Facebook is ditching plans to make an interface that reads the brain

페이스북, 뇌 읽는 기술 개발 포기

생각을 읽는 소비자 인터페이스에 대한 페이스북의 연구는 현재 끝났다. 일부 과학자들은 이런 개발이 결코 가능하지 않다고 말했다.

2017년 봄은 대형 기술기업들이 사람들의 머릿속에서 일어나는 일을 이해하고자 하는 활동의 데뷔무대로 기억될 것이다. 이때 일론 머스크의 새로운 뇌-인터페이스 회사 뉴럴링크(Neuralink)에 대한 뉴스가 나왔다. 이 신생기업은 수천 개의 전극을 인간의 뇌에 심는 기술을 연구하고 있다. 며칠 뒤 페이스북도 이 탐구에 합류하면서, ‘빌딩8(Building 8)’이라는 명칭의 비밀스러운 신상품개발부서가, 생각만으로 1분당 100단어의 문자메시지를 보낼 수 있는 헤드셋이나 헤어밴드를 개발하려고 한다고 발표했다.

페이스북의 목표는, 가상현실에서 누구나 사용할 수 있는 핸즈프리 인터페이스였다. “뇌로 직접 문자를 보낼 수 있다면 어떻겠는가?” 미 국방고등연구사업국(DARPA) 전직 관리이자 당시 빌딩8 하드웨어 부서의 책임자였던 리기나 두건(Regina Dugan)이 질문했다. “불가능해 보이겠지만, 생각보다는 가까이 와 있다.”

이제 그 답이 나왔다. 답은 전혀 가깝지 않다는 것이다. 생각을 읽기 위해 광학 기술을 사용하는 ‘사일런트 스피치(silent speech)’ 인터페이스를 구축하겠다는 ‘대단히 놀라운’ 프로젝트를 발표한 지 4년이 지나, 페이스북은 이 계획을 보류하기로 결정하면서 소비자의 뇌 신호를 해독하는 일은 아직 멀었다고 말했다.

블로그 게시물에서 페이스북은 이 프로젝트를 중단하고 대신 팔의 근육 신호를 읽는 실험적인 가상현실용 손목형 제어 장치에 초점을 맞출 것이라고 밝혔다. “우리는 여전히 헬멧 장착형 광학 뇌-컴퓨터 인터페이스(brain-computer interface, BCI) 기술의 장기적 잠재력을 믿고 있지만, 가까운 시일 내에 출시할 수 있는 다른 신경 인터페이스(neural interface) 접근 방식에 즉각적 노력을 집중하기로 결정했다”고 회사는 말했다.

페이스북의 ‘뇌-문자입력(brain-typing)’ 프로젝트는, 어느 캘리포니아주 병원의 뇌 수술에 자금을 지원하고 두개골을 관통할 수 있는 빛을 쏘는 헬멧 시제품을 개발하는 등 미지의 영역에 다다랐다. 또한 기술기업이 개인의 뇌 정보에 접근하는 것을 허용해도 될지에 대한 치열한 논쟁으로 이어지기도 했다. 그러나 결국 회사는 이 연구가 곧 제품 출시로 이어지지는 않을 것이라고 결정한 것으로 보인다.

작년까지 ‘사일런트 스피치’ 프로젝트를 이끌었지만 최근 들어 페이스북의 선거 대처 방식 연구로 보직이 변경된 물리학자이자 신경과학자 마크 셰빌(Mark Chevillet)은 “우리는 이 기술에 대해 실질적인 경험을 많이 얻었다”고 말한다. “그렇기 때문에 자신 있게 말할 수 있는데, 소비자 인터페이스(consumer interface)로서 머리에 장착하는 광학식 ‘사일런트 스피치’ 장치는 아직 갈 길이 멀다. 아마 우리가 예상했던 것보다 더 오래 걸릴 수도 있을 것이다”라고 그는 덧붙인다.

