AI 인사이드: 뇌 칩이 인간 진화의 다음 도약을 선도하다

뇌 칩은 더 이상 공상 과학이 아닙니다. 기술 발전 덕분에 현실이 되었으며, 컴퓨터가 뇌 신호를 해독하고 인간의 의도를 추론한 뒤 이를 기계를 통해 직접 실행함으로써 삶을 변화시키고 있습니다.

이러한 시스템은 BCI, 즉 뇌-컴퓨터 인터페이스라고 불리며 뇌 활동 신호를 연구합니다. Neuralink는 이 분야에서 가장 잘 알려진 기업으로, 인간 잠재력을 열어줄 일반화된 뇌 인터페이스를 만들고 있습니다.

하지만 BCI는 1960년대부터 개발되어 왔으며, 최근 AI의 발전이 기적과 같은 성과를 가능하게 하고 있습니다. 이러한 발전은 특히 장애인들을 위한 실용적인 응용 분야에서 큰 도약을 이루었으며, 기술의 진화하는 영향을 보여줍니다.

현재 적용 사례 및 돌파구

BCI 개발은 아직 주로 연구실에 국한되어 있지만, AI의 진화와 함께 장애인들을 위한 BCI 실용성이 시연되는 모습을 보게 되었습니다.

AI 뇌 임플란트가 말하기 및 움직임 복원

전 세계 인구 약 13억 명이 중등도에서 중증 장애를 겪고 있는 상황에서, 인간에 대한 AI 임플란트는 이러한 제한을 완전히 없애기 위해 빠르게 개선되고 있습니다.

스탠포드 대학과 캘리포니아 대학교 샌프란시스코 캠퍼스(UC San Francisco)의 연구원들은 네이처 저널에 발표된 두 연구에서, 그들의 BCI가 마비된 두 여성에게 전례 없는 속도와 정확도로 다시 말할 수 있게 했다고 밝혔습니다. BCI는 말과 관련된 뇌 활동을 읽고 이를 언어 학습 모델에 입력하여, 컴퓨터 생성 음성이나 화면 텍스트로 사용 가능한 말로 출력합니다.

스탠포드 연구원들은 68세 Pat Bennet의 언어 운동 피질에 팝콘 알갱이 크기의 전극 배열을 이식했으며, 이 전극은 그녀가 말할 수 있게 하는 컴퓨터 소프트웨어와 인터페이스합니다. 한편, UCSF 연구팀은 30세 Ann에게(심각한 마비 상태) 디지털 아바타를 통해 말하고 얼굴 표정을 만들 수 있는 능력을 부여했습니다. 두 연구 모두 어휘량, 언어 해독 속도, 말 정확도에서 큰 향상을 기록했습니다.

AI와 마이크로일렉트로닉스를 결합해 뇌 질환과 싸우다

AI와 신경 임플란트는 또한 간질 및 파킨슨병과 같은 질환을 직접 비정상 활동을 조절함으로써 치료하는 데 사용되고 있습니다. 토론토 대학은 전기·컴퓨터 엔지니어와 임상의, 신경과학자, 데이터 물질 과학자를 모아 뇌 건강을 개선하고 대체 치료 경로를 모색했습니다.

딥러닝을 활용해 팀은 심층 정보를 추출하고 숨겨진 바이오마커까지 식별한 뒤, 최적의 시점에 신경 임플란트를 활성화합니다. 향후 신경조절 치료를 이용해 다음을 목표로 할 수 있습니다:

• 만성 통증
• 우울증
• 치매
• 알츠하이머
• 수면 장애

Neuralink의 인간 임상 시험

머스크가 설립한 뇌 칩 스타트업 Neuralink는 마침내 첫 인간 임상 시험을 시작할 승인을 받았습니다. 이전에 미국 식품의약국(FDA)은 최초 인간 임상 시험에 대한 안전 우려를 제기했으며, 이후 독립 심사위원회에서도 승인을 받아 모집을 시작할 수 있게 되었습니다.

Neuralink는 PRIME(정밀 로봇 이식형 뇌-컴퓨터 인터페이스) 연구를 위해 경추 손상이나 근위축성 측삭경화증(ALS)으로 인한 마비 환자를 찾고 있습니다. 약 6년이 소요될 것으로 예상되는 이 시험은 무선 BCI 임플란트를 뇌에 외과적으로 삽입해 환자가 생각만으로 외부 장치를 제어할 수 있는지를 평가합니다.

