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2013년 8월 28일 수요일

인간의 뇌를 서로 연결하는 인터페이스 ( First Human Brain-To-Brain Interface)




 워싱턴 대학 (Univsersity of Washington) 의 연구자들이 아주 독특한 실험에 성공했다고 보도자료를 통해 밝혔습니다. 그 실험이란 한 사람의 뇌의 전기적 신호를 분석한 후 다른 사람의 뇌를 컨트롤하는 것입니다. 진짜 SF 를 소재로한 만화나 영화에서 볼 것 같은 일이 워싱턴 대학의 연구팀에 의해 성공했다는 이야기입니다.

 워싱턴 대학의 라제쉬 라오 교수 (Rajesh Rao, UW professor of computer science and engineering) 는 그의 동료인 안드레아 스토코 교수 (Andrea Stocco,  UW research assistant professor in psychology at the UW's Institute for Learning & Brain Sciences) 와 함께 이 대담한 연구를 진행한 결과를 논문으로 발표하기 앞서 대중에 공개했습니다. 


 이에 의하면 2013 년 8월 12일 라오 교수는 EEG (electroencephalogram) 를 기록하는 기계를 이용해 그의 뇌의 전기 활돌을 모니터링 했습니다. (아래 사진에서 좌측에 있는 사람이 머리에 쓴 것 ) 그리고 워싱턴 대학 캠퍼스 다른 곳에 있는 스토코 교수는 이 신호를 받아 특정 행동을 할 수 있도록 운동 피질 (motor cortex) 를 직접 전기적으로 자극하는 경두개 자기 자극 (TMS : transcranial magnetic stimulation) 코일을 장착했습니다. (아래 사진에서 우측 사람이 머리에 장치된 것 )  



(EEG 기록 장치를 머리에 쓴 라오 교수 (좌) 와 경두개 자기 자극 장치 (TMS) 를 머리에 장치한 스토코 교수 (우) 의 모습.     
University of Washington University of Washington researcher Rajesh Rao, left, plays a computer game with his mind. Across campus, researcher Andrea Stocco, right, wears a magnetic stimulation coil over the left motor cortex region of his brain. Stocco’s right index finger moved involuntarily to hit the “fire” button as part of the first human brain-to-brain interface demonstration. (Credit: Image courtesy of University of Washington))  
 
 EEG 는 쉽게 말해 뇌파를 기록하는 것이기 때문에 어떤 것인지 쉽게 이해가 가능하겠지만 TMS 는 그렇지 않을 수 있습니다. 여기서 간단히 TMS 를 설명하자면 전자기 유도 (electromagentic induction) 현상을 이용해서 두개골을 절개하는 등의 침습적인 방법 없이 신경세포의 탈분극 (depolarization) 을 유도하는 장치입니다.
 
 즉 뇌의 일부를 자극하는데 있어 실제 전기 자극을 이용하는 것이 아니라 뇌의 외부에서 전자기 유도를 이용하는 방식이라고 하겠습니다. 대개 두개의 강력한 전자기 코일 (마치 8 자 모양으로 생김) 에 의해 유도된 전류는 1.5 - 2 cm 정도 범위를 투과해서 신경 세포의 탈분극을 유도합니다. 이를 반복적으로 시행하는 repetitive TMS (rTMS) 는 2008 년 FDA 로 부터 다른 치료에 반응하지 않는 우울증의 치료로 승인 받은 바 있으며 파킨슨 병이나 편두통 등 다른 뇌신경 질환의 치료에도 활용하기 위한 연구가 진행된 바 있습니다. 그리고 인간에서의 치료 목적 외에도 동물 및 인간에서 연구용으로도 활용되고 있습니다.
 
 아무튼 이를 이용해 라오 교수는 컴퓨터 게임을 하면서 마음 속으로 오른쪽 손가락을 움직이는 생각을 했습니다. 스카이프를 통해 연결된 스토코 교수는 (서로 간에 모습이나 소리는 전혀 들을 수 없는 떨어진 위치에 있었음) TMS 에 의한 자극으로 키보드에 발사 버튼을 눌렀습니다. 즉 다른 사람의 생각을 통해 뇌를 자극해서 움직이도록 한 것입니다. (동영상 참조)
 

(시연 영상)  
 
 사실 라오 교수는 10 년 전부터 뇌 - 컴퓨터 인터페이스 (Brain Computer Interface  BCI) 를 연구하고 있었으며 2011 년 부터 뇌- 뇌 인터페이스 (Brain - Brain Interface  BBI) 연구에 착수했습니다. 2013 년에는 듀크 대학의 연구자들이 두마리의 쥐의 뇌를 서로 연결하는 BBI 를 구현했고 하버드 대학의 연구자들은 인간의 뇌와 쥐의 뇌를 연결하는 BBI 를 구현하기도 했습니다. 워싱턴 대학의 연구자들은 사람 - 사람 간 BBI 구현에 성공한 셈입니다.
 

(사람의 뇌와 쥐의 뇌간에 BBI 실험. 생각만으로 쥐의 꼬리를 움직이게 만든 연구로 하버드 대학의 연구팀이 2013 년 7월 31일 데몬스트레이션 함 )  
 

(듀크 대학 팀의 연구로 쥐와 쥐의 뇌 사이 BBI 를 구현. )
 
 워싱턴 대학 연구팀은 여러 가지 분야에 이 기술이 응용이 가능할지 모른다고 생각하고 있습니다. 이를 테면 비행기 조정사가 조종을 할 수 없는 긴급 상황에 다른 사람을 컨트롤 하거나 하는 경우를 예를 들었는데 사실 흔히 있을 것으로 생각하기는 어려운 경우 입니다. 다만 일부에서 우려할 수 있듯이 다른 사람의 정신이나 행동을 그 사람의 의사에 반해서 조절하기는 힘들 것이라고 언급했습니다. 사실 지금 단계에서는 아주 단순한 행동 밖에 지시할 수 없긴 합니다.
 
 다음 연구 단계는 좀더 복잡한 행동을 지시하는 것이며 더 나아가 보다 많은 사람을 대상으로 하는 것이라고 합니다. 개인적으로는 사람 - 동물 뇌 인터페이스의 경우가 더 실용적이지 않을까 생각하는데 (인간이 동물을 조작해서 정찰 수색 등의 임무에 투입하는 경우) 아무튼 SF 에서나 볼 법한 연구가 실제로 진행된다는 사실이 한편으로 놀랍기만 합니다.  개인적으로는 공각 기동대가 생각나는 내용이네요.
 
 참고
 
  

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