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[뉴럴링크 BCI][뉴럴링크(Neuralink) 뇌-기계 인터페이스 BCI] 뉴럴링크(Neuralink)의 격렬하게 기대되는 새로운 뇌 이식은 과대 광고일까? 아니면 과학의 진보일까?

박영숙세계미래보고서저자 | 기사입력 2020/09/03 [06:36]

[뉴럴링크 BCI][뉴럴링크(Neuralink) 뇌-기계 인터페이스 BCI] 뉴럴링크(Neuralink)의 격렬하게 기대되는 새로운 뇌 이식은 과대 광고일까? 아니면 과학의 진보일까?

박영숙세계미래보고서저자 | 입력 : 2020/09/03 [06:36]

[뉴럴링크(Neuralink) 뇌-기계 인터페이스 BCI] 뉴럴링크(Neuralink)의 격렬하게 기대되는 새로운 뇌 이식은 과대 광고일까? 아니면 과학의 진보일까? 시연에서 가장 인상적인 부분은 언젠가 뇌-기계 인터페이스가 잠재적으로 무엇을 할 수 있을지에 대한 높은 예측이 아닐 것이다. 어떤 의미에서 우리는 이미 거기에 와 있다. 오히려 눈에 띄는 것은 재 설계된 링크 장치 자체였다.

 
▲ 이미지 출처: Neuralink

지난 금요일 뉴럴링크(Neuralink)의 대망의 데모는 답보다 더 많은 질문을 남겼다. 약속과 비전으로 가득 차 있지만 데이터가 부족한 프레젠테이션을 통해 이 이벤트는 신비한 뇌 이식 회사의 성장을 촉진하기 위한 기억에 남는 뉴럴링크 직원채용 세션이라는 주요 목표를 달성했다.

 

4년 전 Elon Musk의 지원으로 시작된 뉴럴링크(Neuralink)는 뇌의 전기신호를 원활하게 수신하는 동시에 전기 펄스로 뇌에 "쓰기"하는 미래형 신경 인터페이스를 개발하고 있다. 그러나 실리콘밸리 기준에 따라 회사는 모든 제조, 연구 및 동물 실험을 사내에서 수행하면서 진행 상황을 굳건히 유지해 왔다.

 

생물학적 두뇌와 인공 두뇌를 결합하는 비전은 뉴럴링크(Neuralink)에만 국한되지 않는다. 지난 10년 동안 뇌-기계 인터페이스에서 폭발이 일어났다. 일부는 뇌에 이식되고 일부는 말초 신경에 이식되거나 일부는 헬멧처럼 두개골 외부에 있다. 이 모든 장치의 기본 아이디어는 간단하다. 뇌는 대부분 전기 신호로 작동한다. 뇌의 내부 언어인 이러한 수수께끼의 "신경 코드"를 활용할 수 있다면 우리는 잠재적으로 우리 마음의 건축가가 될 수 있다.

 

마비 환자가 다시 걸을 수 있게 하는가? 확인하고 완료했다. 마음으로 로봇 팔다리를 제어하는가? 그렇다. 우울증과 싸우기 위해 신경 신호를 다시 쓰는가? 지금 인간에게. 단순한 기억 뒤에 숨은 전기적 활동을 "기록"하고 재생하는가? 인간의 시련이 계속되고 있다. 인간의 마음을 BrainNet에 연결하여 인터넷을 통해 Tetris와 같은 게임을 공동으로 작업하는가? 가능하다.

 

이러한 배경을 감안할 때 시연에서 가장 인상적인 부분은 언젠가 뇌-기계 인터페이스가 잠재적으로 무엇을 할 수 있을지에 대한 높은 예측이 아닐 것이다. 어떤 의미에서 우리는 이미 거기에 있다. 오히려 눈에 띄는 것은 재 설계된 링크 장치 자체였다.

  

두뇌를 위한 핏비트

 

작년 뉴럴링크(Neuralink) "커밍 아웃"파티에서 회사는 귀 뒤쪽에 착용하는 세련된 상아 처리장치가 있는 무선 신경 임플란트를 구상했다. 임플란트 자체의 전극은 혈관을 피하고 뇌출혈을 줄이기 위해 뇌 영상 기술에 의존하는 자동화 로봇 수술을 통해 뇌에 "바느질"된다.

 

Musk는 그 디자인의 문제점은여러 조각이 있고 복잡했다. 귀에서 무언가 가 나오기 때문에 여전히 완전히 정상적이지 않을 것이다.”고 했다.

