인공지능
AI와 뇌 임플란트: 신경 인터페이스의 새로운 진전
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
뇌 임플란트는 더 이상 공상과학 속 기술만은 아닙니다. 실험 단계의 시스템은 특정 뇌 신호를 해독해 컴퓨터 등을 조작하도록 도울 수 있습니다. 다만 이러한 결과는 특정 과제와 연구 참여자에 관한 것으로, 인간의 모든 생각이나 의도를 자유롭게 읽는다는 뜻은 아닙니다.
이러한 시스템을 뇌-컴퓨터 인터페이스, 즉 BCI라고 합니다. 뇌 활동과 외부 기기 사이에 통신 경로를 만드는 기술입니다. Neuralink는 이 분야에서 널리 알려진 기업 중 하나로 이식형 인터페이스를 개발하고 있습니다.
BCI는 1960년대부터 연구되어 왔습니다. 최근 AI의 발전은 신경 신호 해독을 개선하고 장애인을 위한 중요한 활용 가능성을 보여 주었습니다. 그러나 폭넓게 사용하려면 기술적·임상적 과제를 더 해결해야 합니다.
현재 적용 사례 및 돌파구
2023년 당시 이식형 BCI 개발은 주로 연구실과 임상시험에서 이루어지고 있었습니다. AI는 일부 장애인에게 이러한 시스템이 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여 주는 데 기여했습니다.
의사소통과 움직임 제어를 돕는 AI·뇌 임플란트
전 세계 약 13억 명이 상당한 수준의 장애를 안고 살아갑니다. AI 지원 인터페이스는 특정 의사소통 또는 이동의 어려움에 도움이 될 수 있지만, 모든 장애인의 모든 제약을 완전히 없애는 기술은 아닙니다.
스탠퍼드와 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스 연구팀은 2023년 8월 네이처에 발표한 두 연구에서 마비된 두 여성의 의사소통을 돕는 인터페이스를 선보였습니다. 시스템은 말을 하려는 시도와 관련된 뇌 활동을 해독했습니다. 언어 모델을 포함한 컴퓨터 모델이 이를 텍스트나 합성 음성으로 바꾸는 데 사용되었습니다. 자연적인 발성 능력이 회복된 것은 아니었습니다.
스탠퍼드에서는 당시 68세였던 팻 베넷(Pat Bennett)의 발화 관련 뇌 영역에 작은 미세전극 배열 네 개를 이식했습니다. 소프트웨어는 베넷의 발화 시도를 텍스트로 변환했습니다. UCSF 연구팀은 앤(Ann)의 뇌 표면에 다른 인터페이스를 설치해 합성 음성과 디지털 아바타의 표정을 제어하도록 했습니다. 앤이 30세였다는 것은 마비를 일으킨 뇌졸중이 발생했을 때의 나이이며, 연구 당시 나이가 아닙니다. 두 연구 모두 이전 시스템보다 사용 가능한 어휘, 해독 속도, 정확도를 개선했습니다.
뇌 질환 연구에 활용되는 AI와 미세전자공학
임플란트를 통한 전기 자극은 비정상적인 신경 활동을 조절해 뇌전증이나 파킨슨병 치료에 도움이 될 수 있습니다. 토론토대학교는 전기·컴퓨터공학자, 임상의, 신경과학자, 재료·데이터 전문가를 모아 더 정밀하고 에너지 효율적인 신경조절 등을 연구하고 있습니다.
연구팀은 딥러닝으로 신호 패턴과 발견하기 어려운 생체지표를 파악해 자극이 필요한 시점을 더 정확히 선택하고자 합니다. 다음은 향후 적용을 검토하는 분야이며, 모두 이미 확립된 치료라는 뜻은 아닙니다.
- 만성 통증
- 우울증
- 치매
- 알츠하이머병
- 수면 장애
Neuralink의 첫 인체 연구
Neuralink는 2023년 미국 FDA로부터 첫 인체 연구를 진행할 허가를 받았습니다. 같은 해 9월에는 담당 윤리심사위원회의 승인을 거쳐 참여자 모집을 발표했습니다. 임상시험 허가는 제품 판매 허가와 다릅니다. 이 실험용 시스템의 평가에는 안전성 문제도 포함되었습니다.
