PBS NEWSHOUR (2008-6) (3회)

[charliek]

PBS REPEAT & EXERCISE (3/JUNE)                                                    INSTRUCTOR KIM SOO-YEON

JEFFREY BROWN: 원숭이와 기계의 놀라운 개가이다. 오늘 한 연구진이 원숭이 한 쌍이 로봇 팔을 조작해 두뇌의 힘만을 사용해서 스스로 먹이를 가져다가 먹는 방법을 터득했다고 보고했다.

피츠버그의 한 과학연구진은 (현재 화면에 보이는) 이 원숭이와 다른 한 마리의 뇌에 전극을 이식했다고 ‘네이처’지에서 발표했다. 이 논문에서 설명되었듯이 전극이 이식된 곳은 뇌의 동작을 관장하는 부분이었다. 이 뇌에서 나오는 신호들은 선을 통해 직접 컴퓨터로 전송되었으며 컴퓨터는 로봇 팔에 부착된 상태였다.

이 원숭이들은 자신의 팔들은 구속을 당해 움직일 수 없는 상태에서도 그 로봇 팔을 조작해 먹을 것을 (스스로에게) 가져올 수 있었다.

직접 뇌에 작용하는 방법으로, 이 원숭이의 사고와 행동을 연결하는 실험은 이전의 시도에서 한 걸음 더 나아가 척추 및 기타 부상을 당한 (인간) 환자들을 위해 비슷한 기술을 고안해내게 될 것이다.

뇌 수술과는 연계되지 않은 다른 연구 방법들도 이미 사람 및 새로운 보철에 시도된 적이 있었다. (하지만) 모두 불완전하고 실험 단계에 있다.

이제 여러 과학자들을 통해 오늘 나온 보고서를 살펴보면서 과연 그들도 뇌로 연결되는 통로들에 대한 직접적인 연구 작업을 할 수 있을지 살펴본다.

JEFFREY BROWN: (그보다 앞서) 이번 연구 결과에 대해 좀 더 들어보기 위해 이번 연구의 수석 책임자를 자리에 모셨다. Andrew Schwartzs는 피츠버그 의과대학 신경생물학과 교수이다.

괜찮으시다면, 한 걸음 뒤로 살짝 물러나서 이번 연구가 어떻게 진행되었는지 좀 더 설명을 부탁드립니다. 전극들이 동작을 관장하는 뇌의 특정 부분들에 이식되었고 이것이 컴퓨터에 연결되었다? 저희들을 위해 짧게나마 설명을 부탁드립니다.

ANDREW SCHWARTZ, University of Pittsburgh: 맞아요, 그래서 세 가지 구성 부분이 있습니다. 첫째 미세전극들입니다. 이것들은 사람 머리카락 크기의 작은 전극들입니다. 이것들이 뇌의 세포들로부터 개개 임펄스들을 수집합니다. 그러면 우리가 충분한 수의 임펄스를 수집해서 신호를 추출할 수 있게 되면 (그 신호가) 컴퓨터를 통해 처리가 됩니다.

그래서 이들 전극들이 (그들이 수집한) 신호들을 컴퓨터로 보냅니다. 컴퓨터는 이 신호들을 처리하고 (우리가 생각하기에) 원숭이가 움직이려는 의도를 생성해냅니다. 그리고 그 의도가 처리되어, 다시 한번, 언어화되는데 (그 언어는) 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어이고 그 다음 단계로 로봇이 그 동물의 욕구에 따라 움직이게 됩니다.   

JEFFREY BROWN: 그래서 원숭이를 훈련시켜야 그 로봇 팔을 사용할 수 있게 되나요? 그리고 그렇게 되려면 얼마나 걸리나요?

ANDREW SCHWARTZ: 그 훈련에는 사실 두 가지 단계가 있습니다. 첫째, 원숭이가 특정 개념, 즉 스스로 조작할 수 있는 팔이 있다는사실에 친숙해지도록 우리가 만들어야 하는 단계입니다. 그것을 우리는 조이스틱을 가지고 합니다.