 

지난주 이벤트의 프로토타입은 완전히 다른 물리적 외관으로 나왔다. 큰 동전 크기의 이 장치는 두개골의 작은 덩어리를 대체하고 주변 두개골 물질과 같은 높이에 위치한다. 뇌 내부에 이식된 전극은 이 국소장치와 연결된다. 머리카락으로 가려지면 임플란트가 보이지 않는다.

 

Musk는 로봇이 동시에 두개골 조각을 제거하고 전극을 꿰매고 사라진 두개골 조각을 장치로 교체할 수 있는 외래 치료를 구상하고 있다. 팀에 따르면 링크는 두개골과 유사한 물리적 특성과 두께를 가지고 있어 대체품을 일종의 복사 및 붙여 넣기로 만든다. 삽입되면 링크는 "초 접착제"로 두개골에 밀봉된다.

 

Musk "지금 당장 뉴럴링크(Neuralink)를 사용할 수 있었는데 당신은 그것을 모를 것이다."고 말했다.

 

이처럼 작은 장치를 위해 팀은 훌륭한 기능을 포함했다. “링크장치에는 1,000 개 이상의 채널이 있으며 개별적으로 활성화할 수 있다. 이는 Allen Institute for Brain Science를 포함하여 현재 연구에 널리 사용되는 960개의 녹음 채널이 있는 신경 프로브의 핵심인 신경화합물과 동등하다.

 

전극이 256개뿐인 인간의 뇌 자극에 사용되는 전설적인 임플란트 시스템인 Utah Array와 비교할 때 링크는 순수한 전극 밀도 측면에서 명백한 우위를 점하고 있다.

 

그러나 가장 인상적인 것은 신경 스파이크(뉴런이 발사될 때 생성되는 전기적 패턴)에 대한 온-보드 처리이다. 전기 신호는 뇌에서 상당히 혼란스럽고 잡음에서 스파이크를 필터링하고 전기 활동을 스파이크로 분리하려면 일반적으로 상당한 처리 능력이 필요하다. 이것이 실험실에서 신경 스파이크가 일반적으로 온-보드 전자 장치가 아닌 컴퓨터를 사용하여 오프라인으로 기록되고 처리되는 이유이다.

 

이식된 장치에서 외부 스마트폰으로 무선 데이터 전송을 고려할 때 문제는 더욱 복잡해진다. 이러한 신경 데이터를 정확하고 효율적으로 압축하지 않으면 전송이 엄청나게 지연되거나, 배터리 수명이 소모되거나, 기기 자체가 가열될 수 있다. 이는 두개골 안에 갇힌 기기에 발생하고 싶지 않은 일이다.

 

이러한 문제를 해결하기 위해 팀은 스파이크처럼 보이는 전기 패턴의 "특징적인 형태"를 사용하여 개별 신경 발화를 효율적으로 식별하는 알고리즘을 연구해 왔다. 데이터는 두개골 장치 내부의 칩에서 처리된다. 각 채널의 녹음은 필터링 되어 명백한 노이즈를 제거하고 스파이크를 실시간으로 감지한다. 다른 유형의 뉴런은 스파이크의 특징적인 방식을 가지고 있기 때문에(, 스파이크의 "모양"이 다양하기 때문에) 찾고 있는 특정 스파이크를 감지하도록 칩을 구성할 수도 있다. 이것은 이론적으로 칩이 관심있는 뉴런 활동의 유형만 캡처하도록 프로그래밍 될 수 있음을 의미한다. 예를 들어 피질의 억제 뉴런과 신경 정보 처리를 제어하는 방법을 살펴본다.

 

이러한 처리된 스파이크 데이터는 블루투스를 통해 스마트폰 또는 기타 외부 장치로 전송되어 무선 모니터링이 가능하다. 이를 효율적으로 수행할 수 있다는 것은 무선 뇌 이식 분야에서 걸림돌이 되었다. 원시신경 기록은 효율적인 전송을 하기에는 너무 방대하며 자동 스파이크 감지 및 데이터 압축은 어렵다. 그러나 신경 인터페이스가 마침내 "전선을 절단"할 수 있도록 하는 데 필요한 단계이다.

 

링크에는 다른 인상적인 기능이 있다. 하나의 경우 배터리 수명이 하루 종일 지속되고 장치는 유도 충전을 사용하여 야간에 충전할 수 있다. 이후 팀과의 대화에서 충전기가 장치와 정렬된 시기를 추적하는 데 도움이 되는 정렬 표시등이 있는 것 같다. 뿐만 아니라 링크 자체에는 과열을 모니터링하는 내부 온도 센서가 있으며 온도가 특정 임계 값 이상으로 상승하면 자동으로 연결이 끊어진다. 이는 주변 두개골 조직이 과열되지 않도록 매우 필요한 안전 조치이다.

