실험에 참여한 사지마비 환자 중 한 명이 연구팀이 던진 질문에 답하기 위해 자신이 직접 만든 문장을 자신의 속도에 맞춰 생각으로 타이핑하는 모습. 미국 매사추세츠 종합 병원 제공

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

생각을 행동으로 출력하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술은 현재 전 세계적으로 임상 단계에 진입했다는 평가를 받는다. 실제로 일론 머스크의 뉴럴링크, 싱크론, 중국의 뉴라클 뉴로사이언스가 상용 이식형 BCI 기술 승인을 목표로 임상 시험을 진행 중이다. 인공지능(AI) 기술과의 결합도 기대되는 유망 기술이다.

이런 가운데 미국 매사추세츠 종합병원 신경과, 하버드대 의대 신경학과, 브라운대 뇌과학 연구소, 재향군인부(VA) 프로비던스 보훈 의료원. 캘리포니아 데이비스대(UC 데이비스) 의대 신경외과, 스탠퍼드대 컴퓨터과학과, 스탠퍼드 신경과학 연구소, 하버드-MIT 보건과학기술 연구부 공동 연구팀은 키보드 타이핑을 할 때 발생하는 뇌 활동을 실제 텍스트로 변환할 수 있는 장치를 개발했다. 이번 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 신경과학’ 3월 17일 자에 실렸다.

기존 연구들에서 BCI 기술은 커서 이동, 발화 시도해독, 손 글씨 해독 등의 방식으로 의사소통을 보조할 수 있음이 입증된 바 있다. 그러나 많은 사용자는 표준 쿼티(QWERTY) 키보드 방식의 인터페이스가 더 적합할 수 있다.

이에 연구팀은 새로운 BCI 인터페이스를 개발하고 각각 근위축성 측삭경화증(ALS), 경추 척수 손상으로 사지마비가 된 환자 2명을 대상으로 장치를 대뇌 피질에 이식하고 임상 시험을 했다. 연구팀은 실험 참가자들이 쿼티 키보드를 타이핑하는 손가락 동작을 시도하는 동안, 수의 운동에 관여하는 뇌 영역인 중심앞이랑(precentral gyrus)에 이식된 전극으로 뇌 활동을 기록했다. 이를 바탕으로 인공지능 딥러닝 신경망을 학습시켜 참가자들이 입력하려는 문자를 예측하도록 했다.

그 결과 참가자 중 한 명은 분당 최대 110자(22단어)를 입력할 수 있었다. 이는 비장애인 스마트폰 사용자 속도의 81%에 해당하며 단어 오류율도 1.6%에 불과했다. 다른 한 명은 분당 최대 47자를 입력했다. 이 장치는 불과 30개의 연습 문장만으로도 효과적으로 작동했다.

기존 BCI 기술에서 쓰이는 손 글씨 방식은 손 글씨가 익숙한 세대에는 유리하지만, 요즘처럼 키보드나 스마트폰에 익숙한 사람들에게는 쿼티 방식이 훨씬 직관적이다. 새로운 동작 패턴을 익힐 필요 없이 이전에 했던 타이핑 동작을 그대로 활용하기 때문에 범용성과 친숙도가 높다. 동시에 30개 연습 문장만으로도 시스템이 작동한다는 점에서 이전 BCI 기술보다 학습 진입장벽이 낮다는 장점이 있다.

연구를 이끈 저스틴 주드 매사추세츠 종합병원 박사는 “이번에 개발한 장치는 마비 환자들이 빠르고 정확하게, 그리고 더 편리하게 의사소통할 수 있도록 도울 잠재력을 지니고 있으며 시선 추적 시스템처럼 마비 환자들이 흔히 사용하는 기존 의사소통 수단보다 더 친숙하고 배우기 쉬운 대안이 될 수 있을 것”이라며 “음성-텍스트 변환 시스템과 달리, 이 장치는 의사소통의 프라이버시를 어느 정도 보장할 수 있다는 점도 장점”이라고 설명했다.

유용하 과학전문기자



▶ 밀리터리 인사이드

- 저작권자 ⓒ 서울신문사 -