BCI-Neuralink의 주요 경쟁자인 Synchron이 수술 없이 뇌에 접근하는 방법

 

"안녕하세요, 세상!" 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 개발하는 신생 기업 Synchron의 설립자이자 CEO인 톰 옥슬리의 트위터 계정에 2021년 12월에 게시된 눈에 띄지 않는 트윗이다. 이 트윗은 옥슬리가 쓴 것이 아니라 Synchron의 환자 중 한 명인 필립 오키프가 썼다. 오키프는 근육을 점차 제어하지 못하게 하는 신경 퇴행성 질환인 ALS를 앓고 있다. 거의 2년 전에 이식한 BCI 덕분에 그는 마음으로 메시지를 타이핑할 수 있었고, 세상과 소통하고 상호 작용하는 능력을 부분적으로 회복했다.

BCI가 대중 매체에 등장하면 대개 일론 머스크의 Neuralink와 관련이 있다. 하지만 Synchron은 어떤 면에서는 앞서 있을 수 있다. 이 회사는 주요 경쟁사보다 4년 일찍 설립된 2012년에 빌 게이츠와 제프 베조스로부터 투자를 받았으며 이미 두 번의 임상 시험을 시작했다. 하나는 호주에서, 다른 하나는 미국에서 진행했다. 올해 초에 첫 인간 환자를 받은 Neuralink에 비해 이 회사의 주요 이점은 BCI에 뇌 수술이 필요하지 않다는 것이다. Neuralink가 인터페이스를 대뇌 피질에 직접 이식하는 반면 Synchron은 환자의 혈류를 통해 장치를 이식하여 인간의 두개골을 물리적으로 관통하는 데 드는 비용과 위험을 피한다.

 

2020년 8월, FDA는 Synchron의 BCI를 획기적인 기기로 지정하여 쇠약하거나 생명을 바꿀 수 있는 질환의 치료를 개선하고 임상 시험의 길을 열 수 있는 잠재력을 인정했다. 지금까지의 결과는 유망하다. Synchron의 CTO인 리키 바네르지는 MIT에서 주최하는 신기술에 대한 연례 컨퍼런스인 EmTech 2024에서 최근 한 강연에서 "미국에는 다양한 형태의 마비를 앓고 있는 사람이 800만 명 있다."라고 설명했다. "다른 사람과의 상호 작용뿐만 아니라 온도 조절기 조정이나 가정 보안을 보장하는 것과 같은 환경도 제어할 수 없게 된다. 우리는 BCI를 이러한 끊어진 연결을 복원하는 방법으로 본다."

 

바네르지는 Synchron의 BCI가 어떻게 작동하는지, 설계에 영향을 준 기술, 그리고 회사가 발명품을 신체 내부에 넣는 데 동의한 사람들을 위해 무엇을 할 수 있었는지 설명한다.

 

Synchron의 BCI 작동 방식

바네르지는 Synchron에 합류하기 전 15년 동안 신경 조절 연구에 참여했다. 신경 조절은 전기 및 화학적 자극을 통해 신경 활동을 자극하는 것을 포함한다. 신경 조절과 확장된 BCI는 1950년대로 거슬러 올라가는 페이스메이커 기술에서 발전했는데, 당시에는 뇌 이식이 여전히 공상 과학 소설에나 나올 법한 기술이었다.

 

그녀는 Zoom을 통해 "이 분야는 지난 5~10년 동안 상당한 성장을 이루었다."라고 말하며, 초기 연구는 강박증, 우울증, 불면증과 같은 정신 질환에 집중한 후 마비와 같은 다른 질환으로 넘어갔다. 그녀는 "뉴로테크는 뇌에 관한 것만이 아니다."라고 설명한다. "말초 신경을 포함한 전체 신경계가 포함된다."

혈관을 통해 전달될 수 있는 BCI를 개발하기로 한 Synchron의 결정은 뇌 수술의 합병증에서 시작되었다. 바네르지는 "뇌에 접근하는 것은 복잡하고 종종 매우 전문화된 절차이다."라고 말한다. "이러한 유형의 수술을 수행할 수 있는 신경외과 의사는 약 1,000~2,000명에 불과하다. 이러한 수술은 파킨슨병이나 간질과 같은 질환에 오랫동안 승인되었지만 여전히 많은 사람에게는 장벽으로 남아 있다."

