공각기동대가 현실로? 뇌와 컴퓨터가 서로 연결된다 > 과 학

▲ 공각기동대의 한 장면



일본에서 제작된 재패니메이션(재팬 + 애니메이션의 합성어) 가운데 해외에서 의외의 흥행을 올린 작품이 있습니다. 바로 공각기동대가 그 주인공이죠. 90년대 작품답지 않게 (사실 시로 마사무네의 원작은 80년대 작품) 미래를 예언하는 놀라운 통찰력이 있는 걸작으로 손꼽히고 있습니다. 이 작품은 난해한 내용에도 흥행에 성공했을 뿐 아니라 이후 매트릭스 같은 이후에 나오는 작품들에 큰 영향을 미쳤습니다.

공각기동대에 나오는 '전뇌화'(電腦化)란 개념 역시 마찬가지입니다. 이는 뇌 일부를 컴퓨터로 바꾸는 것으로써 뇌와 컴퓨터, 뇌와 네트워크가 직접 연결이 가능한 것은 물론 심지어 가짜 기억을 심거나 의식을 백업할 수도 있는 세상입니다.


물론 이런 세상은 아직 오지 않았지만, 어쩌면 우리는 그 이전 단계에 도달했을지도 모릅니다. 뇌와 컴퓨터를 서로 연결시키는 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer interface, BCI) 연구를 통해 이미 뇌에 장치를 삽입해서 로봇팔을 움직이거나 심지어는 다른 사람의 팔을 움직이는 데 성공하고 있으니까요.

- 사지마비 환자가 '뇌'와 연결된 로봇 팔을 들어올리다

53세 여성인 잔 슈어만 (Jan Scheuermann)은 희소병으로 인해 사지 마비가 온 불행한 환자입니다. 하지만 그녀는 2012년 역사의 주인공이 됩니다. 그녀는 피츠버그 의대 연구팀의 임상 시험에 참가했는데, 그 연구란 뇌에 전극을 삽입한 후 로봇 팔을 자신의 의지로 컨트롤하는 것이었습니다.

96개의 전극을 가진 전자 장치를 뇌에 삽입한 슈어만은 다양한 이미지 트레이닝을 통해서 손을 움직이는 동작을 연습했습니다. 뇌의 전기 자극을 인지한 컴퓨터는 사용자의 의지를 읽어 로봇 손을 작동시켰습니다.

그녀의 목표는 로봇 팔로 초콜릿을 한입 먹는 것이라고 했는데, 이 말은 1년 안에 현실이 되었습니다. 그녀는 모두가 보는 앞에서 누구의 도움도 없이 로봇 팔을 움직여 초콜릿을 먹었습니다. 연구팀은 한 여성에겐 작은 한입이지만 BCI 를 위한 큰 입이다. (One small nibble for a woman, one giant bite for BCI)라고 축하했습니다.

▲ 출처: 피츠버그 의대/UMPC



- 뇌와 뇌를 바로 연결한다

사실 이것은 뇌-컴퓨터 인터페이스의 여러 연구 가운데 하나일 뿐입니다. 뇌에 전극을 삽입하는 번거로운 과정 없이 뇌파를 읽어서 이를 이용해 컴퓨터나 로봇, 드론 등을 조작하는 연구도 같이 진행 중입니다. 워싱턴 대학의 과학자들은 뇌파(EEG)를 측정하는 장치를 이용해서 두개골 안쪽에 장치를 삽입하지 않은 상태에서 신호를 읽어내는 데 성공했습니다. 그런데 이들이 움직인 것은 로봇팔이 아니라 다른 사람의 팔이었습니다.

워싱턴 대학의 라제쉬 라오(Rajesh Rao) 교수는 뇌파 측정 장비를 이용해서 그의 동료인 안드레아 스토코(Andrea Stocco) 교수의 팔을 들어올렸습니다. 스토코 교수의 머리에는 뇌의 운동 피질(motor cortex)을 직접 전기적으로 자극하는 경두개 자기 자극(TMS: transcranial magnetic stimulation) 코일이 장착되어 특정 신호를 받으면 팔을 움직이게 되어 있습니다.




공각기동대의 주인공은 쿠사나기 소령은 전뇌로 네크워크에 접속하는 것은 물론 타인의 의식에도 접속할 수 있습니다. 다른 사람의 뇌 역시 전뇌화가 되어 있으니까요. 그런데 이것 역시 불가능하지 않을지 모릅니다. 이렇게 뇌와 뇌를 연결하는 연구는 BBI(Brain-Brain interface)라고 불립니다. 아직은 초기 단계 연구지만, 이렇게 하면 다른 통신 수단 없이 바로 다른 사람과 생각을 공유하는 시대가 열릴지 모릅니다.

- '생각'으로 글을 쓰는 시대

만약 생각한 내용을 키보드에 쓸 필요도 없이 바로 뇌에서 컴퓨터로 옮겨주는 장치가 있다면 어떨까요? 미래에나 가능할 것 같은 이야기지만, 이미 실험은 시작되고 있습니다. 최근 스탠퍼드 대학의 연구자들은 네이처 메디슨에 새로운 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치인 브레인스게이트2(BrainsGate2)를 공개했습니다. 이 장치는 사지가 마비된 사람들이 몸을 움직이지 않고도 글을 쓰고 의사소통을 할 수 있게 도와줍니다.

브레인스게인트 2는 뇌에 전극을 심는 부분은 이전의 연구와 비슷합니다. 다른 점은 생각으로 단어를 쓸 수 있다는 점입니다. 또 마우스처럼 컴퓨터 상에 포인트를 움직이고 클릭을 할 수 있습니다. 두 명의 루게릭병(ALS) 환자가 이 연구에 참여했는데, 이들은 이 장치를 이용해서 분당 6개의 단어를 쓸 수 있었습니다.

아직 대화를 자유자재로 하는 것은 아니지만, 이전 세대 BCI 장치인 브레인스게이트에 비해서 훨씬 빨라진 속도입니다. 그리고 화면에 있는 커서를 움직이는 데 걸리는 지연 시간은 20ms(밀리 세컨드)에 불과할 만큼 반응속도가 빠릅니다.




- 수십 년 이내로 상용화될까?

위에서 소개한 것은 뇌-컴퓨터 인터페이스에 대한 연구 중 극히 일부입니다. 동물 실험 모델까지 포함하면 관련 연구는 수없이 많습니다. 다만 아직 어떤 것도 상용화 단계에 이르렀다고 보기는 어렵습니다. 대부분 뇌에 전극을 삽입하는 등 위험한 시술을 해야 하는 만큼 실제 상용화 역시 매우 조심스럽고 더 나아가 아직 만족할만한 성능을 보여주는 뇌-컴퓨터 인터페이스가 없기 때문입니다.

하지만 기술의 발전은 매우 빠르고 사지 마비 환자뿐 아니라 여러 장애를 가진 환자를 위한 개발 이유가 충분하므로 앞으로 수십 년 이후에는 공각기동대에서 나오는 전뇌화는 아니더라도 SF 영화에서나 보던 사이보그가 현실이 될지도 모릅니다.

과연 먼 미래에 컴퓨터와 뇌, 그리고 뇌와 뇌가 네트워크로 연결된다면 유토피아가 될까요? 아니면 디스토피아가 될까요? 누구도 장담할 수 없는 일이지만, 어쩌면 그 미래는 생각보다 빨리 올지도 모릅니다.

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