전극을 이식하기 전 단계에 일단 우리는 조이스틱을 가지고 그 (로봇) 팔을 움직이게 만들도록 원숭이를 훈련시킵니다. 그렇게 해서 원숭이는 그 팔에 대해서 학습하게 됩니다. 그리고 나서 원숭이가 그 상황에 친숙해진 이후에 전극을 이식하고 원숭이를 단계별로 훈련합니다.

우리가 하는 것은, 첫째, 원숭이를 훈련해서 그 로봇팔을 목표물 방향으로 움직이게 합니다. 일단 그 목표에 도달하면 그 팔이 안정되도록 하고 그 다음에 집게를 닫도록 하고 그 다음에 그것을 다시 가져옵니다. 그래서 사실 네 단계가 있는 것입니다.

JEFFREY BROWN: 하지만 본질적으로, 결국, 그 원숭이가 그 동작을 생각하고 있는 것인가요? 결국 그런 말이 되나요?

ANDREW SCHWARTZ: 맞습니다. 그래서 우리는 결국 자기 팔을 움직이는 것과 비슷하다고 생각합니다. 이렇게 생각할 수 있겠죠. 마치 당신이 마우스를 움직여 커서를 가지고 컴퓨터 상에서 움직임을 만들어내고 있는 것 같은…그래서 그 마우스를 당신의 손으로 움직이고 당신은 그 커서가 움직이는 것을 봅니다. 그러면 금방 당신은 당신의 손이 마우스와 함께 움직이고 있다는 사실을 생각하고 있다는 것도 멈추게되고 커서만 보게 되는 것입니다.  

JEFFREY BROWN: 원숭이가 얼마나 많은 동작들을 할 수 있었나요? 그리고 원숭이들이 할 수 있는 동작의 한계는 어디인가요?

ANDREW SCHWARTZ: 지금 당장은 공간상으로 (팔을) 뻗쳐서 조그만 먹을 것을 집어서 자신들의 입으로 가져올 수 있습니다. 꽤 숙련되고 정확한 동작입니다. 우리 생각으로는 대략 2mm의 정확도가 있어야 그 음식을 집을 수 있는데 원숭이들이 꽤 잘 합니다.

그래서 원숭이들은 로봇 팔을 자신들의 앞쪽 공간 어디로든 팔을 움직여서 음식을 집을 수 있습니다. 이제, 이 장비가 없는 부분은 팔목과 손과 손가락들입니다. 그래서 그 집게를 (특정) 방향으로 향하게 해서 그 음식을 들어올리는 것은 사실 꽤 어렵습니다.

PBS EXPRESSIONS & EXERCISE (3/JUNE)                                              INSTRUCTOR KIM SOO-YEON

1. 원숭이 한 쌍이 로봇 팔을 조작해 두뇌의 힘만을 이용해서 스스로 먹이를 가져다가 먹는 방법을 배웠다: a pair of monkeys learned how to control a robotic arm and ~ by ~

2. 그들이 이 원숭이의 뇌에 미세 전극들을 이식했다고 피츠버그의 과학자들이 ‘네이처’지를 통해 발표했다: Scientists ~ ~ the journal Nature that they ~ tiny electrodes ~ of this monkey

3. 뇌에서 나오는 신호들이 바로 선을 통해 컴퓨터로 보내졌다: Signals from the brain ~  a computer

4. 그 원숭이들은 그 로봇 팔을 조작해 스스로에게 음식을 가져올 수 있었다: The monkeys were ~ to ~ the robotic arm to ~ them food

5. 이전의 노력들보다 더 나아가 비슷한 기술들을 만들어내다: ~ than earlier efforts to ~ similar technologies