Neuralink AI 뇌 칩을 통해 머스크는 자폐증, 우울증, 조현병 등 질환을 치료하기 위한 빠른 수술 삽입을 목표로 하고 있습니다. 현재까지는 동물 실험을 진행했으며, 이제는 수백만 명의 삶의 질을 향상시키기 위해 마비된 자원자를 모집하고 있습니다.

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.

언어 임플란트는 마비 등으로 말하기 능력을 잃은 사람들에게 필수적이었지만, 그 속도와 명료성이 매우 낮았습니다. 그러나 신경과학과 현대 컴퓨팅의 획기적인 발전이 결합되면서 감각 및 움직임 기능을 복원하는 상용 AI 칩 임플란트가 가능해지고 있습니다.

오늘날 이 현대 기술의 경이로움은 뇌 신호를 텍스트로 변환해 말할 수 없던 사람들에게 목소리를 제공하고 있습니다. 스탠포드 연구에 따르면, 이 팀은 단어 오류율 9.1%를 기록했으며, 이는 기존 BCI보다 2.7배 더 정확합니다. 이는 분당 62단어를 해독하는 알고리즘을 사용했으며, 대화 수준인 분당 160단어 속도에 근접하고 있습니다. 이 연구는 약 125,000단어의 방대한 어휘 라이브러리를 활용했습니다.

한편, BrainGate2 신경 인터페이스 시스템 시험의 일환으로 진행된 새로운 연구에서는 순환 신경망(RNN)이라는 딥러닝 방식을 사용했으며, 이는 기억, 주의, 지각과 같은 뇌 과정을 모델링하는 데에도 활용됩니다. 이 알고리즘은 신경 신호만으로도 92% 이상의 정확도로 말에 필요한 다양한 얼굴 움직임을 구분했습니다.

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.

다른 사례로, 과학자들은 비침습적 AI 시스템인 의미 디코더를 개발했으며, 이는 ChatGPT와 Google의 Bard를 지원하는 트랜스포머 모델을 일부 사용했습니다. 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스 연구진은 fMRI 스캐너 안에서 여러 시간 동안 팟캐스트를 청취하도록 참가자를 두고 시스템을 훈련시켰습니다. 이후 참가자가 이야기를 듣거나 새로운 이야기를 상상할 때 텍스트 스트림을 생성합니다.

여기서 보듯 AI의 활용은 신경과학 연구에 큰 도움이 되고 있습니다. 그러나 이 급속히 움직이는 분야를 다룰 때 고려해야 할 사항도 있습니다.

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윤리, 프라이버시 및 안전 고려사항

AI 뇌 임플란트가 인간에게 가져오는 삶을 바꾸는 변화 때문에, 신경기술과 AI 뇌 칩은 빠르게 발전하고 있습니다. 그러나 위험이 없지는 않습니다.

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.

사람들의 생각을 읽고 신경 데이터를 저장할 수 있는 AI 기반 프로그램에 대한 투자가 증가함에 따라 유네스코(UNESCO)는 경고를 발령했으며, 이는 신경기술이 인권을 위협하고 전 세계적인 규제가 필요하다고 밝혔습니다.

“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.”

– 유네스코 사회·인문 과학 부총책임관 가브리엘라 라모스(Gabriela Ramos) 발언.

그 결과 유엔의 과학·문화 기관은 신경기술을 위한 “보편적 윤리 프레임워크” 개발을 시작하겠다고 밝혔습니다.

라모스는 기술이 “인간이라는 본질을 바꿀” 수 있다는 점을 우려하고 있으며, 다른 이인 마리아그라치아 스키치아리니(Mariagrazia Squicciarini) 유네스코 보고서의 주요 저자는 AI가 신경기술을 “스테로이드에 넣은 것”이라고 우려하고 있습니다.

추정에 따르면, 2010년대부터 신경기술 기업에 대한 민간 투자는 20배 이상 증가해 2020년에는 73억 달러에 달했으며, 이 기간 동안 신경기술 관련 특허는 266% 급증했습니다. 데이터에 따르면 신경기술 장치 시장은 향후 4년 내에 240억 달러를 초과할 것으로 전망됩니다.

뇌 데이터 해독에 고급 AI 모델이 필요함에 따라 규제 옹호자들은 정신 프라이버시가 그 어느 때보다 시급해졌다고 주장합니다. 중국에서는 근로자들이 감정 상태를 스캔하는 모자를 착용하고 있으며, 이는 이 기술의 광범위한 적용 가능성을 보여줍니다. 미국에서도 군은 이러한 기술을 활용해 정신 능력을 강화하고, 생각으로 물체를 제어하며, 군인의 전투 적합성을 높이는 방안을 탐구하고 있습니다.