PRIME은 Precise Robotically Implanted Brain-Computer Interface의 약자로, 경부 척수 손상이나 근위축성 측삭경화증으로 마비된 사람을 모집했습니다. 안내문에 따르면 참여와 추적 관찰은 약 6년간 이어집니다. 수술 로봇으로 무선 임플란트의 실을 삽입하고, 뇌 신호를 이용한 컴퓨터 조작에서 안전성과 초기 기능을 평가하는 연구였습니다.
머스크는 자폐, 우울증, 조현병 등에 관한 더 넓은 구상도 밝혔습니다. 이러한 발언은 Neuralink가 해당 상태를 치료할 수 있다는 증거가 아니며, PRIME 연구의 목적도 아니었습니다. 전임상 동물실험 이후 회사는 2023년 첫 인체 연구를 위해 마비된 참여자를 모집하고 있었습니다.
기술 및 과학적 진보
지난 수십 년간 BCI 분야에서는 획기적인 연구가 진행되어 뇌와 컴퓨터 사이에 직접적인 통신 연결 고리를 제공했습니다. 이제 AI는 복잡한 데이터를 분석하고 인간과 유사한 출력을 생성하는 능력으로 이를 한 단계 더 끌어올렸습니다.
초기의 실험용 발화 인터페이스는 느리고 기능이 제한적이었습니다. 신경과학과 연산 기술의 발전은 미래의 의사소통·운동 제어 보조기기에 활용할 수 있는 더 빠른 시스템을 가능하게 했습니다. 그러나 여기서 다룬 발화 임플란트는 여전히 실험 단계였으며, 모든 감각·운동 기능을 회복시키는 상용 AI 임플란트가 이미 판매된다는 의미는 아니었습니다.
이 시스템들은 발화 시도의 신호를 텍스트로 변환합니다. 스탠퍼드 연구에서 단어 오류율 9.1%는 50개 단어로 제한한 어휘 조건의 결과로, 이전의 비교 가능한 발화 BCI보다 오류가 2.7배 적었습니다. 12만 5,000개 단어를 사용하는 더 큰 어휘 조건에서는 오류율이 23.8%였습니다. 속도는 분당 62단어였으며, 자연스러운 대화의 약 160단어보다는 여전히 상당히 느렸습니다.
BrainGate2 임상시험에 속한 이 연구는 순환 신경망으로 발화를 해독했습니다. 별도의 분석에서는 나이브 베이즈 분류기로 입과 얼굴의 33가지 움직임을 92% 정확도로 구분했습니다. 이 수치는 자유로운 문장의 정확도나 모든 얼굴 움직임을 인식하는 순환 신경망의 성능을 뜻하지 않습니다.
신경 신호로부터 행동이나 인지 상태를 해독하는 것이 BCI 연구에 핵심이기 때문에, 딥러닝은 이미지 분할 및 음성 인식과 같은 다양한 머신러닝 작업에서 주요 방법으로 부상했습니다. 그 성공으로 인해 움직임, 말, 시각 등 일반적인 출력 예측에 활용되고 있습니다.
텍사스대학교 오스틴 캠퍼스 연구팀은 비침습적 의미 해독 시스템도 개발했습니다. ChatGPT와 당시 Bard 등에 쓰인 것과 같은 트랜스포머 계열 모델을 활용했습니다. 참여자는 훈련 중 기능적 자기공명영상 장비 안에서 이야기를 들었습니다. 이후 시스템은 새로 듣거나 상상한 이야기의 의미 일부를 담은 텍스트를 만들었지만, 단어를 그대로 정확히 옮기는 전사는 아니었습니다. 개인별 훈련과 참여자의 협조가 필요했으며, 누구의 생각이든 몰래 읽는 보편적 기술은 아니었습니다.
여기서 보듯 AI의 활용은 신경과학 연구에 큰 도움이 되고 있습니다. 그러나 이 급속히 움직이는 분야를 다룰 때 고려해야 할 사항도 있습니다.
다음과 같은 신경 질환 치료를 위한 차세대 블록버스터 치료법에 대해 알아보려면 여기를 클릭하세요.