생각 읽기

뇌-컴퓨터 인터페이스의 열풍이 불고 있다. 그 이유는 기업들이 마인드 컨트롤 소프트웨어를, 컴퓨터 마우스나 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface), 스와이프 스크린(swipe screen)만큼 중요한, 엄청난 혁신으로 보고 있기 때문이다. 게다가 연구자들은 뇌에 직접 전극을 심어 개별 신경세포를 자극하면 그 결과가 놀랍다는 점을 이미 입증했다. 이런 ‘전자칩’을 심은 마비 환자들은 로봇팔을 능숙하게 움직이고 마인드 컨트롤을 통해 비디오 게임을 하거나 타자를 칠 수 있다.

페이스북의 목표는 이런 연구 결과를, 누구나 사용할 수 있는 소비자 기술로 바꾸는 것이었다. 이는 소비자들이 쓰고 벗을 수 있는 헬멧이나 헤드셋을 의미했다. “뇌 수술이 필요한 제품을 만들려는 의도는 전혀 없었다”고 셰빌은 말한다. 이 거대 소셜 기업의 많은 규제 문제를 감안할 때, CEO인 마크 저커버그는 회사가 절대로 하지 말아야 할 일은 두개골을 쪼개는 것이라고 말한 적이 있다. “나는 이 문제에 대한 의회 청문회를 보고 싶지 않다”고 저커버그는 농담을 했었다.

사실 뇌-컴퓨터 인터페이스가 발달하면서 새로 심각한 우려가 대두하고 있다. 대형 기술 기업이 사람들의 생각을 알게 되면 어떻게 될까? 칠레 국회에서는 기술 기업들로부터 뇌 데이터와 자유의지, 정신적 프라이버시를 보호하기 위한 인권 법안까지 고려하고 있다. 개인 정보 보호에 대한 페이스북의 전력이 좋지 않았던 점을 감안할 때, 이번 페이스북의 연구 중단 결정은 ‘신경권(neurorights)’을 둘러싸고 증가하고 있는 우려를 멀리 할 수 있는 부수적 이익도 있을 수 있다.

페이스북의 프로젝트는 특히 회사의 가상현실 포부와 꼭 들어맞을 수 있는 두뇌 제어 장치를 목표로 했다. 회사는 2014년에 오큘러스 VR(Oculus VR)을 20억 달러에 인수했다. 이를 위해 페이스북은 두 갈래의 접근 방식을 취했다고 셰빌은 말한다. 먼저, 회사는 생각-대화(thought-to-speech) 인터페이스가 가능한지 여부를 결정해야 했다. 그러기 위해 캘리포니아주립대학 샌프란시스코 캠퍼스(University of California, San Francisco, UCSF)의 연구를 지원했는데, 이 연구에서는 에드워드 창(Edward Chang)이라는 연구자가 인간의 뇌 표면에 전극 패드를 부착했다.

이식된 전극이 단일 신경세포에서 데이터를 읽는 반면, 뇌피질전도(electrocorticography, ECoG)라고 불리는 이 기술은 상당히 넓은 면적에서 뇌 신호를 한꺼번에 측정한다. 셰빌은 페이스북이 이런 동등한 신호를 머리 외부에서 감지하는 것도 가능하기를 희망했다고 말한다.

UCSF 연구진은 놀라운 진전을 이루었고 이런 전극 패드를 이용해 실시간으로 대화를 해독하는 기술을 시연해 뉴잉글랜드 의학저널(New England Journal of Medicine)에 발표한 사실을 알렸다. 피험자는 연구원들이 ‘브라보-1(Bravo-1)’이라고 부르는 36세의 남성으로, 심각한 뇌졸중 후 알아들을 수 있는 말을 할 수 있는 능력을 상실하고 단지 끙끙거리는 소리나 신음 소리만 낼 수 있었다. 보고서에서 창의 연구팀은 브라보-1이 뇌 표면의 전극으로 분당 약 15개의 단어 속도로 컴퓨터 화면 위에 문장을 만들어낼 수 있었다고 말한다. 이 기술은 말하는 상상을 하면서 혀와 성대를 움직이려고 할 때 이와 연관된 운동 피질에서의 뇌 신호를 측정하는 것을 수반한다.