BCI가 사회에 미치는 영향에 대한 윤리적 우려도 제기되고 있습니다. 많은 사람들은 사람들의 뇌에 전례 없는 접근이 디스토피아적 가능성을 현실화할 수 있다고 두려워합니다.

AI 뇌 임플란트 분야에서 활동하는 기업들

이제 AI 뇌 칩 분야에서 가장 눈에 띄는 기업들을 살펴보겠습니다:

1. Neuralink

억만장자 기업가 머스크가 설립한 이 회사는 뇌파를 읽을 수 있는 무선 임플란트를 개발하고 있습니다. 최근 Neuralink는 피터 틸(Peter Thiel)의 파운더스 펀드가 주도한 추가 4,300만 달러를 모금했다고 발표했습니다.

지난 6월에 이 회사는 약 50억 달러의 가치를 평가받았으며, 연간 추정 매출은 1억 1,570만 달러였습니다. 2023년 11월, 미국 의원들은 동물 실험 중 사망 사례에 대한 정보를 누락했다는 이유로 SEC에 Neuralink 조사를 요청했습니다. Neuralink 뇌 칩 출시 시기에 관해 머스크는 아직 수년이 남았다고 말했습니다.

2. Synchron

뉴욕에 기반을 둔 Synchron은 이식 가능한 혈관내 신경조절 치료를 제공하는 것을 목표로 합니다. 올해 초, 이 회사는 중증 마비 환자를 대상으로 Synchron Switch의 효능과 실현 가능성을 평가한 연구 결과를 발표했습니다.

이 장치는 뇌 혈관에 삽입되어 장기간 신경 신호를 전송하지만 부작용이 없습니다. Synchron은 베조스와 게이츠의 지원을 받으며, CB Insights에 따르면 총 1억 3,570만 달러를 모금했습니다. 연간 추정 매출은 3,730만 달러입니다.

3. Blackrock Neurotech

이 비상장 기업은 BCI 시스템을 포함한 신경기술 솔루션으로 알려져 있습니다. 지난해 Blackrock Neurotech는 입원 환자 BCI 연구에서 30,000일이라는 사상 최고 기록을 발표했으며, 공동 설립자이자 회장인 Florian Solzbacher는 “기술이 실험실을 벗어나 환자 가정으로 옮겨갈 준비가 되었다”고 말했습니다.

2021년에는 1,000만 달러의 자금을 확보했으며, Christian Angermayer의 re.Mind Capital, 피터 틸, Tim Sievers, Sorenson Impact의 University Venture Fund II 등 고위 투자자들을 끌어들였습니다.

4. BrainGate

BrainGate 연구 컨소시엄은 100개의 뾰족한 전극 클러스터를 포함한 뇌 임플란트를 개발했으며, 이는 외과적으로 뇌에 삽입됩니다. 이 BCI 시스템은 마비 환자가 생각만으로 로봇 팔이나 컴퓨터를 제어하도록 설계되었습니다. BrainGate의 궁극적인 목표는 사지 마비 환자에게 이동성, 의사소통 및 독립성을 회복시키는 것입니다.

5. Precision Neuroscience

6월에 Neuralink 공동 설립자가 설립한 Precision Neuroscience는 인간 뇌 신호를 매핑하기 위한 첫 임상 연구를 수행했습니다. 이들의 대표 BCI 시스템인 Layer 7 Cortical Interface는 전극 배열이며 인간 머리카락보다 얇습니다.

올해 초, 두개골 미세 절개 기술을 이용해 최소 침습 BCI 임플란트를 구축하려는 이 회사는 4,100만 달러를 모금했으며, 2년 미만 동안 총 자금이 5,300만 달러에 이르렀습니다.

6. Kernel

Bryan Johnson이 설립한 이 회사의 비침습 BCI 기술은 “Kernel Flow”라고 불리며, 시간 영역 기능성 근적외선 분광법(TD‑fNIRS)을 사용해 뇌 활동을 모니터링합니다.

웹사이트에 따르면 Kernel Flow는 휴대 가능하고 다중 모드 신경영상 헤드셋으로, 설치에 몇 분밖에 걸리지 않습니다. 이 헤드셋은 고해상도 광학 혈류역학 이미징과 EEG 측정을 결합해 포괄적인 통찰을 위한 다중 모드 데이터를 제공합니다.