윤리, 프라이버시 및 안전 고려사항
뇌 인터페이스와 AI의 발전은 도움이 필요한 사람들에게 중요한 가능성을 제공합니다. 동시에 안전성, 사생활 보호, 책임에 관한 문제도 제기합니다.
간단히 말해 AI 시스템은 다른 기술과 마찬가지로 오류와 오작동에 취약하며, 이는 잠재적으로 해로운 결과를 초래할 수 있습니다. 방대한 데이터를 처리하는 복잡한 알고리즘으로 구축된 AI 시스템은 해킹 및 조작에도 취약합니다. 또한 학습 데이터에 내재된 편향으로 인해 차별적 결과가 발생할 수 있습니다.
뇌 활동을 분석하고 신경 데이터를 저장하는 시스템에 대한 투자가 늘자 유네스코는 인권 위험을 경고하며 신경기술에 관한 국제적 관리체계를 촉구했습니다. 시스템이 모든 생각을 자유롭게 읽을 수 있다는 뜻은 아닙니다.
“그 약속은 남용될 경우 인권과 기본 자유에 큰 비용을 초래할 수 있습니다. 신경기술은 우리의 정체성, 자율성, 프라이버시, 감정, 행동 및 전반적인 복지에 영향을 미칠 수 있습니다.”
– 가브리엘라 라모스, 유네스코 사회·인문과학 담당 사무총장보.
유엔 교육·과학·문화기구인 유네스코는 2023년 신경기술을 위한 보편적 윤리체계를 마련하기 시작하겠다고 밝혔습니다.
라모스는 기술이 인간이라는 존재의 본질에 영향을 줄 수 있다는 점을 우려했습니다. 유네스코의 신경기술 혁신 보고서 주저자인 마리아그라치아 스키치아리니는 AI의 가세를 신경기술에 스테로이드를 투여하는 것에 비유했습니다. 이 표현은 발전 속도가 크게 빨라질 수 있음을 강조한 것입니다.
유네스코의 2023년 보고서에 따르면 신경기술의 연간 민간 자금 조달액은 2010~2020년 22배로 늘어 2020년 73억 달러에 이르렀습니다. 특허로 측정한 혁신은 다른 기간인 2000~2020년에 약 20배로 증가했습니다. 기사에는 신경기술 기기 시장이 2027년 240억 달러를 넘을 것이라는 당시의 전망도 제시됐습니다. 이미 달성한 매출을 뜻하는 수치는 아닙니다.
AI를 이용한 뇌 데이터 분석은 정신적 사생활 보호의 중요성을 높입니다. 중국에서는 일부 근로자가 특정 감정 상태를 추정하기 위한 모자를 쓴다는 보도가 있었습니다. 이런 추정이 감정을 완전하고 신뢰성 있게 읽는다는 증거는 아닙니다. 미국의 군 지원 연구는 기기 제어용 인터페이스와 잠재적인 인지·치료 응용 등을 탐색하고 있습니다.
BCI가 사회에 미치는 영향에 대한 윤리적 우려도 제기되고 있습니다. 많은 사람들은 사람들의 뇌에 전례 없는 접근이 디스토피아적 가능성을 현실화할 수 있다고 두려워합니다.
신경 인터페이스를 개발하는 기업과 연구 조직
다음은 뇌·신경 인터페이스 분야의 일부 주요 조직입니다. 기술에는 임플란트뿐 아니라 목적이 서로 다른 비침습적 시스템도 포함됩니다.
1. Neuralink
일론 머스크가 설립한 Neuralink는 신경 활동을 기록해 외부 기기를 제어하는 무선 임플란트를 개발합니다. 2023년 11월 기사는 Founders Fund가 이끈 투자 라운드를 확대한 추가 4,300만 달러 조달을 전했습니다. 피터 틸은 이 펀드의 공동 설립자입니다.
2023년 6월에는 약 50억 달러의 기업가치가 보도됐습니다. Growjo에 제시된 추정 연매출 1억 1,570만 달러는 외부 추정치이며, Neuralink가 발표한 감사받은 매출이 아닙니다. 2023년 11월 미국 의원들은 실험동물 사망에 관한 회사의 발언을 SEC가 조사할 것을 요청했습니다. 기사는 당시 머스크가 상용화까지 수년이 남았다고 예상했다고 전했으며, 승인된 출시 일정은 아니었습니다.
