올해에는 뇌 활동을 기록하고, 해독하고, 변경할 수 있는 놀라운 뇌 임플란트가 탄생했다.

데자뷰처럼 들린다. 작년 정리에서 뇌-기계 인터페이스도 내 머릿속에서 임대료 없이 살았지만 그럴 만한 이유가 있었다. 신경과학자들은 기록적인 속도로 기계 지능과 뇌 및 척수를 원활하게 통합하는 점점 더 정교하고 유연한 전자 칩을 구축하고 있다. 예를 들어, 마비된 사람들이 걷고, 수영하고, 카약을 탈 수 있는 능력을 회복하도록 돕는 것과 같이 이전에는 공상과학 소설이었던 것이 이제는 현실이 되었다.

올해 뇌 이식은 사람들의 삶을 더욱 변화시켰다. 그다지 비밀이 아닌 소스? 일체 포함.

파킨슨병 환자의 척수에 이식된 하나의 임플란트(움직임을 계획하는 뇌 세포의 일종을 천천히 파괴함)는 그의 움직임 의도를 전달했다. 수십 년이 지난 후, 그 남자는 다시 한 번 편안하게 해변 길을 걸을 수 있게 되었다. 이 연구는 근육과의 신경 연결이 서서히 붕괴되는 루게릭병과 같은 다른 뇌 질환이나 뇌졸중으로 인한 뇌 손상을 입은 사람들의 움직임을 회복할 수 있는 길을 열어준다.

또 다른 실험에서는 외상성 뇌 손상을 입은 사람들의 단기 기억력을 높이기 위해 전기 자극을 사용했다. 신중하게 시기를 맞춘 재핑은 부상 후 수십 년 동안 주의력을 높여 참가자들이 여러 일상 업무를 처리하고 독서와 같은 취미를 추구할 수 있게 했다.

뇌 임플란트는 진단 도구로도 번성했다. 한 연구에서는 임플란트를 사용하여 우울증과 관련된 뇌파 패턴을 해독하고 잠재적으로 재발을 예측했다. 이 연구는 건강한 뇌와 우울한 뇌 사이의 뇌 신호가 어떻게 다른지 해독하여 뇌 활동을 우울증에서 멀어지게 하는 더 나은 알고리즘에 영감을 줄 수 있다.

그러나 아마도 가장 큰 발전은 음성 해독, 즉 생각을 단어와 문장으로 번역하는 기술에 있었을 것이다. 이러한 기술은 말하는 능력을 잃은 사람들을 지원하여 사랑하는 사람과 의사소통할 수 있는 대안을 제공한다.

차세대 '뇌 판독' 임플란트의 2023년 하이라이트는 다음과 같다:

텍스트에 대한 생각

우리는 1분에 대략 150단어의 속도로 말한다. 뇌 임플란트에 대한 높은 기준이다.

뇌졸중, 마비 또는 감금 증후군과 같은 많은 신경 장애로 인해 사람의 정신이 여전히 일관적일지라도 말할 수 있는 능력이 상실된다. 올해 초 스탠포드 팀은 67세 여성이 이전 임플란트 속도의 3배가 넘는 속도인 분당 62단어로 말을 회복하도록 도왔다. 그 여성은 루게릭병으로 인해 목소리를 잃었다. 루게릭병은 말하기, 움직임, 결국 호흡을 위한 근육을 조절하는 뇌의 능력을 서서히 약화시킨다.

이 연구는 방대한 단어 라이브러리를 사용하여 두 가지 소스, 즉 뇌의 "언어 센터"인 브로카 영역의 전기 활동과 입 주변 근육에서 나오는 그녀의 말을 해독했다. 이러한 신호는 음성의 기본 요소를 구별하기 위해 일종의 딥러닝 알고리즘인 순환 신경망에 입력되었다. 단 3일 만에 시스템은 비록 오류가 있었지만 기록적인 속도로 여성의 생각을 해독할 수 있었다.

또 다른 시스템이 더 좋아졌다. 뇌를 관통하는 전극을 사용하는 대신 전기피질검사용 ECoG라고 불리는 이 장치는 전기 신호를 포착하기 위해 뇌 표면에 배치된 작은 판형 전극으로 구성된다. 여전히 두개골 아래에 이식해야 하지만 뇌의 민감한 조직에 대한 손상은 제한된다. 대략 압정 머리 크기의 각 전극은 고품질 신경 신호를 기록할 수 있다.

ECoG는 간질 환자의 말과 움직임 신호를 기록하기 위해 금세기 초에 처음 사용되었다. 이는 곧 감금증후군을 가진 사람이 집에서 임플란트를 이용하여 자신의 생각을 전달할 수 있는 장치로 발전했다.