6. 모두 불완전하고 실험 단계에 있다: All are imperfect and ~

7. 이번 연구의 수석책임자를 자리에 모셨다: we're ~ by the study's ~

8. 우리를 위해서 조금 자세히 설명해달라: ~ this a little bit

9. 이들은 작은 전극들로서 대략 인간 머리카락 크기이다: These are small electrodes ~ a human hair

10. 이것들이 뇌 안의 세포들에게서 나오는 개개의 임펄스 신호들을 수집한다: These ~ single impulses from cells in the brain

11. 우리가 이들을 충분히 수집해야 특정 신호(signal)를 추출할 수 있고 이 신호는 컴퓨터에 의해 처리된다:

we ~ enough of those that we can ~ a signal that's ~ by a computer

12. 그 의도가 처리되어 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 전환된다: that intention is then ~, once again, ~ that the robot can understand

13. 로봇이 그 동물의 욕구에 따라 움직인다: the robot moves ~

14. 그 훈련에 두 가지 단계가 있다: there's two ~ the training

15. 그 원숭이를 조이스틱을 가지고 그 (로봇) 팔을 움직이게 훈련한다: we just ~ the monkey to ~ the arm with a joystick

16. 우리는 그 원숭이를 단계적으로 훈련시킨다: we train the monkey ~

17. 원숭이가 그 (로봇)팔을 움직여 그 목표물 방향으로 움직이게 훈련시킨다: ~ the monkey to ~ the arm toward the target

18. 자기 팔을 움직이는 것과 비슷할거다: it'd be ~ moving your own arm

19. 그들의 움직임에 제한들이 있다면 무엇인가?  what are ~ their movement?

20. 공간상으로 (팔을) 뻗어서 조그만 먹을 것을 집어서 그들의 입으로 가져올 수 있다: they're able to ~ in space, ~ a small piece of food, and ~ it back to their mouth

PBS EXPRESSIONS & EXERCISE (3/JUNE)                                              INSTRUCTOR KIM SOO-YEON

1. 미국의 한 연구진이 원숭이들이 생각만으로 로보트 팔을 이용해 스스로에게 먹이를 가져올 수 있도록 해주는 뇌 이식 장치를 만들어냈다.

Researchers in the United States have created a brain implant that allows monkeys to feed themselves using a robotic arm just by thinking about it.

2. 심각한 부상이나 뇌일혈이 있은 후 심각한 장기적 통증을 겪고 있는 수백명의 환자들이 뇌에 전극을 이식하는 수술을 통해 삶을 완전히 변화시킬 수도 있다.

Hundreds of patients who are in agonising long-term pain following serious injury or a stroke could have their lives transformed by surgery that involves implanting electrodes in the brain.

3. 이달 말 즈음이면 우리는 우리 지역 모든 학교들이 컴퓨터 망에 접속될 수 있도록 하는 과정의 다음 단계에 들어가 있게 될 것이다.  

Later this month we’ll be in the next step in having all the schools in our region be wired to a computer network. 

4. 매일 밤 뉴스에서 “기적의 약” 어쩌구하면서 고통 완화나 체중 감소에 도움이 된다는 약에 대한 소식이 나오는데 꼭 끝에 가서는 “FDA의 승인 절차가 남아있다”거나 혹은 “이 약은 아직 실험 단계에 있다”는 앵커의 말로 끝맺음을 한다.

Every night on the news, we hear about some "wonder drug" that promises to help alleviate pain or lose weight. At the end of the report our anchor will often say something like, "pending the approval of the FDA" or "this drug is still in the experimental stages.”

5. ‘Wired.com’의 윌 라이트가 우리를 과학의 세계로 설명을 통해 안내해주면서 ‘원시 수프’ (지구상에 생명을 발생시킨 유기물의 혼합 용액) 부터 시작해 우주 탐사에 이르기까지 모든 것을 보여주게 된다. 

