뇌-기계접합기술(BCI)연구 현황과 미래상 고찰(서울대 학생 리포트 공모대회 수상작, 2007년)

관심이 있으시면 링크걸어놓은 자료를 읽으십시오. 가독성이 훨씬 좋은 pdf 파일이기때문에 보기 편하실 겁니다. 2007년 당시 연구 현황을 간략하게 엿볼 수도 있고(지금은 비교가 안되게 발전이 되어 있겠죠) 각국의 연구실 현황 비교도 간략하게 알 수 있습니다.   <A href="http://s-space.snu.ac.kr/bitstream/10371/10839/1/report_v07_004.pdf">http://s-space.snu.ac.kr/bitstream/10371/10839/1/report_v07_004.pdf</A>     제7회 우수리포트 공모대회 장려상 수상작 뇌-기계접합기술(BCI) 연구 현황과 미래상 고찰 한욱현 (공과대학 기계항공공학부) * 이 글은 2007년 2학기 ‘과학과 기술 글쓰기’(담당교수: 김재영) 강좌의 리포트이다. 해외 몇몇 국가에서는 컴퓨터, 기계 기술과 인간의 뇌를 연결하여 장애 를 극복하려는 뇌-기계 접합기술(이하 BCI ; Brain Computer Interface) 이 빠르게 발전하고 있다. 현재 BCI는 인공보철의 형태로 큰 성과를 거두 고 있으며, 척추 마비 환자가 부분적으로나마 스스로 거동을 제어할 수 있 는 수준에 이르렀다. 또한 BCI를 응용한 뇌파이용게임도 활발히 개발되고 있으며, 임상기술과의 연계를 통한 BCI Entertainic이 제안되는 등 다양한 연구가 진행 중이다. 본 논문에서는 문헌조사와 국내 연구자와의 인터뷰를 통해 한국의 BCI 기술수준을 현재 가장 높은 수준을 보이는 미국의 기술 과 비교하였으며, 국내의 BCI 연구 수준과 연구 방향, 한계점에 대하여 조 사하였다. 현재 한국의 BCI 기술은 미국에 비해 안정성과 생체 신호 인식 등에서 상대적 열세를 보이고 있으며 인공시각의 실용화에서도 뒤쳐져 있 다. 또한 BCI 기술은 미래의 재활산업에 핵심적인 역할을 수행할 것으로 보이지만 이에 따른 군사적, 윤리적 문제점도 발생할 것으로 예상된다. 한 국의 경우, ‘게임을 통한 뇌파훈련이용 외부기기 제어 방식’이 앞으로 BCI 기술의 발전방향이 될 수 있을 것이다. Key Words: 뇌-기계접합기술(BCI), 인공보철, BCI Entertainic, 재활산업, 게임을 통한 뇌파훈련이용 외부기기 제어 1. 서론 한국은 현재 정보기술(이하 IT), 조선 산업 등 다양한 기술 분야에서 세계의 인 정을 받고 있다. 현대 기술의 발전 방향은 크게 저장 용량의 확장과 집적화로 나 눌 수 있다. 이러한 예로 Terabyte의 저장매체 연구나 소형화되는 휴대폰, 컴퓨 터를 들 수 있으며, 더 나아가 입고 사용할 수 있는 웨어러블 PC의 실용화가 이 루어지고 있다. 이를 통해, 고성능의 기계와 인간이 점점 밀접해지는 경향을 볼 수 있다. 이러한 경향은 현대에 와서 BCI라는 기술로 최고점을 이룬다. 다음은 BCI기술의 도움으로 시력을 되찾은 Jens씨와 청력을 되찾은 송성지 학생 의 사례를 언론이 인터뷰한 것이다. 이들의 경험을 생생하게 전달하기 위해 원문 중 일부를 그대로 인용하겠다. <BCI를 통해 시력을 되찾은 Jens씨의 사례>(<그림 1>은 Jens씨의 인터뷰 화면 이다.) 사회자: Jens씨는 2번의 사고로 인해서 시력을 완전히 잃어버리셨다고요? Jens: 예, 맞습니다. 우선 17살에 British Columbia 철도에서 근무하다가 한쪽 눈의 시력을 잃었으며 20살 때는 설상차로 작업을 하던 중 작은 금속 조각이 날아와서 다른 쪽 눈도 실명을 하게 되었습니다. 사회자: 그럼 정말 아무것도 볼 수가 없었던 거군요? Jens: 예. 