새로운 점은 AI의 도입이다. 일부 알고리즘은 음성 움직임의 뇌 활동(예: 혀의 위치, 입 모양)을 해독하는 반면, ChatGPT를 지원하는 것과 같은 대규모 언어 모델은 데이터로부터 문장을 구성했다. 시스템은 분당 대략 78단어의 속도로 뇌 신호를 텍스트로 변환할 수 있지만 대략 4분의 1에 오류가 있었다. 그러나 비언어적 의사소통이 실수를 보완했다. 임플란트는 얼굴 표정을 사용하여 디지털 아바타를 애니메이션화하여 환자에게 또 다른 의사소통 모드를 제공했다.

전환점

뇌 임플란트는 일종의 뇌-기계 인터페이스이다. 이름 그대로 이 장치는 뇌를 컴퓨터에 연결한다. 이 둘을 연결하는 방법은 창의적인 솔루션의 가능성이 활짝 열려 있다.

대부분의 시스템은 뇌의 전기 활동을 측정하며 신경 활동을 해독할 수 있는 컴퓨터에 전극을 연결하는 케이블이 필요한 경우가 많다.

올해 한 연구에서는 무선 임플란트로 탯줄을 절단했다. 이 시스템은 활동 변화를 감지하고 일시적으로 저장할 수 있는 유연한 입자 크기의 회로 기판으로 구성되어 있다. 이러한 "노드"는 정보를 처리하고 노드를 통해 뇌 자극을 제어하며 어레이에 전원을 공급하는 헤드폰 모양의 수신기에 데이터를 무선으로 전송한다. 무선이기는 하지만 시스템 이식을 위해서는 여전히 수술이 필요하다.

대안? 수술 없이 뇌 신호를 포착하는 장치.

한 연구에서는 AI를 사용하여 비침습적 기술인 기능적 자기공명영상(fMRI) 데이터를 사람 생각의 "요점"으로 변환했다. 이 기술은 뇌 활동을 단어로 번역하지 않는다. 대신 번역에서 정확한 단어가 손실되더라도 진화하는 아이디어를 포착한다. 또 다른 연구에서는 두피에 전극이 내장된 수영모 모양의 헤드기어를 사용하여 뇌 활동을 측정했다. 사용자가 마음속으로 문장을 조용히 읽으면, 캡은 AI의 도움을 받아 사용자의 '생각'을 텍스트로 번역했다.

다른 장치에서는 빛을 사용하여 기계를 뇌에 연결하는 완전히 새로운 방법을 모색하고 있다. 최근 한 연구에서는 빛에 반응하도록 유전자 조작된 뉴런과 다양한 색상의 LED 조명으로 이러한 뉴런을 활성화하는 유연한 프로브를 결합했다. 수천 개가 넘는 독립적인 LED 픽셀을 갖춘 이 장치는 조명 설정을 제어하는 일반적인 기술과 결합되어 여러 개별 뉴런의 활동을 동시에 제어할 수 있다.

뇌세포는 시끄럽다. 새로운 장치는 불협화음을 분류하여 특정 정신 역할의 기초가 되는 뇌 회로를 해결하는 데 도움이 되었다. 이는 인간 피질의 가장 두꺼운 부분인 쥐의 뇌 내부 최대 5mm 깊이의 뉴런을 활성화했다.

패러다임 변화

뇌 임플란트는 마음을 읽는 기계가 아니다. 그러나 기술이 발전함에 따라 수많은 윤리적 지뢰에 직면할 가능성이 높다. 예를 들어, 생각을 텍스트로 방송하는 장치는 의도치 않게 개인정보를 침해할 수 있다.

유엔교육과학문화기구(UNESCO)는 이미 미래를 내다보고 있다. 올 여름, 그들은 뇌 임플란트가 미지의 미래를 향해 돌진함에 따라 글로벌 규제와 윤리적 틀을 요구하는 신경기술에 대한 청사진을 발표했다. 이 조직은 이전에 인간 유전자 데이터를 사용 및 공유하는 방법, 사회 전체를 개선하기 위한 AI 개발 방법과 같은 다른 주요 혁신에 대해 유사한 지침을 개발했다.

뇌 임플란트는 빠르게 발전해 왔지만 실제 활용은 이제 막 시작되었다. 변혁적인 힘에는 책임이 따른다. 접근성, 평등, 개인 정보 보호, 더 철학적으로 인간이 된다는 것이 무엇을 의미하는지에 대한 글로벌 대화는 나중에 생각해서는 안 된다. 오히려 사이보그 시대로 나아가는 만큼 기술 자체만큼 중요할 수도 있다.