2. Synchron
뉴욕의 Synchron은 혈관을 통해 뇌 신호를 기록해 컴퓨터를 제어하는 인터페이스를 개발합니다. 이는 신경조절 치료가 아니라 의사소통·제어 시스템입니다. 2023년 1월 발표된 SWITCH 연구는 중증 마비 참여자 네 명의 안전성과 실행 가능성을 평가했습니다.
장치는 혈관을 통해 삽입되어 대뇌피질 가까이에서 신호를 기록합니다. 네 명을 12개월 추적한 결과 장치 관련 중대한 이상사례가 보고되지 않았습니다. 모든 부작용이나 위험이 없다는 뜻은 아닙니다. 기사는 CB Insights에 따른 누적 조달액 1억 3,570만 달러와 제프 베조스·빌 게이츠와 관련된 투자자의 지원을 언급했습니다. Growjo의 연매출 3,730만 달러는 외부 추정치로, 회사가 공개한 감사 재무제표로 확인된 수치가 아니었습니다.
3. Blackrock Neurotech
이 비상장 기업은 BCI를 비롯한 신경기술 시스템을 개발합니다. Blackrock Neurotech는 2022년 6월 여러 참여자를 합산한 임플란트 연구의 누적 환자-일수가 3만 일에 이르렀다고 발표했습니다. 한 사람이 3만 일 입원했다는 뜻이 아닙니다. 공동 설립자이자 회장인 플로리안 졸츠바허는 기술을 연구실에서 환자 가정으로 옮길 준비가 됐다고 평가했습니다. 이러한 회사의 견해가 일반적인 판매 허가를 의미하지는 않았습니다.
2021년에는 1,000만 달러를 조달했습니다. 투자자로는 크리스티안 앙거마이어의 re.Mind Capital, 피터 틸, 팀 지버스, Sorenson Impact의 University Venture Fund II 등이 참여했습니다.
4. BrainGate
BrainGate 연구 컨소시엄의 시스템은 약 100개의 전극으로 이루어진 미세전극 배열을 뇌에 이식하는 방식을 사용합니다. 마비된 사람이 신경 신호를 이용해 로봇 팔이나 컴퓨터를 제어하도록 돕는 것이 목적입니다. 사지 마비 환자의 이동 능력, 의사소통, 독립성을 높이는 것을 목표로 합니다.
5. Precision Neuroscience
Precision Neuroscience는 2023년 6월 인간 뇌 신호를 지도화하는 첫 시술을 발표했습니다. 설립자 중 한 명은 과거 Neuralink의 공동 설립자였습니다. Layer 7 Cortical Interface는 뇌 표면에 놓는 머리카락보다 얇은 전극 배열입니다. 수술 중의 일시적인 기록이 장기 이식 장치의 일상적 사용 효과까지 입증한 것은 아니었습니다.
회사는 2023년 1월 4,100만 달러를 조달해 2년이 채 안 되는 기간의 누적 조달액을 5,300만 달러로 늘렸습니다. 두개골의 작은 틈을 통해 인터페이스를 넣는 최소침습 방식 등도 개발하고 있었습니다.
6. Kernel
브라이언 존슨이 설립한 Kernel은 비침습적 Kernel Flow 시스템을 개발합니다. 시간 분해 기능적 근적외선 분광법(TD-fNIRS)으로 뇌 활동과 관련된 변화를 측정합니다.
회사에 따르면 Kernel Flow는 몇 분 만에 준비할 수 있는 휴대용 다중 모드 뇌영상 헤드셋입니다. 혈액 반응의 광학 측정과 EEG를 결합합니다. TD-fNIRS는 뇌 활동과 연결된 혈액 산소화 변화를 측정하며, 임플란트가 아니고 생각을 직접 읽지도 않습니다.
7. Neurable
Neurable은 EEG 기반의 비침습적 인터페이스를 개발합니다. 연구 분야에는 게임과 증강·가상현실에서의 인간-컴퓨터 상호작용 등이 포함됐습니다. 연구용 사용이나 잠재적 임상 응용을 승인된 치료와 혼동해서는 안 됩니다.