 

그래도 이 회사는 BCI가 제대로 작동하려면 뇌로 삽입할 방법을 찾아야 한다는 것을 알고 있었다. "두개골이 방해가 된다. 신호 처리 관점에서 두개골은 뇌파를 약화시킨다. 다른 사람이 우리의 생각을 듣는 것을 원하지 않기 때문에 다행이지만 치료도 복잡해진다."

 

Syncron의 BCI는 카테터를 사용하여 목을 따라 뇌로 이어지는 경정맥을 통해 삽입된다. 뇌에 삽입되면 카테터는 생체 적합성, 부식 방지 니켈-티타늄 합금인 니티놀로 만든 자체 확장 장치를 방출한다. 이는 일반적으로 수술 과정에서 동맥을 넓히는 데 사용된다. 바네르지가 EmTech에서 강연에서 설명했듯이, 이식된 BCI는 특정 뇌파를 감지하여 가슴에 이식된 별도의 수신기로 보낼 수 있다. 마비 환자의 경우, 이 시스템은 의도했지만 수행하지 않은 신체 동작을 전화, TV 리모컨 또는 Amazon Alexa와 같은 외부 기기로 전송하여 음성이나 손 없이도 이러한 기기를 사용할 수 있도록 한다.

 

"우리 기기는 만성 이식을 위해 설계되었다."라고 바네르지가 말했다. "즉, 수년 동안 신체에 머물러 있다는 뜻이다. 호주에서는 이 시점에서 4년 이상 이식이 된 환자가 있다."라고 바네르지는 오작동하는 이식은 외부에서 소프트웨어를 업데이트하여 수리할 수 있다고 말한다. 뇌 이식은 조직이 기기 주변에서 자라기 때문에 제거할 수 없지만, 흉부 구성 요소는 제거하여 교체할 수 있다.

 

과제와 약속

Synchron의 BCI의 장점은 두 가지이다. 첫째, 비침습적 이식 절차는 수술을 더 쉽게 할 수 있을 뿐만 아니라 회복도 더 쉽게 한다. 일부 환자는 기존 질환으로 인해 더 느리게 회복될 수 있다. 더 중요한 것은 Synchron의 고유한 이식 기술을 통해 장치가 뇌의 다른 부분에 더 쉽게 접근할 수 있다는 것이다.

 

"목표가 말을 재창조하는 것이라면 대부분 사람들은 말의 중심을 목표로 삼아야 한다고 생각한다."라고 바네르지가 설명한다. "하지만 연구에 따르면 말은 운동 기능도 생성한다. 따라서 말의 중심을 목표로 삼는 대신 훨씬 더 접근하기 쉬운 운동 영역을 목표로 삼을 수 있다. 말하는 동안 입과 혀가 어떻게 움직이는지 이해하면 운동 신호를 통해 말을 재창조할 수 있다. 뇌는 매우 상호 연결되어 있으므로 도전에 접근하는 방법이 여러 가지 있다."

 

Syncron의 초기 시험은 긍정적인 결과를 가져왔다. 호주의 로열 멜버른 병원과 멜버른 대학교에서 실시한 첫 번째 시험에는 심각한 마비가 있는 4명의 인간 환자가 참여했으며, 주요 결론은 임플란트가 "심각한 부작용" 없이 장기적으로 뇌의 혈관에서 신경 신호를 전송할 수 있다는 것이었다. 12개월 추적 조사에서 환자가 지속적인 신경적 결손, 혈전 또는 장치의 이동을 겪지 않는다는 것이 확인되었다. 무엇보다도 그들은 임플란트를 사용하여 문자 메시지를 보내고, 이메일을 쓰고, 온라인 뱅킹을 관리하고, 가장 중요한 것은 간병인에게 자신의 필요 사항을 전달할 수 있었다.

