1 개요
- Brain–Computer Interface (BCI)
- Brain–Machine Interface (BMI)
- Mind-Machine Interface (MMI)
- Direct Neural Interface (DNI)
뇌와 기계를 직접 연결해서 컴퓨터나 기계를 직접 조작하는 인터페이스 시스템을 말한다. 여러 명칭이 있지만 보통 BCI로 통용된다. 크게 삽입형 BCI, 부분적 삽입형 BCI, 비삽입형 BCI로 나눌 수 있다. SF 장르에서는 전뇌라고도 부르기도 하지만 공식적인 명칭이 아니다. 언젠가 BCI 기반의 VR 장비가 대중화된다면 공식 명칭이 될 가능성도 있다.
원래 통 속의 뇌 같은 식으로 SF에서 예측되었다. 현실에서는 1970년대에 원숭이를 이용해서 기계를 조작하는데 성공한 실험이 시초이다. 이 기술은 1990년대에 대폭 발전해서 2010년대인 현재 어느정도 성과를 거두고 있다.
현재 연구 중인 BCI는 마음을 읽는 기적의 장치가 아니다. 뇌파나 뇌세포의 전기적 신호를 읽어서 그 중 특정 패턴을 입력 신호로 읽어들이는 형식이다. 현재는 신호 해석의 정밀도와 속도 문제가 남았다.
뇌의 신호를 밖에서 읽어들이기는 어렵지 않다. 반대로 밖의 신호를 뇌에 전달하기는 아직 어려움이 있다. 실현되어도 뇌에 어떤 영향을 줄지 알기 어려우므로 불안전할 수 있다. 시각을 잃은 환자를 위한 삽입형 BCI정도가 제한적으로 연구되고 있는 정도.
2 종류
2.1 삽입형 BCI
삽입형 BCI는 두개골 열고 뇌에 임플란트를 시술한다. 이를 통해 전기신호나 운동피질 움직임 등을 읽어서, 임플란트에 연결된 선으로 신호를 따서 외부 기계에 반영하는 형태다.
이 방식은 가장 민감도는 좋지만, 뇌에서 전극과 맞닿는 곳에 생기는 반흔으로 인한 부작용이 생길 위험이 있다. 시간이 지나면서 흉터 부위가 자연치유되거나 상처입으면서 신호가 약해지는 등의 문제가 생길 수 있었다.
삽입형 BCI는 사고로 시력을 잃은 사람에게 시각을 돌려주는 것[1]과, 전신마비 환자에게 스스로 조작할 수 있는 기계를 제공하는데 연구 초점을 맞추고 있다. 실제로 시술을 받은 사람 중에는 제한적이나마 시각 정보를 얻어 느릿한 속도로 자동차 운전이 가능한 수준까지 도달했다. 전신 마비 환자도 삽입형 BCI 시술을 받은 사례가 있다.
2015년 2월 17일, DARPA에서 인간의 뇌에 삽입하여 시각 피질에 이미지를 주입할 수 있는 칩을 개발 중이라고 발표하였다. 가격은 10달러 내외에 두께는 5센트짜리 동전 2장 두께의 앏은 수준으로 개발한다고. [1]
그리고 2016년 10월 14일, 뇌신경 삽입술로 촉각 신경을 제현해냈다. [2]
2.2 부분적 삽입 BCI
부분적 삽입 BCI는 두개골 내부에 삽입하지만, 뇌의 회백질까지는 건드리지 않는 정도를 가리킨다.
뇌파를 읽어내는 근본 원리는 비삽입형 BCI와 마찬가지로 뇌파 전위를 기록하여 해석하는 방식(EEG)과 같다. 다만 경뇌막 아래에 얇은 플라스틱 판을 심어 이를 통해 대뇌피질에 직접 전극을 접촉시켜 뇌파를 측정(Electrocorticography, ECoG)한다.
비삽입형에 비해 두개골에 의한 신호 반감이 적어 해상도가 높으며, 삽입형에 비해 뇌에 생기는 반흔 문제가 생기지 않는다.
2.3 비삽입형 BCI
비삽입형 BCI는 신체에 인터페이스를 삽입하지 않는 방식이다.
