신경 임플란트: 사회적 절대 통제로 가는 길인가?
2005년 4월 3일
알랭 구미, 정보기술 전문가, 57세, 오를레앙. 연락처: alain.goumy
tiscali.fr
뇌 표면에 심는 미세한 전극을 통해 이미 사고로 특정 장치를 직접 조작하는 것이 가능해졌다. 이러한 '신경 임플란트'는 현재 여러 대학과 민간 기업에서 군사 및 민간 연구 자금을 바탕으로 연구되고 있다. 이러한 연구가 우리의 사고와 행동을 사회가 완전히 통제할 수 있는 길을 열어줄까?
브레인게이트
최근, 신경 임플란트 사용에 대한 시범 연구의 초안 결과가 발표되었다 [1]. 이 연구는 사이버키네틱스 회사 [2]에서 개발한 '브레인게이트(BrainGate, 뇌의 문)' 시스템에 관한 것으로, 운동 장애 환자들이 사고만으로 컴퓨터, 가정용 기기, 의료 장비 등을 쉽게 조작할 수 있도록 해준다.
이 시스템은 10×10 전극 배열로 구성된 임플란트를 사용하며, 각 전극은 머리카락보다 더 얇다. 이 임플란트는 뇌 표면에 외과의사가 심어, 운동을 조절하는 영역(운동 피질)의 전기 신호를 수신한다. 이를 통해 100개의 뉴런의 전기 활동을 동시에 캡처할 수 있다. 이 신호는 뇌를 통과해 외부 장치로 전달되며, 전자적·정보기술적 분석을 거쳐 조작 대상 장치에 명령을 보낸다.
2004년 6월에 심어진 첫 번째 환자는 사지 마비 상태의 젊은 남성으로, 이후 뇌를 통해 조명 켜기/끄기, 텔레비전 제어, 전자 메일 확인 등을 사고만으로 가능하게 되었다. 집중력이 특별히 필요 없이, 대화를 하면서도 이를 수행할 수 있다.
시범 연구의 최종 결과는 2005년 중 발표될 예정이며, 이에 네 명의 사지마비 환자가 참여할 계획이다.
(신경계의 작동 원리를 더 깊이 이해하고 싶은 독자는 [3]에 제시된 웹사이트를 참조하시기 바랍니다. 이 사이트는 프랑스어로 제공됩니다.)
브라운 대학교
브레인게이트 시스템 개발에 이르게 된 연구는 브라운 대학교에서 수행되었다. 이 대학은 로드아일랜드 주 프로비던스에 위치하며, 뇌 과학 연구를 위한 다학제적 프로그램(브라운 대학교 뇌과학 프로그램 - BSP) [4]을 운영하고 있다.
특히 존 도노휴 교수의 신경과학 연구실 [5]이 이 프로젝트를 주도했다. 이 연구는 민간 기관(신경질환 및 뇌졸중 연구소)과 군사 기관(DARPA)에서 자금을 지원받았다. 후자의 목적은 본 글의 나머지 부분에서 더 자세히 살펴보겠다.
존 도노휴는 사이버키네틱스 회사의 공동 설립자이기도 하다. 이 회사는 2001년에 설립된 스타트업으로, 신경 정보 처리 연구에서 나온 제품(특히 브레인게이트 시스템)의 상용화 및 개발을 담당하고 있다. 프랑스에서는 아직 드문 이와 같은 접근 방식은 미국에서는 특별한 일이 아니다.
존 도노휴는 2004년 11월 디스커버 매거진과 인터뷰를 가졌다 [6]. 그 중 다음과 같은 문장이 독자에게 오싹함을 안긴다:
만약 뇌의 코드를 해독할 수 있다면, 내 생각이 결국 읽힐 수 있다는 의미인가요?
