기본 콘텐츠로 건너뛰기

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
 
  

댓글

이 블로그의 인기 게시물

중등도 코로나 19 환자에서 제한적인 효과만을 확인한 렘데시비르

   현재 렘데시비르는 인공 호흡기 치료가 필요한 환자 등 중증 코로나 19 환자의 치료제로 사용되고 있습니다. 다만 공급이 부족해서 갑자가 중증 코로나 19 환자가 늘어날 경우 수급 문제가 불거질 수밖에 없습니다. 따라서 이를 중등도 코로나 19 환자 (경증이나 무증상은 당연히 치료가 필요없거나 대증 요법 정도) 사용한다는 것은 지금 당장에 급한 연구는 아니지만, 나중에 수급량이 많아지고 가격이 낮아질 때를 생각하면 의미 있는 연구 결과입니다.   렘데시비르 제조사인 길리어드 사이언스의 다아애나 브레이너드 박사 ( Dr. Diana Brainard of Gilead Sciences )는 병원에 입원이 필요했던 중등도 코로나 19 환자 584명을 렘데시비르 5일, 10일 투여 실험군과 위약을 투여한 대조군으로 나눠 임상 경과, 사망 등 중요한 합병증 발생 등에서 차이를 보이는지 조사했습니다. 연구 대상자의 40% 이상은 당뇨 같은 만성 질환이 있었으며 평균 연령은 57세였습니다.   연구 결과 대조군의 2%, 5일 투여군의 2%, 10일 투여군의 1%가 사망했으나 사망자 수가 4명, 3명, 2명 정도로 통계적 차이를 판단하기에는 사망자 수가 적어 결론을 내리기 어려웠습니다. 연구팀은 5일 투여군에서 임상 경과가 다소 호전되는 것을 판단했으나 10일 투여군에서는 통계적 차이를 검증할 수 없었습니다. 결론적으로 말해 중등도 코로나 19 환자에서 렘데시비르 투여는 확실한 임상적 이득이 없었습니다.     5일 투여량만 해도 가격이 3120달러라는 점을 감안할 때 중등도 환자에서 렘데시비르 투여는 설령 공급이 원활하다고 해도 적절한 치료법이 아닌 것으로 판단됩니다. 더구나 지금처럼 공급이 불안해 중증 환자 투여 물량 확보가 아쉬운 상황에서는 말할 것도 없습니다.  이번 연구는 렘데시비르보다 효과가 뛰어나면서 저렴한 차세대 항바이러스 치료제의 필요성을 다시 보여준 것으로 생각됩니다....

178Tb/s - 광섬유 통신 신기록 수립

  ( Lidia Galdino, lead researcher on the study. Credit: James Tye / UCL )  현재 가정에 들어오는 초고속 광통신은 10Gb/s 정도가 가장 빠른 편입니다. 그러나 사실 광섬유를 통해서 보낼 수 있는 정보량은 이것보다 훨씬 많습니다. 현재 개발 중인 기술 가운데서는 이미 1Tb/s 이상이 속도를 지닌 것들이 많아 미래에는 테라 인터넷 시대가 가능할 것으로 예상됩니다. 그런 가운데 영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 리디아 갈디노( Lidia Galdino )가 이끄는 연구팀이 178Tb/s라는 신기록을 세웠다는 소식입니다.   광섬유 통신을 위한 주파수는 4.5THz까지 높일 수 있습니다. 최근에 개발된 신기술은 9THz 벽도 돌파했습니다. 그러나 연구팀은 16.8THz라는 새로운 영역에 도달했습니다. 주파수가 높을 수록 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 하지만 16.8THz의 주파수로도 178Tb/s의 데이터 전송 속도는 사실 불가능합니다. 연구팀은  Geometric Shaping (GS) 방식으로 레이저 신호의 페이즈, 밝기, 편광 수준을 조절해 여러 신호가 서로 간섭 없이 전달되게 만들어 이런 신기록을 수립했습니다.   물론 새로운 기술이 항상 그렇듯이 바로 상용화가 가능한 것은 아닙니다. 특히 광섬유는 장거리 정보 전송이 가능해야 할 뿐 아니라 오류 없이 장시간 작동이 가능해야 합니다. 자꾸 에러가 생기거나 고장난다면 아무리 속도가 빨라도 무용지물입니다. 이 단계를 극복하고 경제성까지 갖춰 실용화 되는 경우는 사실 소수에 지나지 않습니다.   하지만 경쟁적으로 Tb 급 대역폭을 지닌 광통신 기술이 개발되고 있어 테라바이트 급 정보도 순식간에 전송할 수 있는 시대가 올 것은 분명합니다. 과거 전화선을 이용한 56K 모뎀에서 지금의 광섬유 기반 초고속 인터넷이 온 것처럼 속도는 계속 빨라질 수밖에 없기 때문입니다...

코로나 19 감염 위험성이 큰 동물은?

  ( A new genomic study ranks the potential of the SARS-CoV-2 spike protein to bind to the ACE2 receptor site in 410 vertebrate animals. Old World primates and great apes, which have identical amino acids at the binding site as humans, are predicted to have a very high propensity for binding ACE2 and are likely susceptible to SARS-CoV-2 infection. Credit: Matt Verdolivo/UC Davis )    코로나 19를 일으키는  SARS-CoV-2는 사스 및 메르스와 마찬가지로 박쥐를 자연 숙주로 삼는 베타 코로나바이러스 계통입니다. 따라서 본래 박쥐에 살던 바이러스가 중간 단계를 거쳐 사람으로 넘어온 것으로 추정됩니다. 그런데 이 이야기는 SARS-CoV-2 역시 사람에만 감염되는 것이 아니라 종을 넘어 다른 포유류나 조류, 혹은 척추동물에 감염될 수 있음을 시사합니다. 코로나 바이러스가 침투하는 경로인 ACE2 수용체는 다른 척추동물에서도 볼 수 있기 때문입니다. 다만 SARS-CoV-2와 ACE2 수용체의 결합 수준은 동물마다 큰 차이가 있어 감염 위험도는 모두 다를 수밖에 없습니다.   캘리포니아 대학 데이비스 캠퍼스 (UC Davis)의 조안나 다마스 (Joana Damas)와 그 동료들은 410종의 척추동물에서 ACE2 수용체 유전자를 조사해 코로나 19 감염 위험도를 조사했습니다. 연구팀에 따르면 ACE2 수용체 전체가 아니라 25개의 아미노산 배열이 특히 결합력에 큰 영향을 미쳐 감염 가능성을 결정합니다.   연구 결과 쉽게 예상할 수 있듯이 사람과 가까운 침팬치, 고릴라, 보노보...