현재 가장 유력한 방식은 뇌파 전위를 읽어내는 EEG(Electroencephalography) 단자를 두피에 붙여서 뇌파를 읽는 방식이다. 그리고 뇌자기를 읽는 Magnetoencephalography(MEG)와 functional magnetic resonance imaging(fMRI), 두뇌 뉴런이 흡수할 수 있는 미약한 주파수 대역인 ELF/SLF/ULF파를 이용하는 방식이 연구되고 있다.
EEG 단자는 이미 의료용으로 사용하던 장비이다. 이를 이용하여 비교적 저가 대역에서 상업화된 상태이다. 특히, 접속 효율을 높이기 위해 젤을 바른다든지 할 필요가 없는 건조식 EEG 단자가 나오면서 탄력을 받았다.
삽입형, 부분삽입형 BCI는 수술이 필요한 관계로 환자라면 몰라도 일반인에게는 가까이 가기 어렵다. 비삽입형 BCI는 일반인 대상으로 상업화하기 유리한 형태로, 장래가 유망한 분야이다.
2.3.1 EEG 기반 제품
EEG 기술 기반의 대표적인 회사는 다음과 같다.
- NeuroSky : '마인드플렉스'(2009년)라는, 정신으로 공을 조종해서 미로를 빠져나가는 제품과 '스타워즈 포스 트레이너'(2009년)라는 제품을 시판했다. 특히 포스 트레이너는 스타워즈를 등에 업고 상업적으로 성공했다. 루크 스카이워커가 포스 훈련을 할때 쓰이던 것과 비슷한 공의 영상을 띄우고 정신을 집중하면 그 공을 들어올릴 수 있다.
- Neurowear : 'necomimi'(2011년)라는 제품이 유명하다. 명칭은 네코미미를 뜻하는 nekomimi에서 k를 c로 바꾼 제품. 머리에 쓰는 고양이귀 머리띠로, 뇌파를 읽어 저절로 움직인다. 제품에 사용한 EEG 부품 자체는 뉴로스카이에서 만든 것이다.
- Emotiv : Epoc이라는 EEG 컨트롤러를 출시(2009년). 14개의 EEG 단자를 이용하며, 네가지 심리 상태, 6축이동+6가지 회전+사라짐=13가지 의식적 집중에 의한 움직임, 얼굴 표정, 그리고 머리의 움직임(EEG가 아닌 자이로를 이용한 헤드 트랙킹) 기능이 붙어있어서, SDK 개발만 해주면 윈도우 PC 기반의 와이어리스 컨트롤러로 사용할 수 있다. 게임에도 쓸 수 있다고 한다. 가격은 300달러 대. Epoc는 TED 강연에서도 선보인 바가 있다.
- g.tec : IntendiX이라는 문자 타이핑 가능한 최초의 EEG 기반 상용 제품을 출시(발표 2009~2010년). EEG 모자를 쓰고 화상 키보드에서 특정 문자에 집중하면 문자에서 빛이 깜빡이고 이걸 입력 확인으로 정신집중해서 타이핑하는 형식이다. 숙련되면 1초에 1문자 입력 가능하다고 한다. 전신마비 환자를 위한 제품으로 소개되었으며 가격은 1.2만 달러 대로 좀 비싸지만, 외부 출력 체계만 잡아주면 스마트폰이나 TV 같은 다른 장비에도 쓸 수 있고, WoW 같은 게임에도 적용할 수 있다고 한다.
3 미래?
현존하는 어느 제품이건 사용하려면 훈련과 숙련이 필요하다. HMD 형태의 VR 플랫폼이 대두된 2016년 현 시점에서는 생각을 즉시 입력할 정도로 구체적이지는 않으며, 반응성도 느린, 비싼 장난감에 지나지 않는 수준.
하지만 데이터가 충분히 쌓이면, 컨트롤러의 보조를 할 수 있을 정도의 영역까지는 올라갈 것으로 보인다. 최대 문제는 접촉성 높이려고 머리 미는 부분인 거 같은데 앞으로 유행할 헤어스타일은 스킨헤드 탈모인들의 희망
EEG BCI 장비에다 현재의 충분히 발달한 3D 그래픽 기술과, 3DoF 헤드트래킹, 오큘러스 리프트 같은 HMD 장비, 그리고 아이폰 Siri와 구글 글래스가 보여준 음성 인식, 근육 움직임을 읽는 차세대 컨트롤러인 Myo 등과 합해지면 BCI 기반의 가상현실이 멀지 않았을 것이다.