캘리포니아 주 샌프란시스코에 있는 한 실험실에서 앤이라는 여성이 거대한 스크린 앞에 앉아 있다. 그 위에는 그녀처럼 보이도록 만들어진 아바타가 있다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 덕분에 Ann이 말하려고 생각하면 아바타가 그녀를 대신해 말하며, Ann 자신의 목소리로도 말한다.

 

2005년에 뇌간 뇌졸중으로 인해 Ann은 거의 완전히 마비되어 말을 할 수 없게 되었다. 지난해 캘리포니아 대학교 샌프란시스코 캠퍼스의 신경외과 의사인 에드워드 장(Edward Chang)은 앤의 뇌 표면, 한때 앤의 신체, 얼굴, 후두를 제어했던 부위 위에 250개가 넘는 전극 그리드를 배치했다. Ann이 특정 단어를 말하는 것을 상상하면서 연구자들은 그녀의 신경 활동을 기록했다. 그런 다음 기계 학습을 사용하여 Ann이 가능하다면 이를 발성하는 데 사용할 각 단어와 얼굴 움직임에 해당하는 활동 패턴을 설정했다.

시스템은 분당 78단어의 속도로 음성을 텍스트로 변환할 수 있다. 이는 이전 BCI 노력에 비해 크게 개선되었으며 이제 일반 음성의 평균으로 간주되는 분당 150단어에 접근한다 1 . 2년 전과 비교하면 Chang은 “밤낮과 같다”고 말한다.

 

추가로 팀은 Ann의 결혼식에서 녹음된 연설을 바탕으로 Ann의 목소리로 큰 소리로 말하도록 아바타를 프로그래밍했습니다. Chang은 이렇게 말한다. “Ann은 자신이 거의 20년 동안 연설을 하고 있다는 느낌을 처음으로 느꼈기 때문에 매우 감정적이었다.

이 연구는 이식형 BCI에 대한 흥미를 높인 2023년 여러 연구 중 하나였다. 또 다른 연구 2 에서도 전례 없는 속도로 신경 활동을 텍스트로 번역했다. 그리고 5월에 과학자들은 자전거 사고로 마비된 남성의 뇌와 척수 사이에 디지털 다리를 만들었다고 보고했다 3 . BCI는 움직이려는 그의 의도를 해독하고 척추 임플란트를 지시하여 다리의 신경을 자극하여 걸을 수 있도록 했다.

 

Chang은 “에너지가 넘치고 매우 신나는 일입니다.”라고 말합니다. "내 생각에 우리는 향후 5년 안에 매우 중요한 문턱을 넘을 것이라고 생각한다. 즉, 원리 증명에서 새로운 치료법이 나오는 것이다."

 

마음을 읽는 기계가 다가오고 있습니다. 어떻게 이를 억제할 수 있을까요?

해당 분야의 기업들도 진전을 보이고 있다. 지난 9월 기업가 Elon Musk가 설립한 신경기술 회사인 Neuralink는 마비를 앓고 있는 사람들을 초대하여 이식형 BCI의 첫 번째 수혜자가 되도록 자원 봉사했다.

그러나 BCI의 상용화 노력은 아직 초기단계이다. 지금까지 시스템은 개인에게 맞춰져 있었지만 상용화에는 확장이 가능한 강력하고 신뢰할 수 있으며 안전한 BCI가 필요하다. 뉴욕 브루클린에 있는 BCI 회사인 싱크론(Syncron)의 CEO인 톰 옥슬리(Tom Oxley)는 “모든 BCI 환자의 집에 박사 학위 엔지니어를 둘 수는 없습니다.”라고 말한다.

 

이식형 장치의 발전과 함께 웨어러블 뇌 판독 장치의 병행 상용 생태계도 성장하고 있다. 이는 이식된 장치보다 훨씬 낮은 해상도로 사용자의 뇌 활동을 측정하여 잠재적으로 정신 건강, 생산성 또는 수면을 향상시키거나 사람들이 컴퓨터와 상호 작용하는 방식을 변화시킨다.

이러한 발전은 함께 신경기술을 안내하고 규제하려는 노력을 가속화하고 있다 . 예를 들어, 이번 달 유네스코 회원국(유엔 문화 및 과학 조직)은 이 기술 사용에 대한 국제 지침과 정책 권장 사항을 개발할지 여부를 투표할 예정이다.