 

내재된 긴장

 

시연이 시작될 때부터 신경공학에서 가능한 것과 뇌를 이해하는 데 필요한 것 사이에 긴장이 부족했다.

 

창립 이래 뉴럴링크(Neuralink)는 항상 전극 번호에 매료되었다. 장치의 채널 번호를 높이고 동시에 기록할 수 있는 뉴런의 수를 늘리는 것이다

 

이 행사에서 Musk는 자신의 목표가 기록된 뉴런의 수를 "100, 1,000, 10,000"로 늘리는 것이라고 말했다.

 

하지만 여기에 문제가 있다. 신경과학이 우리의 사고 과정 뒤에 있는 신경코드를 점점 더 이해하고 있기 때문에 더 많은 전극이나 더 많은 자극된 뉴런이 항상 더 좋은 것은 아니라는 것이 분명하다. 대부분의 신경회로는 '희소 코딩'을 사용한다. 자연적인 발화를 모방하는 방식으로 자극을 받으면 소수의 뉴런만이 시각적 또는 후각 감각을 인위적으로 유발할 수 있다. 광 유전학(빛으로 뉴런을 자극하는 기술)을 통해 과학자들은 이제 회로에서 몇 개의 핵심 뉴런을 표적으로 삼아 기억을 받아들일 수 있다는 것을 알고 있다. 필연적으로 흉터를 유발하는 수많은 전선을 뇌에 꽂아서 수십만 개의 뉴런을 찌르는 것이 반드시 도움이 되는 것은 아니다.

 

공학과 달리 뇌에 대한 해결책은 더 많은 채널이나 임플란트가 아니다. 오히려 신경코드를 해독하는 것이다. 어떤 행동을 생성하기 위해 어떤 순서로 자극해야 하는지 아는 것이다. 신경자극에 대한 주장에도 불구하고 이 사건에서 나타난 유일한 데이터는 뇌 조직을 전극으로 재핑한 후 2광자 현미경을 사용하여 신경 활성화를 이미지화 한 마우스 뇌의 한 부분에서 발사하는 뉴런뿐이라고 말할 수 있다. 어떤 정보가 있다면 실제로 뇌에 "기록"되고 있을까? 신경회로가 어떻게 작동하고 어떤 순서로 작동하는지에 대한 아이디어 없이, 장치 자체가 아무리 멋지더라도 뇌를 전기로 찌르는 것은 아름다운 멜로디를 작곡하기보다는 피아노의 모든 키를 한 번에 두드리는 것과 비슷하다.

 

물론 문제는 뉴럴링크(Neuralink) 자체보다 훨씬 크다아마도 뇌의 미스터리를 풀기위한 다음 개척지일 것이다. 그들의 신용으로, 뉴럴링크(Neuralink) 팀은 전극 삽입으로 인한 뇌 손상 가능성을 조사했다. 전류 전극의 주된 문제는 뇌가 결국 비 뉴런세포를 활성화하여 전극 주변에 절연 덮개를 형성하여 기록해야 하는 뉴런에서 봉인한다는 것이다. 내가 이야기 한 일부 직원에 따르면, 지금까지 적어도 두 달 동안 전극 주변의 흉터는 최소화되었지만 장기적으로 두피에 흉터 조직이 쌓일 수 있다. 이것은 전극 나사산을 제거하기 어렵게 만들 수 있으며, 여전히 최적화가 필요한 부분이다.

 

그러나 2개월은 Musk가 제안하는 것의 일부일 뿐이다. 업데이트 할 수 있는 하드웨어를 갖춘 10년 동안의 임플란트이다.

 

팀도 거기에 답변을 할 수 있다. 임플란트 전체를 제거하는 대신 스레드를 뇌 내부에 두고 처리 칩이 포함된 링크 장치인 상단 캡만 제거하는 것이 잠재적으로 유용할 수 있다. 팀은 이제 완전히 제거하고 다시 이식할 수 있는 가능성을 모색하면서 아이디어를 시도하고 있다.

 

미래 비전

 

타당성을 증명하기 위해 팀은 3마리의 사랑스러운 돼지를 뽑았다하나는 이식하지 않고, 하나는 링크가 있고, 다른 하나는 이식하고 제거했다. 현재 주둥이와 관련된 부위에 임플란트를 이식한 돼지인 거트루드는 펜 주위를 돌아다니며 주둥이를 다양한 음식과 건초에 꽂고 취급자에게 부딪히는 동안 일련의 전기 딱딱 소리로 내부 신경 발사를 방송했다.