이 결과를 얻기 위해 연구진은 브라보-1에게 50개의 일상어 중 하나를 1만 번 정도 말하는 상상을 해보라고 요청하면서, 이 환자의 신경 신호를 딥러닝 모델에 적용했다. 단어를 신경 신호와 일치하도록 이 모델을 학습시킨 뒤, 연구진은 당시 브라보-1이 말하려고 생각하던 단어의 40%를 정확하게 알아낼 수 있었다 (우연히 정답을 맞힌 경우는 약 2%였다). 그렇긴 해도 그의 문장은 오류투성이였다. “Hello, how are you?”는 “Hungry how am you”라고 나오기도 했다.

그러나 연구진은 (영어에서 어떤 단어 시퀀스가 가장 가능성이 높은지를 판단하는 프로그램인) 언어 모델을 추가함으로써 성능을 향상시켰다. 그 결과 정확도가 75%로 증가했다. 이런 사이보그(cyborg)식 접근법으로 이 시스템은 브라보-1이 만들어낸 “I right my nurse”라는 문장이 실제로는 “I like my nurse”를 의미했다는 사실을 예측할 수 있었다.

이 결과가 놀랍긴 해도, 영어에는 17만 개 이상의 단어가 있으므로 브라보-1의 제한된 어휘 밖에서는 성능이 급격히 떨어질 수밖에 없을 것이다. 이는 이 기술이 (의료 보조 장치로서 유용할진 몰라도) 페이스북이 계획했던 것과는 거리가 멀다는 것을 의미한다. 셰빌은 “가까운 미래에 임상보조공학 분야의 애플리케이션을 볼 수 있겠지만, 이는 우리 사업이 가고자 하는 방향이 아니다”라고 말한다. “우리는 소비자 애플리케이션에 초점을 맞추고 있으며, 이를 위해 갈 길은 매우 멀다”고 그는 덧붙인다.

FRLR BCI research hardware module
페이스북이 개발한 확산광학단층촬영(diffuse optical tomography) 장치로, 빛을 이용해 뇌 속 혈중산소 변화를 측정한다. FACEBOOK

광학 장치의 실패  

페이스북이 뇌 신호 해독을 중단하기로 한 결정은 이 기술을 연구하는 과학자들에게 그리 놀랄 일은 아니다. “이를 놀라운 일이라고 말하긴 어렵다. 왜냐하면 페이스북은 단기간을 두고 검토하고 있었으며 상황을 재평가할 것이라고 암시했기 때문이다”라고 노스웨스턴대학 교수 마크 슬러츠키(Marc Slutzky)는 말한다. 그의 학생이던 에밀리 뮈글러(Emily Mugler)는 페이스북이 이 프로젝트를 위해 채용한 핵심 직원이었다. “경험에 비춰 보자면, 언어 해독이란 목표는 큰 도전이다. 실용적이면서도 포괄적인 솔루션을 구현하려면 아직 우린 갈 길이 멀다”고 그는 말한다.

그럼에도 불구하고 슬러츠키는 UCSF 프로젝트가 ‘인상적인 다음 단계’라며, 이는 ‘뇌 신호 해독’ 과학의 놀라운 가능성과 몇 가지 한계를 동시에 보여주고 있다고 말한다. 그는 인공지능 모델이 더 오래, 그리고 더 많은 사람들의 뇌에서 훈련될 수 있다면 빠르게 향상될 수 있을 것이라고 말한다.

UCSF 연구가 진행되는 동안 페이스북은 또, 존스홉킨스대학 응용물리학 연구소와 같은 다른 연구소에도 자금을 지원하여, 머리 표면에 조사한 빛이 두개골을 통과하면서 비침습적으로 뇌 신경암호를 해독하는 방법을 알아내고자 했다. MRI와 마찬가지로, 이런 기술은 반사된 빛을 감지하여 뇌로 흐르는 혈류량을 측정한다.

