 도전은 오늘도 계속되고 있습니다.

 

현재 BMI는 사고나 질병으로 인체의 손상을 입은 환자를 치료하는 의료 중심으로 개발되고 있습니다. 특히 로봇 팔을 움직임으로써 사지가 마비된 사람들도 일상생활을 할 수 있는 날이 다가오고 있고, 중풍 환자나 척수 손상 환자를 위한 감각 신경계 부분에서도 많은 연구가 진행되고 있습니다.

최근 우리나라도 2023년까지 뇌과학 연구에 선진국으로 발돋움하려는 계획을 세우고, 진행 중에 있는데요. 앞으로도 뇌와 컴퓨터의 소통은 계속 진화할 것으로 전망됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

내용출처:

http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2017/07/30/2017073001633.html

http://news.kbs.co.kr/news/view.do?ncd=3327878&ref=D