생각만으로 마우스를 움직인다? 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 알아보자!

눈짓이나 생각만으로 전자기기를 조종하는 것. 공상과학영화에서 흔히 볼 수 있는 장면이다. 텔레파시는 상상 속에서만 존재하는 것이라 생각했지만, 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI: Brain Computer Interface)를 활용한다면 현실에서도 충분히 가능한 일일지 모른다.

 

뇌-컴퓨터 인터페이스(이하 BCI)는 뇌신경계에서 발생한 신호를 감지하여 측정·분석을 거쳐 외부의 전자기기를 제어하는 기술이다. 마우스나 키보드와 같은 입력장치 역할을 뇌의 신호가 대신하는 것이다. 생체 신호를 감지할 수 있도록 기기를 장착하고, 이 신호를 수집해 컴퓨터로 전달한다. 컴퓨터가 뉴로 디코딩 알고리즘을 통해 사용자의 의도가 무엇일지 분석하고, 디지털 신호로 변환하여 장치에 명령을 내리고 수행하는 과정을 거친다.

 

< 출처 : ““Neuroprosthesis” Restores Words to Man with Paralysis”, <UCSF Youtube>, 2021.07.15. >

 

뉴로 디코딩 알고리즘이란 사용자의 생각을 짚어내는 것이다. 인간의 생각은 복잡 다변하여 한 가지 생각을 바로 읽어 내기 어렵다. 생각은 동시다발적, 다층적으로 이루어져 한 가지 키워드로 결론짓기 쉽지 않기 때문이다. 따라서 BCI 기술은 기계에 명령을 내리는 데에 필요한 정보와 그렇지 않은 정보를 구별하고, 사용자의 의도를 정확히 짚기 위한 알고리즘을 사용한다. 이 알고리즘을 거친 신호 정보는 컴퓨터에 입력되어 사용자가 원하는 대로 인터페이스를 조작할 수 있게 한다.

 

이 과정은 사용자의 물리적인 조작이 필요하지 않으므로, 근위축성측삭경화증(ALS, amyotrophic lateral sclerosis, 루게릭병), 뇌줄기졸중(brainstem stroke), 척수 손상, 뇌성마비 등 선천적·후천적 요인들로 인해 몸을 움직이기 어려운 사람들의 의사소통 수단이 될 수 있다.

 

새로운 가능성이 무궁무진한 만큼 여러 글로벌 기업에서 해당 분야에 개발 투자를 아끼지 않고 있다.

 

< 출처 : ““Neuroprosthesis” Restores Words to Man with Paralysis”, <UCSF Youtube>, 2021.07.15. >

 

글로벌 IT 기업 페이스북은 페이스북 리얼리티 랩스(FRL, Facebook Reality Labs)에서 BCI 프로젝트를 진행해왔다. 특정 단어를 상상하기만해도 입력할 수 있는 조용한 비삽입형 음성 인터페이스를 만들고자 한 것이다. UCSF(University of California San Francisco)에서는 언어 능력을 잃은 사람들 대상으로 이식형 의사소통 보조장치를 개발해왔다. 페이스북은 해당 연구를 지원하면서 분당 100단어 입력이 가능한 자동 인터페이스의 개발을 원했고, 이에 필요한 신경신호에 대해 알고자 했다.

최근 UCSF 연구팀은 기계 학습을 통하여 두뇌에서 떠올린 생각을 문장으로 구현(디코딩)하는 데 성공했다. 뇌의 운동 피질에서 성대로 보내는 뇌 신호를 해독하여, 생각만으로도 화면에 자신의 의사를 뜨게 만드는데 성공한 것이다. UCSF는 음성 발음을 유도하는 신경 신호를 기반하여, 언어가 가진 통계적인 속성을 활용한다. 데이터를 활용해 문장을 구성하고, 문장 구성 시 함께 이용되는 경우가 많은 단어 조합 알고리즘을 통해 BCI의 정확도를 높인다. 실제로 이 연구를 통해, 뇌졸중으로 16년간 전신마비 상태였던 연구 참가자와의 의사소통에 성공했다고 한다.

 

< 출처 : "Monkey MindPong", <뉴럴링크 유튜브 채널>, 2021.04.09. >

 

전기차 및 청정 에너지 분야 글로벌 기업인 테슬라도 BCI 연구에 앞장서고 있다. 테슬라 최고 경영자가 설립한 ‘뉴럴링크’는 뇌에 칩을 이식한 원숭이가 조이스틱이나 컨트롤러 없이 생각만으로 모니터 속 게임을 즐기는 영상을 공개했다. 게임을 어떻게 조작할 지 생각하는 과정에서 발생한 신경 신호, 뇌파 신호가 원숭이 뇌 속 이식된 칩에서 감지되어 컴퓨터로 입력된 것이다.

 

BCI는 의료 분야에서 더 나아가, 군사분야에도 활용된다. 미 국방고등연구계획국은 ‘뇌-기계 인터페이스의 비수술적 미래를 향한 6가지 경로’라는 자료에서 BCI를 활용해 활성 사이버 방어 시스템 및 무인 항공기 제어가 가능하다고 밝혔다. BCI로 자동차나 비행기, 드론을 조작할 수 있다는 것이다. 또, ‘조용한 대화’ 프로젝트에서 말을 할 때 발생하는 신경 신호를 주고받는 기술, 쉽게 말해 텔레파시로 의사소통하는 기술을 연구하고 있다고 발표하기도 하였다.

 

< 출처 : 픽사베이, https://pixabay.com/ko >

 

현재 BCI 기기들은 휴대가 불편하여 편의성이 떨어진다. 뇌의 신호를 측정하여 무선 송수신하는 기기도 개발되고 있으나, 지금으로서는 비용 대비 활용도가 높지 않은 것이 현실이다. BCI 기술을 모바일이나 웨어러블 디바이스에 적용할 수 있도록 개발한다면 일상생활에도 빠르게 스며들어 다양하게 활용이 가능해질 것이다.

 

하지만, 뇌의 신호를 낚아채 개인정보를 빼가는 등 악용될 우려도 존재하기 때문에 관련 제반 정책이나 윤리 교육 또한 미리 마련하여 대책을 세워 두어야만, 다가오는 BCI 기술 활용 미래를 안전하게 누릴 수 있을 것이다.

 

[출처]

- “생각만으로 컴퓨터 사용? 성큼 다가온 미래, BCI”, <동아닷컴>, 2021.04.20.

- “생각대로 움직이는 세상을 만드는 기술뇌 컴퓨터 인터페이스(BCI : Brain Computer Interface)”, <한겨레>, 2019.11.05.

- “뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)의 획기적 성과: Facebook이 지원한 UCSF, 새 연구에서 음성 소통 복구를 위한 BCI의 잠재력 선보여”, <Facebook 공식 홈페이지>, https://about.fb.com/ko/news, 2021.07.14.

- ““Neuroprosthesis” Restores Words to Man with Paralysis”, <UCSF Youtube>, 2021.07.15.

- “Brain-Computer Interface: 뇌-컴퓨터 인터페이스 - 뇌와 컴퓨터(기계)를 연결한다”,<한양대 계산지능 및 뇌공학 연구실 홈페이지>, http://cone.hanyang.ac.kr/BioEST/Kor/research_detail/res10.html