저는 20살 때부터 완전한 암흑 속에서 살았죠. 사회자: 이 시스템을 착용하고 모든 것이 설치가 되었을 때 무슨 일이 일어났나요? Jens: 뭔가 아주 신기한 일이 벌어졌습니다. 우선 흰색의 섬광들이 오른쪽에서 나타났으 며 좀 지나서는 양쪽에서 다 나타나더라고요. 주위를 둘러보니 구석에 사람이 앉아있었는 데 처음에는 그 신호가 무엇인지를 몰라 그 신호를 듣거나 느끼려고 노력하였죠. 하지만 곧 제가 실제로 그 사람을 보고 있다는 것을 깨닫게 되었죠. <그림 1> Jens 씨의 인터뷰 (출처 : CBS Health Watch, ‘The Early Show’ 2004. 6. 14) 그런 다음에 시각만을 이용해 주변에 있던 TV 리모컨을 찾아 TV를 켰습니다. 항상 더 듬어 가면서 물체를 찾던 저에겐 이건 매우 큰 변화였죠. 사회자: 장치를 이식한 지 2시간이 지난 후 비어있는 공원에서 천천히 운전을 하였다고 방송 전에 말씀하셨죠? Jens: 예. 정말로 운전을 하고 있었죠. 저에게 주어진 모든 시각적 정보를 이용하여 운전 을 하였죠. 차 밖에 나가서 제가 어디 있는지 알아볼 필요가 없었습니다. 차 안에서 앞쪽 과 옆쪽의 유리창을 통해 건물들과 나무들이 어디 있는지 파악하고 이들을 피해 일정 거 리를 운전한 후 다시 출발점으로 돌아왔죠. 사회자: 그때의 기분이 어땠습니까? Jens: 정말 대단했죠. 거의 믿을 수가 없었습니다. 저는 제가 이 암흑 속에서 평생을 갇혀 살 거라고 생각했으니까요.1) <인공와우로 청력을 되찾은 송성지 학생의 사례> (<그림 2>는 송성지 학생의 인터뷰 화면이다.) 기자: 그리고 이날 펼쳐진 아주 특별한 이벤트 – 1년 전 인공 와우 수술을 통해 청력을 얻은 송성지 학생의 스피드 퀴즈! 이젠 소리만 듣고도 문제를 맞힐 정도로 정상 청력을 되찾은 상태. <그림 2> 송성지 학생의 인터뷰 (출처 : KBS ‘출발 세상 속으로’ 2004. 12. 7) 학생: 친구들의 입 모양만 보고 알아들었는데 지금은 입 모양을 보지 않고도 들을 수 있 어요. 기자: 출발 세상 속으로 – 오늘은 청각장애 아동들을 위한 새로운 희망, 인공 와우 수술 과 재활에 대해 알아봅니다. (생략) 사회자: 인공 와우 수술, 좀 생소한 이름이긴 한데요. 과연 어떠한 수술인가요? 출연자: 와우라는 것은 달팽이관이라는 건데요. 우리 귓속에 보면 딱 달팽이 모양으로 생 긴 손톱모양의 작은 기관이 들어있거든요. 그 안에 인공적으로 전극을 삽입한다는 것이에 요. (생략) 전문가: 고도 난청의 경우, 보청기를 많이 사용하게 됩니다. 그렇지만은 그런 보청기로도 재활이 어렵고 듣기가 어렵기 때문에 저희가 인공와우를 선택하는 것입니다. 현재로서 고 도 난청 아이들에게 가장 좋은 재활 방법은 인공 와우 이식 수술이라고 할 수가 있겠습니 다. 사회자: 그 동안은 입 모양만 보고 의사소통을 하다가 이 인공 와우 수술을 통해서 이제 는 소리를 듣고 의사소통을 할 수 있게 됐다는 얘기네요.2) 위의 사례에서 볼 수 있듯이, 보지 못하는 사람이 볼 수 있게 되고, 들을 수 없는 사람이 듣게 되었다. 이러한 믿을 수 없는 일은 2000년 전 성경에 나오는 예수님의 기적에서만 가능했던 이야기였다. 또한 불의의 사고로 시력을 잃지만 사이보그로 재탄생하여 초인적인 능력을 발휘하는 이른바 ‘600만 불의 사나이’는 우리에게 단지 공상과학으로만 받아들여졌다. 그러나 위의 두 인터뷰 사례는 엄 연한 현실이며 이는 뇌-기계 접합기술(이하 BCI)에 의하여 구현되고 있다. 