Here’s my guess: Neuralink will unveil a vision implant at today’s “show and tell”

뉴럴링크(Neuralink)의 ‘시각적 임플란트’가 공개되었다

일론 머스크가 설립한 스타트업 뉴럴링크는 뇌-컴퓨터 인터페이스를 연구하고 있다. 최근에 열린 공개 행사에서는 원숭이를 이용한 뇌-컴퓨터 연결과 관련된 연구가 발표되었다.

뉴럴링크(Neuralink)는 인간의 뇌와 컴퓨터를 연결시켜 기기를 제어할 수 있는 시스템을 구축하려고 시도하고 있다. 그동안의 연구 결과를 발표하는 ‘쇼우앤텔(Show and Tell)’ 행사가 지난 11월 30일 열렸다. 이번 행사에서 뉴럴링크는 시각적 임플란트(vision implant)를 원숭이 뇌에 심어 임상시험을 진행 중이라고 밝혔다,

두 시간이 넘게 이어진 발표에서, 일론 머스크는 뉴럴링크의 두개(頭蓋) 내 컴퓨터 삽입술이 6개월 이내에 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받기를 희망한다고 밝혔다. 뉴럴링크는 마비 환자들이 뇌파를 이용하여 컴퓨터의 마우스 커서를 얼마나 잘 통제할 수 있는지 연구할 예정이다. 머스크는 인간을 대상으로 임상시험을 계획했었으나 구체적인 시기는 계속 지연되었다. 시신경을 자극하는 임플란트는 새롭지 않다. 이미 2000년대 초반부터 소수의 마비 환자들은 뇌로 컴퓨터를 제어하여 시신경을 관통하는 전기자극 장치를 이용해왔기 때문이다.

또한 뉴럴링크는 원숭이를 대상으로 시력을 회복하는 실험을 진행 중이다. 이들은 발표 행사에서 원숭이 두 마리의 시각 피질에 전극 장치를 삽입했다고 공개했다. 그런데 뉴럴링크가 동물의 뇌 속에 ‘정보를 입력했다’고 주장한 것은 이번이 처음이다. 엔지니어들은 한 원숭이가 시각 자극에 반응하여 시선을 옮기는 영상을 보여주었다. 이는 시각적 생성 기술의 가장 기초적 단계이다. 머스크는 임플란트를 통해 시각 장애인의 시력을 ‘회복’시킬 수 있다고 강조했었다. 그러나 현실적으로 보면, 뇌 임플란트를 통해 단색의 빛으로 화면을 구성하는 방법으로 사물의 윤곽을 대략적으로 확인하는 수준을 기대하는 편이 타당해 보인다.

머스크가 설립한 뇌-컴퓨터 인터페이스 회사 뉴럴링크는 연구 개발 성과를 무대에서 드라마틱하게 발표하는 방식을 즐긴다. 뉴럴링크의 발표 행사는 매번 인터넷으로 전 세계에 생중계되었다.

뉴럴링크는 11월 30일 행사가 시작되기 1주일 전부터 검은 화면에 녹색으로 ‘쇼앤텔 행사에 함께 하세요(please join us for show and tell)’라는 문구가 나타나는 초대 영상으로 행사를 광고했다.

뉴럴링크 팬들은 이 미스터리한 메시지를 보자마자 영상에 숨겨진 의미를 추측하기 시작했다. 영상은 뉴럴링크가 행사에서 발표할 내용을 암시하는 초대장인 셈이었다. MIT 테크놀로지 리뷰는 뇌-컴퓨터 인터페이스 연구 현황, 뉴럴링크의 역량을 취재하기 시작했다. 제보받은 정보도 도움이 되었다.

뉴럴링크는 전자 장치를 뇌에 심어 뇌파를 읽을 뿐 아니라, 정보를 뇌에 직접 입력할 수 있는 수준에 도달했다고 발표했다. 뉴럴링크는 동물의 뇌에 ‘시각적 보조장치(vision prosthetic)’을 삽입한 다음, 뇌 안에서 이미지가 생성되는 모습을 녹화 영상으로 보여주었다.

이미지가 생성되는 과정을 확인할 수 있는 이유는 대뇌 뒷부분에 위치한 시각 피질을 전기적으로 자극하면 ‘안내 섬광(인광, phosphenes)’이 발생하기 때문이다. 빛에 의한 자극 없이도 빛의 감각을 느끼는 이 시각 현상은 사람을 비롯한 동물들이 지각할 수 있다고 알려져 있다.

임플란트의 작동 원리

뇌를 자극하면 빛을 볼 수 있다는 사실에 착안한 시연은 1970년대로 거슬러 올라간다. 오늘날에는 한꺼번에 더 많은 전극을 사용하여 다수의 광채를 유발하는 식으로 발전했다. 마치 전구들로 채워진 야구장 전광판처럼 수많은 인광점을 두뇌 속에 배열하여 저해상도의 시야를 구성한다는 발상이다.

최근 스페인의 한 연구진은 96개의 전극으로 구성된 뇌 임플란트를 시각장애를 가진 여성의 뇌 속에 삽입하였다. ‘유타 어레이(Utah Array)’라는 장치를 통해 그녀는 글자를 읽어낼 수 있었다.

지금까지 뉴럴링크는 신중한 태도로 다른 신경과학자들의 발자취를 따르며 연구를 지속해 왔다. 예를 들어 뉴럴링크는 2021년에 원숭이가 뇌파를 이용하여 퐁(Pong)이라는 비디오 게임을 하는 영상을 공개했는데, 이는 이미 15년 전 뇌 임플란트를 받은 사람의 시연을 재연한 것이다.