 

진보가 헤드라인을 장식함에 따라 엄청난 주장이 부족하지 않다. 샌프란시스코에 있는 소비자 대상 생물정보학 회사인 EMOTIV는 자사 팀을 "인간 경험의 디코더"라고 설명한다. 2020년에 머스크는 팟캐스트 진행자 조 로건(Joe Rogan)에게 Neuralink의 BCI가 "원칙적으로 뇌에 문제가 있는 거의 모든 문제를 고칠 수 있다"고 말했다.

 

Chang은 "우리는 더 많은 대화를 해야 하며 과장된 광고를 줄이고 실제로 관련된 것에 집중하려고 노력해야 합니다."라고 말했다.

뇌를 해독하다

임플란트든 헤드셋이든 모든 뇌 판독 기술은 동일한 기본 원리로 작동합니다. 즉, 말이나 주의와 같은 기능과 관련된 신경활동(보통 전기 활동)을 기록한다. 해당 활동이 무엇을 의미하는지 해석합니다. 외부 장치를 제어하거나 단순히 사용자에게 정보로 제공하는 데 사용한다.

 

이식된 BCI는 외부 BCI보다 더 많은 정보가 풍부한 뇌 신호를 기록한다. 그러나 이러한 실험 장치는 잠재적인 임상적 이점이 뇌 손상이나 감염의 위험보다 더 큰 사람들만 사용하도록 고안되었다. 이러한 임플란트를 장기적으로 시술받은 사람은 약 50명에 불과하다.

 

베이징에서 열린 한 컨퍼런스 참석자가 뇌-컴퓨터 인터페이스 헤드셋을 시연하고 있다. 출처: Wang Yuguo/신화통신/eyevine

두피에 착용하는 대부분의 장치는 뇌파검사(EEG)라는 일반적인 방법을 사용하여 두개골을 통과하는 작은 전기장을 감지한다. 이는 상당한 양의 뇌에 퍼져 있는 수백만 개의 뉴런의 평균 발화를 반영한다.

 

EEG는 간질과 수면을 모니터링하기 위해 임상적으로 일상적으로 사용되며, 실험실에서는 다양한 뇌 기능을 연구하기 위해 사용된다. 상업적인 노력은 집중, 평온, 동요, 졸음과 같은 심리적 상태를 모니터링하기 위해 EEG 신호를 사용하는 데 중점을 두고 있다.

 

소비자를 대상으로 하는 기업은 아직 '킬러 앱'(판매가 급격하게 증가할 정도로 바람직한 애플리케이션)을 만들지 않았다. 그러나 이식형 장치의 경우 마비 환자의 의사소통이나 자율성을 회복하도록 돕는 매력적인 응용 분야는 분명하다.

임플란트 개선

다양한 기업에서 이식형 BCI를 개발 및 상용화하고 있다. 클리닉과 가장 가까운 곳은 미국의 5개 회사입니다: Neuralink; 동기화; 유타 주 솔트레이크시티의 Blackrock Neurotech; 텍사스주 오스틴의 파라드로믹스; 뉴욕 맨해튼의 Precision Neuroscience. 중국도 이 분야에 막대한 투자를 하고 있으며 유럽 기업도 속속 등장하고 있다.

 

Blackrock Neurotech, Paradromics 및 Neuralink는 뇌의 피질을 관통하여 개별 뉴런을 기록하는 전극 시스템을 개발했다. Paradromics의 CEO인 Matt Angle은 학술 연구에 따르면 더 많은 뉴런이 기록될수록 생각이 더 정확하고 빠르게 해독될 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

 

Blackrock Neurotech 및 Paradromics의 인터페이스는 수백 개의 강성 직선 전극으로 구성된 그리드이며, 여러 어레이를 한 사람에게 이식할 수 있다. Blackrock Neurotech의 어레이는 19년 전에 처음으로 사람에게 장기간 이식되었으며 4 그 이후로 BCI 연구의 중심이 되었다. Paradromics의 어레이는 양을 대상으로 테스트 중이다.

 

 

뇌-컴퓨터 인터페이스 비즈니스 디코딩

지금까지 원숭이를 대상으로 테스트한 Neuralink의 임플란트는 여러 개의 길고 유연한 폴리머 실로 구성되어 있습니다. 여기에는 많은 기록 사이트가 포함되어 있으며 딱딱한 전극 배열보다 피질에 더 깊게 이식됩니다.

