인간의 뇌 안에서 6년까지 지속될 수 있는 새로운 신경 인터페이스...인간과 기계정신 연결의 꿈
인간의 뇌 안에서 6년까지 지속될 수 있는 새로운 신경 인터페이스...인간과 기계정신 연결의 꿈
  • 정의윤 기자
  • 승인 2020.07.30 15:32
  • 댓글 0
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[퓨처타임즈=정의윤 기자] 많은 미래학자들에게 있어 인류의 운명은 우리의 마음을 기계와 결합시키는 데 있다. 하지만 그런 일이 일어나기 전에 우리는 기계와 물리적으로 연결될 필요가 있다. 신뢰할 수 있는 신경 인터페이스를 만드는 데 수반되는 수많은 과제들이 있지만, 가장 큰 과제 중 하나는 내구성이다.

 
뇌파 전위 기록술(EEG)과 같은 접근법을 사용하여 외부적으로 뇌 신호를 읽는 방법이 있지만, 대부분의 전문가들은 뇌가 어떤 일을 하고 있는지 자세히 포착하기 위해서는 우리의 두뇌에 기록 장치를 이식해야 한다는 데 동의한다. 이는 분명히, 그다지 자주 반복하고 싶지 않은 외과적 의료 시술을 수반하기 때문에 이러한 장치들은 상당히 지속될 필요가 있다. 하지만 지금까지 이 장치들은 단지 짧은 시간 동안에만 신뢰할 수 있었다.
 
이제 과학자들은 최대 6년 동안 뇌에서 생존할 수 있는 수천 개의 전극과 초박막, 유연한 신경 인터페이스를 만들어냄으로써 해결책을 마련했다. 이는 상당한 성과인데, 대부분의 인공물질은 주변 조직과 면역계가 반응할 가능성은 말할 것도 없고, 두뇌에 있는 염분과 습한 부식성 환경에서 거부되기 때문이다.
 
듀크 대학의 생명의학 엔지니어이자 이 장치의 발명가 중 한 명인 조나단 비벤티는 보도자료를 통해 "이 센서들을 뇌에서 작동시키려고 하는 것은 유연한 접이식 스마트폰을 바다에 던져놓고 70년 동안 작동하기를 기대하는 것과 같다"고 말했다.
 
핵심은 시스템의 전자 장치와 뇌 사이에 있는 새로운 종류의 장벽이었다. 전극 배열을 이용해 수천 개의 지점을 동시에 기록하는 첨단 신경 이식술은 뇌-기계 인터페이스의 분해능을 크게 향상시켰지만, 일반적으로 전자제품을 캡슐화하는 데 사용되는 재료가 부적합하여 수명이 짧다.
 
과학 번역 의학지에 실린 논문에서, 연구원들은 보다 신뢰도 높은 외장재를 제공하기 위해 마이크로미터보다 작은 실리콘 층을 어떻게 사용했는지를 설명한다. 이 물질은 하루에 0.46나노미터의 속도로 분해되고 생체적합성이 있어, 용해된 물질이 뇌에 어떠한 손상도 입히지 않을 것으로 보인다. 비록 전도성이 없더라도, 전극은 정전용량 감지를 통해 신경 활동을 감지할 수 있다. 이것이 터치스크린에 동력을 공급하는 현상이다.
 
연구팀은 용액의 내구성을 시험하기 위해 쥐의 두뇌 표면에 64개의 전극 신경 인터페이스를 이식했다. 이 인터페이스는 1년 이상 신뢰성을 유지했다. 연구팀은 또한 1,008개의 전극 신경 인터페이스를 만들어 원숭이의 운동 피질에 이식함으로써 접근법이 확장 가능하다는 사실을 보여 주었다. 그들은 작업을 수행하면서 뇌 신호를 성공적으로 기록했다.
 
기록 과정에서 기존 시스템보다 더 많은 잡음에 시달렸지만, 이는 산업 시설이 아닌 연구실에서 제조된 결과 전자제품의 결함 때문일 가능성이 높다는 게 연구진의 설명이다. 그러나 이 접근  방식은 상용 칩 제조 기술과 호환되므로 이러한 결함을 쉽게 해결할 수 있다.
 
그렇게 되면 뇌의 많은 부분을 덮을 수 있는 수백만 개의 전극이 있는 장치까지 확장하여 기록 가능한 정보의 양을 크게 증가시킬 수 있다. 지금까지 연구자들은 뇌 표면에 자리잡은 인터페이스만 연구했지만, 그들의 접근방식은 뇌 조직 깊숙한 곳에 위치한 침투 전극으로 실현이 가능하다고 한다.
 
일론 머스크의 스타트업인 뉴럴링크가 궁극적으로 건강한 인간에게 이식하기를 희망하는 장치를 명시적으로 개발하고 있는 방식이다. 그리고 이 회사는 생체적합성과 내구성에 대한 의문이 남아있지만, 대신에 전도성 중합체로 전극을 만들어 전자제품을 캡슐화하는 문제를 해결했다.
 
아마 가장 유망한 것은, 이 연구의 연구진이 이미 캡슐화 계획에 대한 몇 가지 수정을 확인했기 때문일 것이다. 그들은 그 물질이 인간의 수명을 충분히 유지할 수 있을 정도로 분해되는 속도를 늦출 수 있다고 생각한다. 어쩌면 인간과 기계 정신의 지속적인 연결의 꿈은 그리 멀지 않을지도 모른다.

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