기본 콘텐츠로 건너뛰기

뇌 - 컴퓨터 인터페이스 - 뇌로 직접 컨트롤 가능한 로봇 팔




 최근 피츠버그 의대 (University of Pittsburgh School of Medicine )  및 UMPC 의 연구자들은 뇌 - 컴퓨터 인터페이스 (BCI  Brain Computer Interface) 에서 큰 진전을 이룩했습니다. 생각만으로 콘트롤이 가능한 기기는 오랜 기간 인류의 숙원사업이었는데 그 이유는 이것이 궁극적인 인터페이스가 될 뿐 아니라 장애가 있는 환자들에서 새로운 희망이 될 수 있기 때문입니다.  


 spinocerebellar degeneration 이라는 진단을 받고 9 년 넘게 사지 마비 (quadriplegia) 로 자신의 손으로 음식을 먹어본 일이 없는 슈어만 (Jan Scheuermann  53 세 여) 같은 환자들에게 BCI 기반의 의수는 새로운 가능성을 열어줄 수 있습니다. 슈어만은 피츠버그 의대와 UMPC 가 진행 중인 프로젝트에 참가해 뇌에 96 개의 접촉 포인트를 지닌 약 2.5 평방 인치의 기기를 이식했습니다. 이 기기는 뇌 - 컴퓨터 인터페이스의 일부로 일반적으로 뇌에서 오른팔과 손의 동작을 컨트롤하는 부위에 이식되었습니다.  


 이 수술을 하기전 그녀는 이미지 트레이닝을 통해 로봇팔을 컨트롤하는 연습을 했습니다. 이 로봇팔은 인간의 팔과 손의 움직임을 꽤 비슷하게 모방할 수 있으며 연구자들은 7D 라고 부르고 있습니다. 슈어만은 연구에 참가할 때 초콜릿을 직접 베어 먹겠다고 이야기 했는데 실제 연구에 참가한지 1 년 이내에 이 말은 현실이 되었습니다. (아래 동영상 참조)  



( Jan Scheuermann, who has quadriplegia, brings a chocolate bar to her mouth using a robot arm she is guiding with her thoughts. Researcher Elke Brown, M.D., watches in the background. Click the photo to download it in high resolution. (Credit: UPMC) )  



(동영상)  


 슈어만과 연구진들은 이를 한 여성에겐 작은 한입이지만 BCI 를 위한 큰입이다. ( One small nibble for a woman, one giant bite for BCI) 라고 표현하면서 자축했습니다. 자신의 힘으로는 팔과 다리를 전혀 움직일 수 없었던 사람이 의수를 통해 일상 생활에 필요한 여러가지 활동을 할 수 있게 되면 이것 만으로도 큰 진전이라고 할 수 있겠죠.  


 결국 미래에는 이런 BCI 가 더 발전되어 정교한 의수/의족, 혹은 외골격을 통해 이전에 전혀 걷거나 일상생활이 불가능했던 사람들이 다시 이전같은 일을 할 수 있게 될 날이 올 것이라고 생각됩니다. 다만 안전성과 비용 문제, 그리고 보다 완전한 형태의 의수, 의족 혹은 외골격이 필요할 것입니다.  


 이 영상을 보면 개인적으로는 의수라는 개념이 등장한 공각기동대가 생각납니다. 공각 기동대의 세계에서는 아예 인체를 대신을 의수라는 인공 몸을 만들고 여기에 뇌를 연결시켜 뇌와 의수, 그리고 컴퓨터가 일체로 작동하게 되죠. 먼 미래에 이것이 가능해 진다면 아마도 이런 기초 연구가 있었기 때문일지도 모릅니다. 물론 그게 가능하지 않더라도 장애가 있는 마비 환자에게 큰 도움이 될 수 있다면 연구는 지속되어야 하겠죠.  


 이 연구는 란셋에 실렸습니다.  



 참고




Journal Reference:
  1. Jennifer L Collinger, Brian Wodlinger, John E Downey, Wei Wang, Elizabeth C Tyler-Kabara, Douglas J Weber, Angus JC McMorland, Meel Velliste, Michael L Boninger, Andrew B Schwartz. High-performance neuroprosthetic control by an individual with tetraplegia. The Lancet, 2012; DOI: 10.1016/S0140-6736(12)61816-9

라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

세상에서 가장 큰 벌

( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

인슐린 주사 일주일에 한 번만 맞아도 된다?

   당뇨병은 관리가 까다로운 만성 질병 중 하나입니다. 특히 인슐린 주사가 필요한 경우에는 더 관리가 어렵습니다. 하루에 주사를 몇 번씩 맞아야 하면 찌르는 것도 고통이고 실수로 건너뛰거나 용량을 실수하는 경우도 드물지 않습니다. 특히 고령 환자의 경우 더 위험할 수 있습니다. 이런 문제를 극복하기 위해 여러 제약 회사들이 새로운 투여 방법과 인슐린 제제를 내놓고 있습니다.   최근 2상 임상 시험을 마친 노보 노디스크 ( Novo Nordisk )의 인슐린 아이코덱 ( icodec )은 일주일에 한 번 투여하는 장시간 인슐린 제제입니다. 아이코덱은 효소에 의해 분해되는 것을 막는 변형 인슐린 분자로 혈액에서 알부민과 결합해 서서히 분리되기 때문에 한 번 주사로도 일주일이나 효과를 유지할 수 있습니다.   하지만 이렇게 장시간 작용하는 인슐린 제제의 경우 환자의 식사나 운동 같은 상황 변화에 인슐린 농도가 적절하게 유지되지 않을 가능성이 있습니다. 이번 2상 임상시험에서는 247명의 당뇨 환자를 두 그룹으로 나눈 후 실험군은 일주일에 한 번씩 아이코덱을 투여받고 매일 위약을 투여받았습니다. 그리고 대조군은 반대로 일주일에 한 번씩 위약을 투여받고 하루에 한 번씩 장시간 인슐린 제제인 란투스 (Lantus, glargine) 100U을 투여받았습니다.   26주에 걸친 임상 실험 결과 하루에 한 번 란투스를 투여받은 그룹이나 일주일에 한 번 아이코덱을 투여받은 그룹에서 특별한 합병증 차이를 발견할 수 없었습니다. 혈당 조절의 지표인 당화 혈색소 (HbA1c) 농도 역시 아이코덱 그룹에서 1.33% 감소한 반면 란투스 그룹에서 1.15% 정도 감소해서 큰 차이는 없었습니다. 그렇다면 하루에 한 번 투여하는 대신 일주일에 한 번 투여하는 것이 더 편리하고 실수로 두 번 투여하거나 건너 뛸 위험성이 적을 것입니다. 이 연구 결과는 뉴잉글랜드 저널 오브 메디슨 ( New England Journal...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기