의사소통에 말이 필요없다. 사용자의 뇌신호를 분석해 그가 무엇을 말하고자 하는지 파악할 수 있고, 역으로 사용자의 뇌에 전기자극을 가해 정보를 전달할 수 있다.

▎ 사진:KEIT

‘말하지 않아도 알아요’라는 광고 카피가 현실화하는 모양새다. 정천기 서울대병원 신경외과 교수를 주축으로 한 연구 컨소시엄(이하 연구팀)은 말 없이 생각만으로 외부기기를 제어하거나 타인과 소통할 수 있는 인터페이스(물리적 매개체)를 개발하고 있다. 정 교수는 이 같은 쌍방향 신경 인터페이스를 ‘B2X’라 명명했다. ‘Brain to X’를 줄인 말로, X는 컴퓨터, 스마트폰, 휠체어 등 외부기기를 비롯해 타인의 뇌를 가리킨다.

이 기술을 사용하면 의사소통 과정에 말이 필요하지 않다. 사용자의 뇌신호를 분석해 그가 무엇을 말하고자 하는지 파악할 수 있고, 역으로 사용자의 뇌에 전기자극을 가해 정보를 전달할 수 있기 때문이다. 정 교수는 “B2X는 국내외 청각장애인의 복지를 향상할 뿐 아니라 4차 산업혁명 시대 BMI(Brain to Machine Interface·뇌-기계 인터페이스) 분야 신산업 육성에 기여할 것”이라고 강조했다.

미래 먹거리로 부상한 BMI

▎정천기 교수 연구팀은 말 없이도 외부기기를 제어하거나 타인과 의사소통할 수 있는 인터페이스를 개발하고 있다.

BMI는 마크 저커버그 메타 최고경영자(CEO)와 일론 머스크 테슬라 CEO가 개발에 뛰어들 정도로 전 세계에서 미래 핵심기술로 주목받고 있다. 메타는 2017년 뇌 언어중추를 해독하는 프로젝트를 시작했고 테슬라는 뇌에 칩을 이식해 컴퓨터와 연결하는 데 발 벗고 나섰다. 특히 BCI(Brain to Computer Interface·뇌-컴퓨터 인터페이스)는 세계경제 포럼 10대 유망기술(2014년), MIT 테크놀로지 리뷰 10대 차세대 기술(2011년), 한국과학기술기획평가원 10대 유망기술(2009년)로 선정되기도 했다. 학계 일각에서는 BCI와 BMI라는 용어를 별다른 구분 없이 사용하고 있다.

전 세계가 BMI에 주목하는 이유는 다양한 고차원 분야에서 미래지향적 입지를 확보할 수 있기 때문이다. 사물인터넷(IoT)과 연동해 뇌신호만으로도 가전제품 등을 제어하는 스마트홈 시장을 개척할 수 있으며, 뇌신호를 자동차, 드론 등을 다루는 차세대 모빌리티 산업과도 연계할 수 있다. BMI는 생물학적 뇌를 모사한 인공지능 로봇 개발에도 기여할 것으로 보인다. 정 교수는 “반도체, 네트워크 등 타 기술과 융합하면 다양한 산업 분야에 파급효과가 나타날 것”이라고 설명했다.

의학적 기대 효과도 상당하다. 거동이나 의사소통이 어려운 사람이 BMI를 이용하면 생각만으로 휠체어를 작동하거나 타인과 의사소통을 할 수 있다. 또 차세대 뇌질환 의료기기 시장을 선도하고 청력 치료 수술 등에 소요되는 사회적 비용을 낮출 수 있다. 인공지능(AI) 시뮬레이션을 기반으로 한 치료 및 진단도 가능하다.

향후 5년간 디코딩 기술 고도화

정 교수 연구팀의 B2X는 디코딩·인코딩 기술(소프트웨어)과 주사기로 뇌 표면에 넣을 수 있는 최소 침습 무선 전극(하드웨어)으로 구성된다. 특히 연구팀의 최소 침습 전극 개발 속도는 상당히 빠르다. 기존 인터페이스들이 뇌 손상 및 감염 위험도가 높았던 탓에 연구팀은 새로운 인터페이스의 필요성을 절감해 새로운 전극 개발에 돌입했다.

정 교수는 “기존 인터페이스들은 전극의 넓이만큼 두개골을 열어야 하는 등 수술 위험이 상당하다”며 “뇌 표면 전극과 외부 분석 시스템을 유선으로 연결할 경우에는 뇌가 감염될 가능성도 높다”고 설명했다.

반면 정 교수 연구팀이 개발해낸 ‘주사기 주입식 최소 침습 무선 전극’은 기존과 비교해 뇌 손상 및 감염 위험도가 크게 낮다. 주사기로 주입하기 때문에 두개골을 넓게 열 필요도 없다. 정 교수는 “지금까지 개발된 모든 삽입형 인터페이스들을 통틀어 가장 위험도가 낮은 전극”이라고 강조했다.

이 전극은 뇌 수술에 대한 일반인들의 심리적 진입장벽을 낮출 것으로 기대된다. 정 교수는 “최소 침습 전극은 응용 범위가 넓기 때문에 대중화가 가능하고 이에 따라 시장 규모 역시 확대될 수 있다”며 “BMI 시장의 게임 체인저 역할을 수행할 것으로 보인다”고 내다봤다.

한편 디코딩·인코딩 소프트웨어는 생각만으로 외부에 정보를 전달하고, 반대로 뇌 전기자극만으로 외부 정보를 수신하는 기술을 뜻한다. 그중 데이터 해독을 뜻하는 디코딩은 B2X의 핵심기술이다. 사용자가 음성으로 말하고자 하는 바를 디코딩해 사용자의 의도를 파악하는 기술을 말한다.

정 교수 연구팀은 향후 5년간 디코딩 기술을 고도화해 변환된 말소리가 실제 사람이 말하는 것처럼 들릴 수 있도록 연구를 진행할 계획이다. 사용자의 뇌신호를 분석한 뒤 이를 말소리로 변환하는 것이다. 이로써 연구팀은 신경망 모델 기반의 ‘음성 예측·재생 AI 소프트웨어’를 개발하겠다는 포부다.

인코딩은 말소리와 글자 없이 뇌 전기자극만으로 외부의 언어정보와 센서정보를 뇌에 직접 전달하는 기술이다. 정 교수는 “음성 의사소통 시스템을 구축하기 위해 뇌 자극으로 음소적 언어정보뿐 아니라 상위 단계인 의미정보까지 사용자의 뇌에 전달하는 기술을 개발하려고 한다”고 말했다.

- 노유선 기자 noh.yousun@joongang.co.kr·사진 정준희 기자