정밀신경과학, 최소 침습 고대역폭 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 첫 성공 보고¶
원제목: Precision Neuroscience Reports First High-Bandwidth Brain–Computer Interface Achieved ...
핵심 요약
- 정밀신경과학이 최소 침습 방식의 고대역폭 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 시스템을 개발하고 관련 연구 결과를 `Nature Biomedical Engineering` 학술지에 발표했음.
- 이 시스템은 뇌 표면에서 고해상도 뇌 신호를 안전하게 포착하여 기존의 침습적 방식을 뛰어넘는 성능과 안전성을 동시에 확보하는 데 성공했음.
- 현재 50명 이상의 환자에게 이식되었으며, 미국 FDA로부터 최대 30일 이식 승인을 받아 마비 환자의 의사소통 및 기기 제어에 혁신적인 가능성을 제시함.
상세 내용¶
정밀신경과학(Precision Neuroscience)이 최소 침습 방식으로 작동하는 고대역폭 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 시스템 개발에 성공했으며, 이에 대한 상세한 연구 결과를 세계적인 학술지 Nature Biomedical Engineering에 게재했다고 발표했습니다. 이번 연구는 새로운 '미세 절개(micro-slit)' 수술 기법을 이용한 전임상 동물 연구와 함께, 표준 신경외과 시술 중 기기를 이식받은 첫 다섯 명의 인간 환자에게서 얻은 결과를 다루고 있습니다. 이번 연구 결과는 BCI 분야에서 수십 년간 지속되어온 난제를 해결하는 중대한 이정표로 평가됩니다.
수십 년간 고성능 BCI 기술은 뇌 조직을 관통하는 전극에 의존해왔으며, 이는 환자에게 수술적 위험을 초래하고 기술 채택을 제한하는 주요 요인이었습니다. 하지만 정밀신경과학의 이번 연구는 뇌 표면에 안전하게 부착되는 전극 배열을 통해 고해상도 뇌 신호를 포착하고 디코딩 및 자극에 활용할 수 있음을 처음으로 입증했습니다. 이는 대역폭과 안전성을 동시에 확보함으로써 기존 신경과학계의 오랜 가정에 도전하며, BCI 기술을 환자에게 더욱 실용적이고 확장 가능한 방식으로 제공할 수 있는 길을 열었습니다.
정밀신경과학의 BCI 시스템은 초박형의 표면 기반 피질 전극 배열로 구성됩니다. 각 우표 크기의 모듈에는 1,024개의 전극이 포함되어 있으며, 초기 임상 연구에서는 환자의 뇌에 최대 4개의 모듈을 이식하여 약 8cm²의 피질 영역에서 4,000개 이상의 전극으로 신호를 수집했습니다. 동물 연구에서는 이 시스템이 높은 정확도의 감각 및 운동 디코딩과 국소 전기 자극을 지원했으며, 인간 환자에게서는 다른 질환 수술 중 안전하게 이식되어 의식 및 수면 상태에서 고해상도 신경 활동을 기록하는 데 사용되었습니다.
정밀신경과학의 회장 겸 최고 제품 책임자인 크레이그 머멜(Craig Mermel) 박사는 "이번 연구가 특히 흥미로운 점은 뇌에서 얻는 신호의 해상도"라고 강조했습니다. 더 많은 세부 정보를 포착할수록 생각을 움직임으로 더 잘 번역할 수 있으며, 이는 커서 이동, 음성 생성, 기기 제어 등 다양한 응용 분야에서 중요합니다. 이 연구는 고해상도 데이터를 안전하고 대규모로 수집하는 것이 가능함을 보여주며, 이는 BCI 기술을 연구실 밖의 일상적인 임상 사용으로 이끄는 데 필수적입니다. 이러한 기술적 진보는 BCI의 임상 적용 가능성을 크게 높였습니다.
원고가 승인된 이후, 정밀신경과학은 연구에 보고된 다섯 명의 환자를 넘어 현재 50명 이상의 환자에게 장치를 이식했습니다. 또한, 올해 초 미국 식품의약국(FDA)으로부터 최대 30일 동안의 이식 사용 승인을 받았습니다. 현재 미국 전역의 6개 주요 의료 센터에서 진행 중인 장기 사용 연구를 통해, 신경외과 수술에서 회복 중인 환자들이 생각을 이용해 타이핑, 비디오 게임 플레이, 로봇 장치 제어 등의 작업을 수행하고 있습니다. 이러한 기능은 초기에는 척수 손상, 뇌졸중 또는 루게릭병(ALS)과 같은 질환으로 인한 마비 환자들에게 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.
편집자 노트¶
뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 생각만으로 기기를 제어하거나 소통할 수 있게 해주는 혁신적인 기술이지만, 그동안 '뇌 수술'이라는 장벽 때문에 일반 대중에게는 다소 멀고 두려운 기술로 인식되어 왔습니다. 이번 정밀신경과학의 발표는 이러한 인식을 바꿀 매우 중요한 전환점입니다. 기존 BCI는 뇌 조직을 직접 뚫는 전극을 사용했기에 감염 등 부작용 위험이 컸지만, 이번에 개발된 시스템은 뇌 표면에 부착되는 '최소 침습' 방식을 채택하면서도 고대역폭, 즉 높은 해상도의 뇌 신호를 안전하게 포착하는 데 성공했습니다. 이는 안전과 성능이라는 두 마리 토끼를 모두 잡았다는 점에서 기술의 대중화를 앞당길 핵심적인 진보라고 볼 수 있습니다.
이러한 발전은 특히 마비 환자들에게 삶의 질을 혁신적으로 개선할 수 있는 희망을 줍니다. 뇌졸중, 척수 손상, 루게릭병 등으로 인해 신체 움직임이나 의사소통에 제약을 받는 이들이 생각만으로 타이핑을 하고, 로봇 팔을 움직이며, 심지어 게임까지 즐길 수 있게 된다는 것은 상상 이상의 독립성과 자율성을 부여하는 일입니다. 고해상도 신호 포착은 단순히 기기를 켜고 끄는 것을 넘어, 보다 섬세하고 자연스러운 제어를 가능하게 하여, 마치 신체의 일부처럼 BCI를 활용할 수 있는 미래를 앞당기고 있습니다.
정밀신경과학의 BCI 기술은 이미 50명 이상의 환자에게 적용되었고, FDA의 30일 이식 승인을 받으며 상용화 단계에 한 걸음 더 다가섰습니다. 이는 BCI가 더 이상 연구실 안의 기술이 아니라, 우리의 일상생활 속에 스며들어 장애를 가진 이들의 삶을 실질적으로 변화시킬 잠재력을 가졌음을 의미합니다. 앞으로 이 기술이 더욱 발전하여 범용적으로 사용된다면, 우리 모두가 생각만으로 스마트 기기를 제어하거나 새로운 형태의 소통을 경험하는 미래가 도래할 수도 있을 것입니다. 물론, 기술 발전과 함께 윤리적, 사회적 논의도 활발히 이루어져야 할 것입니다.