반대로, 싱크론(Syncron)과 정밀 신경과학(Precision Neuroscience)은 Chang의 연구에 배치된 것과 같이 뇌 표면에 위치한 전극을 사용합니다. Precision Neuroscience의 공동 창립자인 Ben Rapoport는 “우리의 전체 철학은 뇌를 손상시키지 않는 최소 침습 전극 배치에 관한 것입니다.”라고 말합니다. 여기에는 쉽게 제거할 수 있는 것도 포함된다고 그는 말합니다.

 

Synchron의 BCI에는 단 16개의 전극만 포함되어 있으며 더 많은 대역폭을 추구하는 추세에 맞서고 있습니다. 스텐트로드(stentrode)라고도 불리는 이 장치는 혈관 스텐트와 전극 배열을 혼합한 것입니다. 이는 신경외과 수술 없이 장치를 경정맥을 통해 위로 밀어 올려 사람의 움직임 의도를 결정하는 뇌의 운동 피질 아래에 있는 혈관에 안착시키는 방식으로 이식됩니다.

스텐트로드의 낮은 대역폭은 생각을 해독할 수 없지만 사용자가 스마트폰을 제어할 수 있도록 하여 잠재적으로 혁신적인 자율성 확보를 가능하게 합니다 5 . Oxley는 “무엇을 최적화할 것인지 선택해야 합니다.”라고 말합니다.

 

이들 회사는 초기 단계 임상 활동의 중심지입니다. 올해 Neuralink는 장치에 대한 인간 실험을 시작하도록 승인되었습니다. Precision Neuroscience는 처음으로 인간을 대상으로 전극을 테스트했습니다(뇌종양 제거 수술 중 15분간 기록). 그리고 이제 5개 회사 모두 미국 식품의약국(FDA)으로부터 획기적인 장치 지위(임상 승인을 위한 가속화된 경로)를 획득했습니다.

 

싱크론(Syncron)은 잠재적으로 승인을 얻는 데 가장 가깝습니다. 올해에는 중증 마비 환자들이 집에서 싱크론 시스템을 사용하는 회사의 초기 타당성 조사에 10번째이자 마지막 자원봉사자가 합류했습니다. 9월에 회사는 새로 이식된 스텐트로드 장치를 가진 사람이 소프트웨어 지침에 따라 Synchron 직원의 도움 없이 BCI를 설정하도록 하는 목표를 달성했습니다. 나머지 4개 회사는 향후 타당성 시험을 진행할 예정이다.

 

영국 옥스퍼드 대학의 엔지니어인 Tim Denison(Syncron에 컨설팅을 제공)은 20년 동안 신경기술 분야에서 일해 왔으며 종종 신경정신병적 질환의 치료로서 뇌 자극에 중점을 두었습니다. 데니슨은 장치가 질병의 징후 또는 회복의 징후를 식별할 수 있다면 뇌 판독의 발전이 치료 자극을 안내하는 데 큰 변화를 가져올 수 있다고 말합니다.

 

하지만 데니슨은 오랜 경험으로 인해 조심스러워졌습니다. 어떤 상황에서는 "기대가 매우 높았는데 기술이 구현되지 않았습니다"라고 그는 말했습니다. "그리고 그것은 매우 겸손합니다."

그는 장치를 신뢰할 수 있고 실용적이며 저렴하게 만드는 것이 과학적 진보만큼이나 장치의 성공에 중요하다고 강조합니다. 전 세계적으로 신경외과 의사가 부족한 상황에서 Neuralink가 이룩한 가장 중요한 일 중 하나는 외과적으로 장치를 이식하는 로봇을 만든 것이라고 Denison은 말합니다.

소비자 중심

비침습적 소비자 두뇌 판독 헤드셋 개발자는 다른 장애물에 직면해 있습니다. 현재의 상업 생태계는 상대적으로 확고한 소수의 소규모 기업, 수십 개의 스타트업, 거대 기술 기업의 다양한 연구 부서로 구성되어 있습니다.

 

마비된 사람들이 움직이고, 말하고, 만질 수 있도록 돕는 뇌 판독 장치

"소비자 신경기술의 세 가지 큰 한계는 그들이 취하는 형식, 그들이 제공하는 응용, 그리고 거기서 얻을 수 있는 신호의 품질이었습니다."라고 이 분야의 법학자인 Nita Farahany는 말한다. 노스캐롤라이나 주 더럼에 있는 듀크 대학교의 필드이다.