바로 이러한 광학 기술이 더 큰 걸림돌로 남아 있다. 페이스북이 이룬 일부 개선을 포함해 최근 있었던 개선에도 불구하고 이들 기술은 신경 신호를 충분한 해상도로 포착할 수 없다. 또 다른 문제는, 이 방법으로 감지하는 혈류는 신경세포가 발화한 지 5초 후에 생겨서 컴퓨터를 제어하기에는 너무 느리다는 점이라고 셰빌은 말한다.

“페이스북이 이를 중단하는 것은 광학 기술에 대한 비난이 아니라, 이 기술을 이용해 그들이 하고자 하는 사업에 대한 평가다”라고 커널(Kernel)의 CEO이자 설립자인 브라이언 존슨(Bryan Johnson)은 말한다. 커널은 올해 근적외선 빛을 이용하여 뇌파를 측정하는 헬멧을 상용화하기 시작했다. 그는 MRI와 마찬가지로 광학 기술이 전반적인 뇌 상태를 측정하는 데 훨씬 더 우수하며, 여기에는 감정이나 관심을 감지하는 것과 같은 응용 분야가 있다고 생각한다고 말한다. “페이스북이 가진 목표는 제어력을 높이는 것이고, 이 기술은 그런 목표에 부합하지 않는다. 이 기술은 혈류역학(hemodynamic) 신호를 측정하는데, 그 신호는 느리다”라고 존슨은 말한다.

향후 계획

페이스북은 이제 2019년 9월에 사들인 기술에 집중할 계획이다. 당시 페이스북은 CTRL-Labs라는 신생기업을 5억 달러 이상에 인수했다. 이는 오큘러스 인수 후 가장 큰 규모의 공개 인수 중 하나였다. 이 기업은 근전도(electromyogram, EMG)라고 알려진 기술을 통해 사람의 근육에서 전기 신호를 포착하는 손목시계형 장치를 개발해왔다. 이 장치는 제스처를 감지하거나 누군가 어떤 손가락을 움직이고 있는지를 파악할 수 있다.

이는 두뇌 인터페이스는 아니다. 하지만 페이스북이 VR 고글로 구축하고 있는 가상세계에 더 쉽게 참여할 수 있는 방법이 될 수 있다. 예를 들어, 어드벤처 게임에서 활시위를 당긴 다음 손가락만 살짝 움직여 화살을 쏜다고 상상해보라. CTRL-Labs의 고문인 스탠포드대학 신경과학자 크리슈나 셰노이(Krishna Shenoy)에 따르면, 이 장치는 ‘놀랍도록 상세한 수준으로’ 근육의 전기 활성(electrical activity)을 기록할 수 있으며, ‘여러 손가락에서, 실제 움직임이 거의 없이도’ 움직임을 포착할 수 있다.

블로그 게시물에서 페이스북은 “우리의 단기적 관심을, EMG를 이용한 손목형 신경 인터페이스에 집중하는 것이 타당하다”며 “이는 AR/VR용 입력 장치 시장으로 가는 지름길이 있다고 믿는, 이미 입증된 성공 가능한 기술이다”라고 밝혔다.

회사는 이제 뇌 신호 해독을 위해 개발한 소프트웨어를 공개하고 시제품 장치에 접근할 수 있는 기회를 제공하여 다른 연구자들이 이 연구의 혜택을 누릴 수 있도록 할 계획이라고 말한다. “우리는 두뇌 활동으로부터 언어를 해독할 수 있는지, 그런 다음 이를 착용형 광학 기기로 해독할 수 있는지와 같은 핵심적인 문제들과 씨름했다”고 셰빌은 말한다.

“우린 이러한 기술의 개발이 결국에는 가능할 것이라고 생각한다.”

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