D: 네, 만약 당신이 전기 활동과 세포 집단이 뇌 활동의 본질이라고 믿는다면 — 하지만 그게 사실일 수도 있습니다. 더 복잡한 것이 있을 수도 있죠. 그러나 그것이 전부라면, 수백만 개의 전극으로 모든 신호를 포착할 수 있다면, 이론적으로 당신 머릿속에서 일어나는 모든 것을 재구성하고 꿈을 보며 생각을 알 수 있을 것입니다.
우리는 아직 그 시점에 도달하지 못했지만, 문은 열려 있다...
브레인게이트 시스템의 기술적 세부 사항에 관심 있는 독자는 [7]에 제시된 69페이지 분량의 영문 문서를 참고하기 바란다.
이 문서를 읽어보면, 신경 임플란트는 장치 조작 외에도 감각 정보를 수신할 수 있게 해줄 것으로 보이며, 이 정보는 뇌로 되돌려져 조작된 장치와의 상호작용을 향상시킬 수 있다(6.6절, 29~30쪽 참조).
DARPA
DARPA(Department of Defense Advanced Research Projects Agency) [8]는 미국 국방부 산하의 기관이다. 일반 대중에게는 잘 알려지지 않았지만, 국방부의 연구 및 개발을 총괄하는 핵심 기관이다.
DARPA의 재정 지원 분야 중 '생물정보학: 마이크로 프로젝트' [9]에서는 신경 인터페이스 개발 관련 연구를 추진하고 있다. 그 목적은 다음과 같이 설명된다:
이러한 노력의 공통된 초점은 생물학적 정보 처리 장치 — 뇌 — 와 나노 및 마이크로 장치의 합성 네트워크 사이의 상호작용이다. 이러한 상호작용에 집중함으로써 DARPA는 뇌의 신경 및 시냅스 조직에 대한 깊은 이해를 개발하고, 궁극적으로 이 지식을 국방부의 신호 처리, 계산, 인간-기계 인터페이스 분야에서 새로운 능력을 설계하는 가이드로 활용하고자 한다.
[ 뇌(생물학적 정보 처리 장치)과 나노·마이크로 장치의 합성 네트워크 사이의 상호작용은 이 모든 노력의 중심이다. 이러한 상호작용에 집중함으로써 DARPA는 뇌의 신경 및 시냅스 조직에 대한 깊은 이해를 발전시키고, 이를 국방부의 신호 처리, 계산, 인간-기계 인터페이스 분야에서 새로운 능력을 설계하는 지침으로 삼고자 한다. ]
여기서 잠시 과학소설적 시선을 떼지 않고, 다음과 같은 가능성을 상상해보자:
- 가까운 미래에는 전투기 조종이나 무기 시스템 제어에 인간의 신경 반응 시간을 줄여, 신호 전달 지연 없이 즉각적으로 반응할 수 있는 군사적 이점이 생길 수 있다.
- 장기적으로는 인간을 의사결정 시스템에 통합하는 것이 가능해질 수도 있다. 그들의 뇌는 '생물정보 처리기'로 사용되며, 기존 컴퓨터가 어려운 예기치 못한 문제 해결 같은 역할을 수행하게 된다. (불안하지 않아도 된다: 그들을 전자 회로 사이에 가둬둘 필요는 없다. 단순히 일상적인 작업 공간에서 정보망과 무선 연결만 하면 된다.)
이 과학소설적 시선을 마무리하고, 현실로 돌아오자.
존 도노휴의 신경과학 연구실은 DARPA로부터 '나노·마이크로 구조 전자/광전자 배열과 뇌의 결합: 생물정보마이크로 인터페이스에서의 상호작용 계산'이라는 연구에 자금을 지원받았다. 이 연구는 브레인게이트 프로젝트와 직접적으로 관련되지 않지만, 관련 정보는 거의 없었다. 읽기 어려운 설명 페이지 [10]를 보면, 현재는 뉴런 근처에 나노센서를 사용해 뇌 활동 이미지를 만드는 데 초점을 두고 있는 것으로 보인다. 뇌와의 결합을 위한 나노기술의 적용은 아직 실현 단계가 아님을 알 수 있다.