Wired.com’s Will Wright walks us through the science world, showing us everything from the primordial soup to space exploration.

INTRODUCTORY COURSE FOR GSIT & GSTI 2008

SPEAKING LEVEL UP (PBS NEWSHOUR)                                               INSTRUCTOR KIM SOO-YEON

PBS NEWSHOUR 3. Monkeys Learn to Control Robotic Arm With Brainwaves 

(Advances in brain-controlled prosthetics reached new heights as researchers at the University of Pittsburgh announced the successful use of a prosthetic arm linked directly to the brain of a monkey. Lead researcher Andrew Schwartz discusses the findings.)

JEFFREY BROWN: It's a remarkable feat of monkey and machine. Researchers reported today that a pair of monkeys learned how to control a robotic arm and feed themselves by using only their brainpower.

Scientists in Pittsburgh reported in the journal Nature that they implanted tiny electrodes in the brains of this monkey and one other. As described in their paper, the electrodes were implanted in a part of the brain which controls movements. Signals from the brain were wired directly to a computer, which was attached to the robotic arm.

The monkeys were able to control the robotic arm to bring them food, even as their own arms were restrained.

By operating directly on the brain, this monkey-think-monkey-do experiment goes further than earlier efforts to create similar technologies for human patients with spinal cord and other injuries.

Other avenues of research that are not connected with brain surgery have already been tried with humans and new prosthetics. All are imperfect and in the experimental stages.

Now, scientists are looking at today's report to see whether they, too, can work directly on pathways to the brain.

Teaching monkeys to use robots

JEFFREY BROWN: And for more on this finding, we're joined by the study's senior author. Andrew Schwartz is professor of neurobiology at the University of Pittsburgh School of Medicine.

Well, let's step back, if you would, and explain a bit more about how this is done. Electrodes are implanted in a part of the brain that controls movement, and this is connected to a computer? Walk us through this a little bit.

ANDREW SCHWARTZ, University of Pittsburgh: Right, so it really has three components. The first are the microelectrodes. These are small electrodes about the size of a human hair. These pick up single impulses from cells in the brain. And we pick up enough of those that we can extract a signal that's processed by a computer.

So these electrodes send their signals to a computer. The computer processes these signals and generates what we consider the monkey's intention to move. And that intention is then processed, once again, into a language that the robot can understand, and the robot then moves along with the animal's desire.

JEFFREY BROWN: So do you have to train the monkeys to use the mechanical arm? And how long does that take?

ANDREW SCHWARTZ: Well, there's actually two phases to the training. First, we have to familiarize the monkey with the whole idea that there's an arm that it can control. And we do that with a joystick.

So before we implant any electrodes, we just train the monkey to move the arm with a joystick, so it learns about the arm. And then, after it's familiar with that, we implant the electrodes and we train the monkey in stages.

What we do is, first, train the monkey to move the arm toward the target. Once it's at the target, we have to have it stabilize and then close the gripper and then bring it back. So there's really four stages to that.

JEFFREY BROWN: But in essence, in the end, the monkey is thinking the movement? Is that a way to say it?

ANDREW SCHWARTZ: Right. So we believe it'd be analogous to moving your own arm. And one way to think about it is as if you were moving a mouse and generating movement on a computer screen with a cursor, so you move that mouse with your hand and you see the cursor move. And pretty soon you stop even thinking about your hand moving at all with the mouse and just look at the cursor.

JEFFREY BROWN: And how much were the monkeys able to do? And what are the limits to their movement?

ANDREW SCHWARTZ: Well, right now, they're able to reach out in space, grasp a small piece of food, and bring it back to their mouth. And it's a pretty skilled, accurate movement. We think it takes about two millimeters of accuracy in order to grasp the food, and they do pretty well.

So they can move the arm anywhere in space in front of them and grasp the food. Now, what this device is missing is a wrist and hand and fingers. So it's actually pretty difficult to orient the gripper to pick up the food.