외국에서는 BCI가 2001년 MIT Technology Review 3)에서 21세기 세계를 바 꿀 10대 기술에 선정되기도 하였으며, Miguel A.L.Nicolelis1), Jonathan 1)Mikhail A. Lebedev, Miguel A.L. Nicolelis, 2003, "Brain-Machine interfaces : past, presentand future", Wolpaw 2)와 같은 대가들과 많은 연구자들의 큰 관심을 얻으며 의료산업, 인공 지능 로봇, 게임 등 많은 분야에서 연구되고 있다. 한국에서도 2005년도 국가과학기술위원회에서 발표한 ‘미래 국가유망기술21’3) 에서 BCI를 선정하였으나 이에 대한 많은 연구자들의 인식 수준이 아직 낮고, 선진국에 비교해 볼 때 상대적으로 기술력도 떨어진다. 이러한 때에 국내․ 외의 BCI 기술 발전 현황과 장래성에 대해 환기시키며, 더 나아가 BCI가 앞으로의 사 회에 가져다 줄 다양한 변화에 대해 주의를 기울여 보는 것은 큰 의의가 있다. 이러한 필요성에 따라 본 연구에서는 (1) 외국과 한국의 BCI 기술수준, 상용화 현황을 비교해 보며, (2) BCI 기술이 사회에 미칠 영향에 대하여 분석하며, (3) 이에 따라 한국에서 BCI 기술이 나야가야 할 로드맵을 제시하고자 한다. 2. BCI 기술의 소개 BCI는 좁은 의미에서 컴퓨터나 로봇을 생각만으로 제어할 수 있도록 해주는 장치를 뜻한다. 하지만 BCI는 보다 넓은 의미에서 뇌를 포함한 신경계와 간단한 칩을 포함한 외부의 기기를 직접 연결해 주는 장치를 의미하며 Direct Neural Interface 또는 Neural Prosthesis라고 불리기도 한다. 인간은 어떤 동작이나 추상적인 개념에 대해 사고할 때, 각 정신적 활동에 따 라 뇌의 서로 다른 영역에서 고유한 패턴의 신경활동이 발생한다. BCI는 이 신 경활동의 주기성을 파악하고 신호를 정확히 분석하여 외부 장치에 연결․ 제어하 는 기술이다. BCI를 구현하는 데 필요한 기술은 크게 세 가지로 나누어 볼 수 있다.4) (1) 안전하고 편리하게 두뇌의 신경 활동을 측정할 수 있는 기술 (2) 측정한 뇌신경 활동을 분석하고 신호를 해석하는 기술 (3) 해석된 신호로 컴퓨터나 로봇 등의 외부 장치를 제어하는 기술 현재 기술수준으로 (2)와 (3)은 성공적으로 구현할 수 있다. 반면 (1)의 기술은 뇌에 대한 이해가 아직 부족해서 충분히 진전되지 못했다. BCI의 개략도는 <그 림 3>에 나타나 있다. TRENDS in Neuroscience Vol.29, No.9, pp. 536~546. 2)J.R. Wolpaw, N. Birbaumer, D.J.McFarland, G. Pfurtscheller, T. M. Vaughan, 2002, "Brain-computer interfaces for communication and control", Clinical Neurophysiology 3) 국가 과학기술위원회, "미래국가유망기술", 2005. 8. 29 선정 (<A href="http://www.nstc.go.kr/">http://www.nstc.go.kr/</A>, 2007. 10. 3) 4) 김성준 교수 BioElectronics & System Laboratory (<A href="http://helios.snu.ac.kr/sub_02_BMI.html">http://helios.snu.ac.kr/sub_02_BMI.html</A>, 2007. 10. 8) <그림 3> BCI 개략도 (출처 : 세루야(Mijail Demian Serruya) 박사의 웹페이지 <A href="http://www.neurodelphus.com/NMP.jpg">http://www.neurodelphus.com/NMP.jpg</A>) 인간의 뇌에서 센서가 신호를 받아(①) 이를 해독기를 통하여 분석하여(②) 외부 장치를 구동한다.