 

두 번째 시험은 뉴욕시의 멜버른 대학교, 마운트 시나이 헬스 시스템, 버팔로 대학교의 게이츠 혈관 연구소, 피츠버그 대학교 의료 센터와 카네기 멜론 공과 대학에서 수행되었으며, 기존 치료에 반응하지 않는 심각한 만성 양측 상지 마비 환자 6명을 대상으로 했다. 이 연구에서도 1년간의 평가 기간 동안 장치와 관련된 부작용은 없었다. 게다가 회사 보도 자료에 따르면 임플란트의 100%가 "정확하게 배치"되어 "6명의 환자 모두 뇌에서 목표 운동 피질 범위를 달성했다."

 

버팔로 대학의 제이콥스 의대 및 생물의학부 신경외과 L. 넬슨 홉킨스 기부 교수이자 연구의 수석 연구원인 엘라드 레비는 이 시험을 "중요한 의학적 이정표"라고 언급하며 "이 최소 침습적 접근 방식은 마비 및 기타 이동성 문제가 있는 수백만 명의 환자에게 대규모 BCI 기술을 제공할 수 있는 잠재력이 있다."라고 덧붙였다.

 

실험에 대한 뉴스 보도는 대체로 BCI가 개별 환자의 삶을 어떻게 개선했는지에 초점을 맞췄다. Wired의 한 기사는 2023년 8월에 BCI를 받은 64세의 ALS 환자 마크에 관한 내용을 다뤘다. 실험이 진행되면서 Synchron은 이식체를 다양한 인기 전자 기기와 호환되도록 만들기 위해 노력했는데, 여기에는 마크가 이제 음성을 사용하지 않고도 명령할 수 있는 알렉사도 포함된다. 기사에 따르면 Synchron은 마크의 BCI를 혼합 현실 헤드셋인 Apple Vision Pro에 연결할 수 있었는데, 업데이트 후 마크는 커서를 생각으로 움직여 Solitaire와 같은 비디오 게임을 즐길 수 있었다.

 

앞으로의 전망

이러한 실험이 아무리 유망하더라도, 바네르지가 EmTech에서 말했듯이 "확실한 결론"을 도출하기에는 시간 틀이 너무 짧고 참여자 수가 너무 적다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 그렇긴 하지만, Synchron은 새로운 테스트를 통해 뇌 이식의 장기적인 과제를 더 잘 이해하고 그에 따라 장치를 개선할 수 있다.

 

이 회사는 2025년에 세 번째 실험을 시작할 계획이며, 이번에는 상용화된 시스템을 사용할 예정이다. Synchron은 BCI의 처리 속도를 높이는 것 외에도 이 이식물을 사용하여 뇌와 신경계와 관련된 다른 질환을 치료하고자 한다.

 

바네르지는 미래에 대해 "현재 시스템은 전원과 통신을 위해 가슴에 장치가 필요하다."라고 말하며 "하지만 다음 시스템은 충전식 배터리를 사용하여 사용성을 개선할 것이다. 환자는 한밤중에 깨어나더라도 언제든지 사용할 수 있을 것이다."라고 덧붙였다.

 

그녀는 그 과정에서 많은 사람들이 뇌 이식에 대해 가지고 있는 부정적이고 불신하는 태도를 자신의 연구가 바꿀 수 있기를 바란다. "가장 큰 오해는 우리가 사람들의 생각을 직접 읽는다는 것이다."라고 그녀는 말한다. "사실, 우리는 작은 신호(마우스를 클릭하기 위해 손가락을 두드리는 것과 같은)를 보고 있다. 간단한 켜기/끄기 동작이다. 우리는 그것을 화면이나 컴퓨터에서의 활동으로 변환하고 있다. 개인정보 보호의 관점에서, 우리는 생각을 외삽하지 않는다. 그것은 먼 미래이다. 사실, 우리는 이러한 임플란트보다 휴대전화, 신용카드, 앱을 사용하여 더 많은 정보를 제공한다. 생각을 읽는 것에 대한 개인정보 보호 우려는 현실과는 거리가 멀다. 지금은 생각을 읽는 것보다 컴퓨터 코드에 더 가깝다."