 

돼지가 놀랐다. 나를 포함한 대부분의 기자들은 인간이 아닌 영장류를 기대하고있었다. 그러나 돼지는 좋은 선택처럼 보인다. 첫째로, 그들의 두개골은 인간의 두개골과 밀도와 두께가 비슷하다. 또 다른 예로는 스마트 쿠키이다. , 임플란트가 운동 피질에서 기록하여 각 관절의 움직임을 예측하는 동안 러닝머신을 걷도록 훈련시킬 수 있다. 임플란트가 움직임, 선호도 또는 판단에 영향을 미치고 있음을 보여주기 위해 돼지가 더 복잡한 테스트 및 행동에 대해 훈련을 받을 수 있다.

 

현재 팀은 돼지 피질(: 운동 피질)의 표적 자극이 근육을 작동시킬 수 있다는 공개 데이터를 아직 가지고 있지 않다. (이 중 일부는 더 높은 자극 강도가 필요하기 때문이라고 들었는데, 아직 미세 조정 중이다.)

 

프로토 타입으로 발표되었지만 링크가 아직 실험적이라는 것은 분명하다. 이 팀은 FDA와 긴밀히 협력하고 있으며 7월에 획기적인 장치 지정을 받았으며, 이는 하반신 마비 및 사지 마비 환자를 치료하기위한 인체 실험의 길을 열 수 있다. 하지만 Musk가 작년에 약속했듯이 2020년 말까지 시험이 올지 여부는 아직 밝혀지지 않았다.

 

일반적으로 뇌 질환에 초점을 맞추는 다른 뇌-기계 인터페이스 회사보다는 Musk가 링크를 완벽하게 건강한 인간을 증강시킬 수 있는 것으로 상상하고 있음이 분명하다. 두개골 일부를 외과적으로 제거해야 한다는 점을 감안할 때, Musk의 스타 파워와 자연시력, 기억재생 또는 "세 번째 인공 층"을 강화하려는 그의 비전이 있더라도 일반인을 위한 설득력 있는 판매라고 말하기는 어렵다. 인공지능과 우리를 연결하는 두뇌. 그리고 팀은 실제 스파이크 흔적이 아니라 돼지의 신경 발화에 대해 매우 압축된 보기만 보여주었기 때문에 전극이 실제로 얼마나 민감한 지 정확하게 측정하기가 어렵다.

 

마지막으로, 현재 전극은 뇌의 가장 바깥 쪽 층인 피질에서만 기록할 수 있다. 이로 인해 기억, 중독, 감정 및 여러 유형의 정신 질환을 포함한 더 깊은 뇌 회로와 기능이 테이블에서 벗어난다. 팀은 전극이 더 깊은 뇌 영역에 도달하기 위해 길이를 늘릴 수 있다고 확신하지만 미래를 위한 작업이다.

 

뉴럴링크(Neuralink)는 갈 길이 멀다. 하지만 Musk의 영향력을 가진 누군가가 사람들을 도울 수 있는 빠르게 진화하는 신경 기술을 옹호하는 것은 매우 귀중하다. 방송이 끝난 후 내가 계속했던 대화 중 하나는 누군가 내게 두개골을 뚫고 수술 중에 살아있는 뇌를 보는 것이 어떤 것인지 묻는 것이었다. 나는 어깨를 으쓱하고 그것은 단지 뼈와 조직이라고 말했다. 그는 "그래도 볼 수 있다면 너무 멋질 것이다."고 아쉬운 마음으로 대답했다.

 

수년 또는 수십 년 동안 신경 과학이 사람들에게 가져다주는 경이를 잊기 쉽다. 뉴럴링크(Neuralink)의 데이터에 눈을 돌리고 "정말 신경과학자들이 10년 넘게 동물과 심지어 인간 내부에서 발사되는 살아있는 뉴런에 귀를 기울이고 있다."라고 생각하기 쉽다. 링크가 학계에서 개발된 최첨단 신경 프로브와 어떻게 비교되는지에 대해 여전히 회의적이지만, 비교적 소규모의 리더십 팀이 지난 1년 동안 얼마나 많은 성과를 거두었는지 에는 감명받았다. 뉴럴링크(Neuralink)는 시작에 불과하며 높은 목표를 향해 가고 있다. Musk의 말을 인용하면 다음과 같다. "여기에서 널리 사용 가능하고 저렴하며 안정적인 장치로 이동하려면 엄청난 양의 작업이 필요하다."

 

 

 
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