(③) BCI의 연구는 약 30년 전부터 시작되었지만 90년대 중반에 들어서야 본격적 으로 이루어지기 시작했다. 아직 대부분의 연구들은 동물들을 대상으로 하는 실 험단계에 있으며 인간에게 직접적으로 활용되는 응용기술은 여러 가지 극복해야 할 과제가 많다. 하지만 뇌-기계 접속 기술은 과거에 치료가 불가능했던 시각, 청각, 척추 손상과 뇌질환 등 장애의 극복 가능성을 열었으며 그 외에도 많은 잠 재 가능성을 내포하고 있다. BCI는 크게 출력과 입력의 두 가지 타입으로 나뉠 수 있다. 첫 번째 타입은 출력 BCI로, 뇌로부터 나오는 신호를 측정하고 이를 실시간으로 분석하여 외부 의 기기를 제어하는 것이다. 여기서 뇌의 신호를 측정하는 방법에 따라 다시 뇌 안에 직접 전극을 꽂는 침습 BCI와 외부에서 EEG(뇌파)나 기능자기공명장치 (Functional-Magnetic-Resonance-Imaging ; fMRI) 등을 이용한 비 침습 BCI로 구분 된다. 현재까지는 침습 BCI가 궁극적인 대안으로 주목받고 있다. 침습 BCI의 예 로 원숭이의 뇌의 이식된 칩의 신호를 분석하여 로봇 팔을 움직이게 한 실험이 대표적이다. 두 번째 타입은 입력 BCI로, 뇌 또는 신경계에 인공적으로 생성된 전기적 신 호를 주어 특정한 감각적 혹은 신경적 기능을 구현하는 것이다. 이러한 BCI의 예로는 약해진 청각을 보완하는 인공와우가 대표적이며 아직 실험 단계인 인공 시각이나 뇌의 특정부위를 직접 자극하여 정신 질환을 치료하는 심부뇌자극 (Deep-Brain-Stimulation ; DBS), 척추손상 환자의 운동기능 복원 등이 있다. 3. 연구 방법 (1) 외국과 한국의 BCI 기술수준, 상용화 현황 비교는 크게 문헌조사를 통한 연구와 BCI 관련 연구실과의 면담을 통한 방법으로 이루어졌다. 외국의 정보는 시간, 거리상의 제약으로 문헌을 통한 연구로 얻었으며, 국내의 정보는 문헌조사 와 연구자와의 면담의 두 가지 방법으로 얻었다. BCI 기술 상용화는 시각, 청각, 뇌질환으로 초점을 맞추어 관련 장애인 수와 BCI 기술 (인공 와우, 인공시각)의 기술을 이용하는 환자 수를 문헌과 통계 및 기업 방문을 통하여 연구를 수행하 였다. (2) BCI 기술이 사회에 미칠 영향은 위 (1)의 연구를 토대로 장애재활을 중심 으로 예상하고, BCI 개발에 따른 부작용과 한계사항에 대하여 알아 볼 것이다. (3) 한국에서 BCI 기술이 나아가야 할 로드맵은 (1)의 현재까지의 기술 수준 과 (2)의 예상 가능한 미래를 통해 한국에서 다른 선진국과의 경쟁력을 가질 수 있는 분야를 제안할 것이다. 4. 연구 결과 4.1 외국과 한국 BCI 기술수준 및 상용화 현황 분석 현재 BCI를 활발히 연구하고 있는 나라는 미국과 일본이다. 미국에서는 침습, 비 침습의 두 분야 모두에서 가장 활발한 연구가 이루어지고 있다. 침습, 비 침 습 분야를 대표하는 연구자들을 각각 한 명 씩 들 수 있는데, 그 중에서도 BCI 의 선구자로 불리는 사람은 니코렐리스 교수(Miguel Angelo Laporta Nicolelis) 이다. 니코렐리스의 연구실에서는 원숭이의 뇌에 칩을 이식하여 원숭이의 생각을 통해 로봇의 팔을 제어하는 데 성공하였다. 또한 원숭이의 뇌파에서 읽어낸 정보 를 Duke 대학에서 MIT 대학으로 전송하여 원격으로 로봇 팔을 제어하는 데 성 공하였다. 이러한 BCI 연구로 니코렐리스 교수는 2004년 Science지가 선정한 ‘올해의 가장 영향력 있는 과학자’ 100인에 뽑혔으며 침습 BCI의 가장 대표적인 연구자로 주목받고 있다. 