뉴럴링크의 혁신은 완전히 새로운 기기의 개발은 아니다. 뉴럴링크는 전극이 부착된 가느다란 전선들을 수없이 많이 배치한 정교한 뇌 임플란트 개발에 성공했다. 이 임플란트는 혈관망을 피하여 전극을 동물의 뇌 속에 삽입할 수 있도록 광학 장비를 갖춘 신경망 ‘재봉틀’ 로봇을 이용한다. 실용적 장점은 완전히 두개골 내에 삽입되며, 무선으로 정보를 전달한다는 점이다.

2017년 머스크는 뉴럴링크를 설립하고 고대역폭(시간당 데이터 전송량이 많음), 높은 지속력을 갖춘 생체 적합성이 뛰어난 양방향(bidirectional)의 뇌 임플란트 계획을 개략적으로 설명했다. 그는 뇌 모뎀, 또는 ‘마법사 모자’를 이용하면 인간이 인공지능에 뒤쳐지지 않을 수 있다고 믿었다.

뉴럴링크의 목표는 신경학적 마비와 장애가 있는 사람들을 돕고, 인류가 인공지능에 밀리지 않도록 지능을 증가시키는 것이다. 뉴럴링크가 초창기에 내놓았던 목표는 원대했으나, 최근에는 작지만 실용적인 목표에 집중하고 있다. 마비 환자들이 컴퓨터를 사용할 수 있도록 하는 기술이 그 사례이다. 이것이 뉴럴링크가 초기 시연에서 돼지나 원숭이 뇌 속의 운동피질(motor cortex)에 전극을 삽입했던 이유이다. 연구자들은 이 전극을 이용하여 원숭이가 퐁 게임에서 패들을 움직이려고 할 때 발생하는 뇌파를 측정하고 이를 컴퓨터로 전송할 수 있었다. 운동피질은 신체의 자발적 운동 계획, 제어, 실행 기능을 수행하는 뇌의 일부분이다.

브레인 타이핑  

사람들은 뉴럴링크 행사에 동물이 뇌로 글자를 입력하는 모습이 등장하리라 추측했다. 예상했던 대로 실제 발표회에서는 뇌 임플란트를 삽입한 원숭이가 키보드로 ‘간식 좀 더 주실 수 있나요(can i please have snacks)’라고 입력하는 모습이 시연되었다.

유사한 연구들은 이미 이루어진 바 있다. 뉴럴링크에 자문을 제공하는 크리슈나 셰노이(Krishna Shenoy) 스탠퍼드대학교 연구원은 ’브레인 타이핑(brain typing)’으로 세계 신기록을 세웠던 환자와 함께 연구를 진행 중이다. 이 환자는 유타 어레이(Utah Array)라는 구형 임플란트를 사용한다.

뉴럴링크 임플란트는 아직 인간을 대상으로 하는 임상 시험을 시작하지 않았지만, 사람만이 브레인 타이핑을 배울 수 있는 것은 아니다. 2016년에 셰노이는 원숭이가 두뇌의 운동피질 신호를 이용하여 마우스 커서를 움직여 ‘뉴욕타임스(New York Times)’와 ‘햄릿(Hamlet)’ 같은 영어 단어들을 옮겨 쓰는 모습을 보여주었다. 

필자는 시연에 시각적 임플란트와 관련된 내용이 나올 가능성이 높다고 추측했었다. 시각 시스템과 관련된 내용이 등장한 이유는 머스크가 예전에 뇌 임플란트로 광범위한 질환을 치료할 수 있다고 언급했기 때문이다. 그는 실명을 치료할 수 있는 기술을 내놓을 것이라고 말해왔다.

팟캐스터 조 로건(Joe Rogan)과의 인터뷰에서 머스크는 뉴럴링크 기기를 통해 “뇌에서 발생하는 거의 모든 문제를 고칠 수 있고 시신경을 잃어버린 환자들도 시력을 되찾을 수 있다”고 주장했다. 실제로 그러한 일이 가능할지 되묻는 로건의 반문에도 머스크는 “그럼요, 물론입니다”라고 답했다.

우울증과 같은 정신적 질환을 치료하려면 뇌 깊숙한 곳까지 전극을 삽입해야 할 가능성이 아마도 높을 것이다. 하지만 시각 피질은 접근하기 편리하게도 뇌의 뒷부분, 두개골 근처에 위치해 있다.

두뇌의 운동피질(motor cortex) (출처: 뉴럴링크)

뉴럴링크가 연구하고 있는 시각적 임플란트는 효과적인 시력 보조장치가 될 수 있다. 이 장치는 두개 내부의 뉴런과 가까운 곳에 삽입되므로 낮은 전하량으로 작동이 가능하여 상대적으로 더 안전하다. 또 뉴럴링크 장치의 가느다란 전선은 더욱 광범위한 위치까지 분포할 수 있다. 이 장치를 통하면 더 많은 인광을 생성하여 더 높은 해상도의 ‘화면’을 구성할 수 있다.

수년 전 유타 대학이 수행한 연구에서 연구진은 구멍이 뚫린 차단막으로 학생들의 눈을 가렸다. 이 연구는 약 700개의 구멍이 있다면, 사람은 장애물을 피하거나 책을 읽을 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

이것은 약 700개의 인광을 만들어 낸다면 유용한 수준의 시력을 생성할 수 있음을 의미한다. 비록 눈에서 뇌까지 백만 개의 축삭들(axons)을 따라서 이어지는 총천연색의 시각에는 미치지 못하더라도 말이다. 뉴럴링크는 시각적 임플란트를 소개하며 그 유용성을 강조하였고, 이 기술이 많은 사람들을 도울 것이라고 포부를 밝혔다. 그 비전은 뉴럴링크가 바라는 재능 있는 엔지니어들의 입사 지원서를 유도하기에 충분해 보였다. 

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