8. CTRL-labs
비침습적 신경 인터페이스를 개발하던 이 스타트업은 2019년 Facebook에 인수됐습니다. Facebook은 이후 Meta로 이름을 바꿨습니다. 인수가격은 공식 공개되지 않았으며 언론 추정은 10억 달러까지 제시됐습니다. 2018년에도 공개된 손목 밴드 시제품은 근전도로 손목의 전기적 근육 신호를 측정합니다. 작은 동작과 움직이려는 의도로 기기를 조작하려는 기술이지, 뇌 임플란트로 모든 생각을 읽는 기술은 아닙니다.
미래 전망 및 과제
AI 지원 뇌 인터페이스는 신경과학의 중요한 연구 도구입니다. 특정 치료와 보조기기를 개선할 가능성이 있습니다. 연구 참여자의 결과는 유망하지만, 의미와 적용 범위는 기술과 조사한 용도에 따라 다릅니다.
미국 DARPA의 지원을 받은 연구진은 기분장애 관련 신호와 뇌 네트워크 자극을 연구합니다. 2018년에 소개된 연구는 기분 상태 해독과 개방 루프 자극 등을 다뤘으며, 이는 향후 피드백을 이용하는 폐쇄 루프 시스템으로 가는 단계였습니다. 2017년에 이미 의사 감독 없이 모든 환자를 자동으로 건강한 상태로 되돌렸다는 증거는 아니었습니다.
다른 연구는 의수·의족 제어와 비정상적 신경 활동의 조절 등을 다룹니다. 신경 피드백은 특정 신호를 바꾸는 방법을 배우도록 실시간 정보를 줄 수 있으나, 결과는 용도에 따라 다릅니다. 뇌와 뇌 사이의 통신도 실험적으로 연구됐지만, 생각을 일반적으로 매끄럽게 전달하는 기술은 아닙니다.
치료가 필요하지 않은 사람의 인지 능력 향상도 미래의 가능한 용도로 논의됩니다. 표적 자극은 주의, 기억, 학습과 관련된 일부 기능에 영향을 줄 수 있습니다. 이는 여전히 연구 방향이며, AI 뇌 임플란트의 보편적으로 입증된 능력은 아닙니다.
인간 능력 향상의 가능성에는 접근성과 사생활 보호에 관한 윤리적 질문도 뒤따릅니다.
2022년 발표된 퓨리서치센터 조사에서 미국인의 78%는 인지 능력을 높이는 임플란트를 원하지 않았고, 20%는 원했습니다. 모든 치료 용도를 묻는 질문은 아니었습니다. 이전 조사에서도 약 3분의 2가 집중력과 정보처리를 크게 높이는 칩을 원하지 않았습니다. 10명 중 6명은 사용이 보편화되면 대부분의 사람이 임플란트를 받으라는 압박을 느낄 것이라고 생각했습니다.
인지 능력 향상에 관한 이 질문들에서 52%는 임플란트가 보편화되면 해커의 개인정보 접근이 자주 일어날 것이라고 예상했습니다. 원치 않는 뇌 변화와 장치 고장도 우려했습니다. 또 83%는 기존 의료기기와 같은 기준이 아니라 더 엄격한 시험 기준을 원했습니다.
이는 기술의 가능성과 개인·사회 전체의 건강, 안전, 기본 가치 보호 사이에 균형이 필요함을 보여 줍니다.
10대 최고의 바이오테크 주식 목록을 보려면 여기를 클릭하세요.
결론
언어 모델을 포함한 AI를 이용하는 뇌-컴퓨터 인터페이스는 신경 신호 처리를 개선합니다. 일부 마비 환자가 의사소통하거나 외부 기기를 제어하도록 도운 사례가 나왔습니다. 무제한의 독심술이나 모든 운동 능력의 완전한 회복을 의미하지는 않습니다.
중요한 가능성이 있지만 안전성, 사생활 보호, 윤리적 결과를 신중히 평가해야 합니다. 이익과 위험을 확인하려면 철저한 연구, 투명한 정보 공개, 지속적인 추적 관찰이 필요합니다.
AI 지원 뇌 임플란트에는 여러 잠재적 용도가 있으며 그 영향도 클 수 있습니다.