 

통제된 실험실 조건에서 어느 정도 성공했음에도 불구하고 EEG는 사용자의 생각을 해독할 수 없다. 특히 게임용 일부 제품은 EEG를 사용하여 외부 기술을 제어하지만 현재는 다소 느리고 노력이 많이 드는 프로세스이다.

 

EEG는 누군가의 심리 상태에 대한 일반적인 지표를 제공하는 데 더 좋다. 수면이나 집중 작업과 같은 다양한 상태에서 뉴런의 발사는 서로 다른 주파수의 진동파로 합쳐지는 경향이 있다. 예를 들어, 수면은 느린 델타파로 정의된다. 이완은 중간 세타파와 연관되어 있다. 더 빠른 알파파에 주목하자.

 

많은 애플리케이션은 사용자가 자신의 뇌 상태를 의식적으로 인식하여 이를 변경할 수 있도록 돕는 것을 목표로 한다. 몇몇 회사는 사용자를 더 깊은 명상 상태로 유도하거나 더 집중적이고 생산적인 상태에 들어갈 수 있도록 돕는 헤드밴드, 헤드셋 또는 이어폰과 같은 EEG 감지 제품을 제공한다. 

 

2022년 리버풀 풋볼 클럽은 포츠담에 본사를 둔 독일 신경 기술 회사인 Neuro11이 클럽 선수들이 압박감 있는 상황에서 차분하고 집중된 상태를 달성하는 방법을 배우도록 도왔고 그들의 경기력에도 도움이 되었다고 발표했다. 하지만 연구원들은 다음과 같은 경우 큰 위약 효과가 있을 수 있다고 경고한다. 

 

리버풀 축구 클럽에서 뛰고 있는 트렌트 알렉산더-아놀드는 훈련 세션 중에 전기적 뇌 활동을 감지할 수 있는 헤드셋을 착용하고 있다. 출처: Jon Super/AP 사진/Alamy

일부 제품은 사람의 정신 상태를 바꾸기 위해 뇌파를 직접 조작하는 것을 목표로 한다. 영국 뉴캐슬 대학의 신경과학자 앤드류 잭슨(Andrew Jackson)은 사용자의 EEG를 기록하는 알고리즘을 사용하고 실시간으로 두뇌 활동을 유도하여 휴식이나 집중력을 유도하는 합성 음악을 생성하는 신생 기업인 Neudio를 공동 창립했다. . 예를 들어, 다른 회사들도 수면의 질을 개선하기 위해 유사한 접근 방식을 사용하고 있다.

 

그러나 Farahany는 이 기술이 다른 용도로 주류가 될 것이라고 의심한다. "신경 인터페이스를 실제로 유비쿼터스로 만들 수 있는 방법은 이를 사용하여 기존 주변 장치를 대체하고 가상 현실과 증강 현실에서 사용하는 것이라고 생각합니다."

 

Meta 및 Apple과 같은 회사는 이미 시선추적기술 등이 포함된 헤드셋을 출시하여 보다 몰입감 있는 컴퓨팅 경험으로의 전환을 예고하고 있다고 Farahany는 말한다. 지난 7월, Apple은 Airpods라고 불리는 이어폰에 EEG 센서를 통합하는 특허를 획득했다.

 

소비자 장치가 기록할 수 있는 EEG 신호의 품질(특히 사용자가 움직일 때)과 이것이 애플리케이션을 어떻게 제한하는지에 대한 중요한 질문이 남아 있다. 그러나 이러한 기술은 개인용 컴퓨팅 경험을 향상시키는 새로운 방법 이상의 의미를 가질 수 있다. 그들은 누군가의 뇌 데이터, 심지어 정신적 사생활까지 상품화될 것인지에 대한 의문을 제기한다.

판매용 성역

뇌를 읽는 신경 기술이 가속화됨에 따라 윤리학자와 규제 기관은 이러한 장치가 어떤 고유한 위험을 초래하는지 점점 더 묻고 있다. “뇌는 신체의 또 다른 기관이 아니다. 그것은 인간의 마음을 생성하는 기관이다. 이곳은 우리 정체성의 안식처가 되어야 한다.” 뉴욕 컬럼비아 대학교의 신경과학자인 라파엘 유스테(Rafael Yuste)는 말한다. "그것을 보호해야 합니다. 그냥 들어가서 뇌 데이터를 뱅킹하고 판매할 수는 없습니다."