(나노기술이 아직 생소하다면, [11]에 제시된 분자 나노기술 소개 페이지를 방문하시기 바랍니다. 프랑스어로 제공됩니다.)
DARPA는 애리조나 주립대학에도 '고급 신경 임플란트 및 제어' 연구를 지원했다. 이 연구의 개요는 [12]에 제시된 66페이지 분량의 영문 문서에서 확인할 수 있다.
이 문서(17쪽)에서 중요한 이미지를 발췌해 보면, 임플란트의 끝부분은 단순한 수동 전극이 아니라, 다기능을 수행하는 활성 장치 집합체이다.
특히 주목할 점은 다음과 같다:
- 생물활성 물질 저장 구조(Bioactive Component Storage Structures)
- 전기 신호 기록 및 뉴런 자극 장치(Electrical Recording/Stimulating Surfaces)
- 소자 구조에 기반한 활성 FET 장치(Active FET Devices, ChemFETs) — 구체적인 설명 없음
- 열, 자기, 압력 자극을 위한 다른 활성 장치(Other Active Devices)
- 유체 운반용 마이크로 채널(Fluid Microchannels)
이러한 장치를 통해 뉴런과 시냅스와의 전기적(양방향), 열적, 자기적, 화학적 등 다양한 방식의 결합이 가능해진다. 신경 신호 회수와 뉴런 자극을 위한 실험 가능성은 거의 무한하다.
이제는 최선과 최악의 가능성 모두 문이 열렸다.
최선: 장애(마비, 실명, 청각장애, 신경질환 등) 치료 분야에서 엄청난 진전이 있을 것이다.
최악: 대규모 인구를 정신적으로 완전히 통제할 수 있는 수단이 등장할 것이며, 일부는 이를 실제로 사용해보려는 유혹을 느낄 수 있다. 다행히 인간의 남은 지혜가 최악의 결과를 막아줄 것을 기대한다.
더 깊이 알아보고 싶다면
이 글을 준비하면서 참고한 문서 목록을 아래에 정리했다. 원하신다면 이 정보들을 바탕으로 주제를 더 깊이 탐구할 수 있다. 다만, 거의 모든 문서가 영문이다.
문서를 보려면 번호를 클릭하기만 하면 된다.
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[1] 브레인게이트 시스템 시범 연구 결과에 대한 브라운 대학 보도자료 (영문)
[2] 사이버키네틱스 신경기술 시스템 회사 웹사이트 (영문)
[3] 뉴로브랭크스: 신경계의 모든 비밀 (프랑스어)
[4] 브라운 대학교 뇌과학 연구 프로그램 웹사이트 (영문)
[5] 브라운 대학교 신경과학 연구실 웹사이트 (영문)
[6] 2004년 11월 디스커버 매거진에서의 존 도노휴 인터뷰 (영문)
[7] 브레인게이트 신경 보조기의 세부 원리 (영문 PDF, 69쪽)
[8] DARPA 홈페이지 (영문)
[9] DARPA 생물정보학 연구 프로그램 소개 페이지 (영문)
[10] 브라운 대학교의 '신경 활동 광영상용 나노센서 개발' 프로젝트 소개 페이지 (영문, 일부 브라우저에서는 작동하지 않음)
[11] 분자 나노기술 소개 (프랑스어)
[12] 애리조나 주립대학에서 수행 중인 DARPA 신경 임플란트 연구 프로젝트 설명 (영문 PDF, 66쪽)
[13] 미시간 대학교 연구팀이 개발한 무선 마이크로 임플란트 신경 장치 설명 (영문 PDF, 22쪽)
[14] 미시간 대학교의 군인을 위한 생물공학 기술 응용 제안 (영문 PDF, 26쪽)
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