7. Neurable

이 회사는 임상 및 게임용 BCI 시스템을 제공합니다. 비침습적 EEG 기반 BCI 기술은 AR 및 VR 환경에서 인간-컴퓨터 상호작용을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

#8. Ctrl-labs

비침습 신경 인터페이스 기술을 개발하는 스타트업으로, 마크 저커버그의 Meta(전 Facebook)에 약 10억 달러 규모의 거래로 인수되었습니다. 2018년에는 BCI용 전극이 부착된 손목 밴드를 출시했습니다. Meta의 궁극적인 목표는 사람들에게 생각만으로 키보드 등을 제어할 수 있는 능력을 제공하는 것입니다.

미래 전망 및 과제

AI 뇌 임플란트는 신경과학에서 강력한 도구로 부상했으며, 뇌에 대한 이해를 혁신하고 치료법을 혁신할 잠재력을 가지고 있습니다. 기술이 이미 손실된 기능 복원에서 큰 성공을 거두고 있지만, 그 의미는 훨씬 더 큽니다.

미국 군이 자금을 지원하는 연구자들은 뇌 신호를 포착하고 자율적으로 신경 경로를 활성화해 정신 건강 장애를 치료하는 시스템을 개발하고 있습니다. 2017년에 시작된 ‘폐쇄 루프’ 뇌 임플란트의 초기 시험에서는 기분 장애와 관련된 패턴을 감지하고, 의사 없이 뇌를 건강한 상태로 전기 충격을 주어 회복시켰습니다.

감각 기능 복원 외에도 뇌 칩은 의수·의족 제어와 비정상적인 뇌 활동 치료에 도움을 줍니다. 또한 실시간 신경 피드백을 통해 개인이 자신의 정신 상태를 더 잘 제어하고 감정 및 행동을 적극적으로 조절할 수 있습니다. 연구자들은 뇌-뇌 통신 가능성을 탐구하여 직접적이고 원활한 정보 교환을 시도하고 있습니다.

AI 칩이 풍경을 진정으로 바꿀 또 다른 방법은 인지 능력을 향상시키는 것입니다. 이 기술은 치료적 필요가 없는 사람들에게도 뇌 기능을 보강하는 데 사용될 수 있습니다. 특정 뇌 영역에 직접 인터페이스하고 자극함으로써 집중력, 기억력, 학습 능력을 강화할 가능성이 있습니다.

이러한 칩이 인간 증강을 위한 새로운 길을 열어주지만, 접근성 및 프라이버시와 관련된 윤리적 고려사항을 해결하는 것이 필수적입니다.

Pew Research Center의 2022년 조사에 따르면, 미국인 78%는 컴퓨터 칩 임플란트를 원하지 않는다고 답했으며, 관심 있는 사람은 20%에 불과했습니다. 이는 5년 전, 미국인 2/3이 “집중력 및 정보 처리 능력 향상을 위한 칩”을 원하지 않는다고 답한 것과 크게 달라지지 않았습니다. 그러나 AI 뇌 칩 사용이 보편화될 경우, 미국 성인 60%는 대부분의 사람들이 임플란트를 받도록 압박받을 것이라고 생각합니다.

컴퓨터 칩 임플란트와 관련된 잠재적 문제에 대해 52%는 해커가 사람들의 정보를 탈취하는 것을 우려했으며, 뇌와 칩의 원치 않는 변화 및 오작동도 주요 이슈로 꼽혔습니다. 이러한 위험을 인식한 83%의 미국인들은 의료 기기보다 더 높은 기준으로 임플란트를 테스트하기를 원합니다.

이는 AI 뇌 칩의 놀라운 잠재력을 활용하면서도 개인과 사회 전체의 건강, 안전, 핵심 가치를 보호하기 위해 적절한 균형이 필요함을 보여줍니다.

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결론

언어 학습 AI가 지원하는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 뇌 데이터를 놀라운 속도로 처리하여 장애인들이 말하고 움직일 수 있게 합니다. 심지어 생각을 읽는 임플란트도 이제 현실에 한 걸음 더 다가왔습니다.

기술이 엄청난 가능성을 가지고 있는 반면, 인간에 대한 AI 칩의 윤리·프라이버시·안전 위험도 신중히 고려해야 합니다. 기업은 엄격한 테스트를 적용하고 완전한 투명성을 제공하며 지속적인 모니터링을 수행하고 윤리 지침을 준수함으로써 기술의 진정한 잠재력을 활용해야 합니다.

전반적으로 AI 기반 뇌 칩의 잠재적 적용 분야는 방대하며, 그 의미는 깊습니다.

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