 

포기됨: 신경기술 실패로 인한 인적 비용

이식된 의료 기술은 윤리적 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 인공지능(AI) 소프트웨어가 사용자의 두뇌 활동을 결정으로 전환하는 데 도움이 된다는 점을 고려할 때 사용자의 선택 의지와 과실 여부에 관한 질문이 있다. 임플란트 제조업체가 운영을 중단하면 사람들에게 어떤 일이 일어날지도 불분명하다. 그러나 일반적인 견해는 기존 의료 규정이 기술 개발 및 사용을 크게 좌우할 수 있다는 것이다. 그러나 소비자 기기의 경우 현재 규정으로 인해 우려스러운 격차가 발생한다고 Farahany는 말한다.

 

3월에 출간된 자신의 저서 The Battle for Your Brain에서 Farahany는 미국 소프트웨어 회사인 BrainCo가 만든 EEG 헤드셋을 사용하여 중국에서 학생들의 주의를 모니터링하는 방법과 여러 국가의 특정 고용주가 학생들의 주의를 모니터링하는 방법을 설명한니다. 직원. 윤리는 상황에 따라 다릅니다. 이러한 추적은 장거리 운전자가 졸음에 빠질 때 이를 알아내는 데 유용할 수 있지만 고용주가 이 기술을 사용하여 직원의 집중력 수준을 관리하는 경우에는 더욱 까다롭다.

 

비평가들은 개인의 사적인 생각을 드러내는 EEG의 능력에 대한 일부 주장이 과장되었으며 사람들의 온라인 행동에서 수집된 데이터가 훨씬 더 많은 것을 드러낸다고 주장한다. 그러나 Yuste는 명백한 행동과 사적인 정신 활동 사이에 엄격한 선을 긋는다. 그는 AI 디코딩과 비침습적 하드웨어의 급속한 발전이 "당신의 정신적인 프라이버시를 위한 싸움을 훨씬 더 시급하게 만든다"고 말했다.

 

Yuste와 Farahany는 신경기술의 오용으로부터 시민을 보호하기 위해 기존 인권 조약을 업데이트해야 한다고 생각한다. Yuste는 신경권(neurorights)이라는 새로운 종류의 권리를 옹호합니다. 그는 이것이 정신적 사생활을 보호할 것이라고 말한다. 성격을 바꾸는 조작을 방지한다. 신경 기술 뒤에 있는 알고리즘의 편견을 방지한다.

 

파라하니는 '인지적 자유'에 대한 더 넓은 권리, 즉 사람들의 마음과 행동을 조작할 수 있는 신경기술과 다양한 디지털 기술로부터의 보호를 주장한다. 여러 조직에서 신경기술을 어떻게 규제해야 하는지 탐구하고 있다. 

 

2019년부터 유네스코, 경제협력개발기구(OECD), 영국 규제지평위원회(UK Regulatory Horizons Council)는 각각 권고사항이나 보고서를 발표했다. 이번 달 유네스코에서 열리는 투표에서는 해당 기관이 신경기술 거버넌스를 위한 광범위한 국제 프레임워크를 생성해야 하는지 여부가 결정될 것이다.

 

그러나 윤리학자들은 궁극적으로 원칙이 법에 명시되기를 원합니다. 한 가지 해결책은 국제 인권 조약을 수정하는 것이다. 유엔 인권이사회는 지난 8월 신경기술을 논의하기 위해 회의를 열었다.

 

칠레는 현재 신경권을 보호하는 법안을 갖고 있는 유일한 국가이다. 2021년에는 신경기술의 문제적 사용을 방지하기 위해 헌법을 변경했다. 올해 신경권을 가장 많이 옹호한 상원의원인 Guido Girardi는 EMOTIV 장치 중 하나를 수입하여 사용한 후 신경 데이터 수집 및 사용에 관한 국가의 규칙을 위반한 혐의로 칠레 대법원에서 EMOTIV를 성공적으로 고소했다.

다른 곳에서는 브라질, 멕시코, 스페인, 호주 정부가 신경기술에 대한 법률 제정 방법을 논의하고 있다.

 

Farahany는 이러한 기술이 대규모로 사용되기 시작한 후에야 발생한 소셜 미디어 및 AI를 규제하려는 시도와 달리 신경기술에 대한 대화가 티핑 포인트 이전에 일어나고 있다는 사실에 고무되었다. "국제적으로 사람들은 올바른 일과 윤리적인 일을 하는 데 관심을 갖는 것 같습니다."