월포우 (Dr. Jonathan R. Wolpaw)는 EEG(뇌파)를 이용한 BCI기술을 가장 활 발히 연구하고 있다. Wolpaw는 1991년 뇌파만으로 마우스 커서를 움직이는 데 성공하였으며, 현재 뇌파로 가전기기를 조절하는 수준에 이르렀다.5) 전극을 이용 한 BCI가 연구의 주류를 이루고 있는 과정에서 EEG를 이용한 기술은 뇌수술이 5) 황민철, 임좌상, 1998. 5, 「인간-컴퓨터 인터페이스의 최근 기술 동향 -BCI와 감성 컴퓨터」, 대한기계학회, 『기계저널제』38권 제5호, pp. 31-34 필요 없다는 큰 장점이 있는 반면 뇌파 정보 수집 면에서 큰 단점이 있어 이를 보완하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 BCI 기술의 대표적인 연구자들을 중심으로 미국과 유럽에서는 인지와 신경과학 연구에 초점을 기울이고 있다. 2006년 7월 <네이처>6)에 따르면 5년 전 사고로 척수가 잘려 전신이 마비된 25세의 매튜 네이글(Matthew Nagle)은 브라운대 뇌 과학자 도노휴(John Donoghue)가 개발한 100개 전극이 달린 칩인 브레인게이트를 뇌 속 운동피질에 이식했다. 그 결과, 별다른 뇌파 훈련 없이 ‘움 직이겠다’는 생각만으로 허리를 굽히거나 의수를 움직이는 등의 16가지 동작을 수행할 수 있게 되었다. 이러한 노력으로 현재 뇌에 컴퓨터 칩 이식과 뇌기능을 원격으로 감지하는 기술이 가능해졌으며, 뇌파를 이용하여 가전제품의 작동과 게 임에서의 물체 속도 및 방향 제어를 수행할 수 있게 되었다. 일본에서는 지능형 로봇에 초점을 맞추어 연구가 진행되고 있다. 이를 위해 기 억, 사고 등의 고차 정신 기구 메커니즘을 해명하고 있으며, 현재 신경회로망 칩 과 개발하는 수준에 이르렀으며, 인공지능 로봇의 개발하는 등의 성과를 올리고 있다.7) 한국의 경우, 다른 BCI 연구 선진국에 이어 1998년부터 ‘뇌 연구 촉진법’8)을 제정했으나, 2003년이 되어서야 본격적인 뇌 연구 계획을 수립할 수 있었다. 현 재 국내에서 BCI라는 개념 자체가 생소할 뿐만 아니라 BCI를 연구하는 연구실 의 수도 매우 적다. 기업 측면에서도 인공 청각을 판매하는 외국계 회사 (Nurobiosys)가 들어와 있을 뿐이다. BCI의 연구에서는 한림대학의 신형철 교수 연구실(팀)이 가장 앞서 있다. 이곳 에선 쥐의 뇌에 직접 전극을 심어 뇌파를 분석하고, 분석된 정보를 기계에 전달 하여 2차원 화면상의 점의 움직임을 통제할 수 있는 정도의 실험이 행해지고 있 다. 하지만 이 쥐를 이용한 실험은 매우 간단한 동작에 그치고 있고, 쥐의 뇌 구 조가 너무 단순하기 때문에 같은 기술을 인간에게 적용하기까지는 많은 과제가 남아있다. 9) 신형철 교수 연구실에서 진행 중인 또 다른 BCI 연구는 게임 분야이다. 게임 6) Alison Abbott, 2006. 7, "Neuroprosthetics In search of the sixth sense", Nature vol 442, pp 125~127. 7) 신정훈, 서은미, 2007. 6, 「BCI기반 Entertainic 기술개발 동향」, 대한전자공학회, 『전자공학회지』 제34권, pp. 71-82. 8) "뇌 연구 촉진법", 법률 제5547호 제정 1998. 06. 03 (<A href="http://www.lawnb.com/lawinfo/law/info_law_searchview.asp?ljo=l&lawid=00109100">http://www.lawnb.com/lawinfo/law/info_law_searchview.asp?ljo=l&lawid=00109100</A>, 2007. 10. 11) 9) 신형철, 2006. 10, 「태권V 생각만으로 조종하려면 조종사 훈이와 뇌파로 공조돼야」, 동아사이언스, 『과학동아』 통권 250호 , pp. 112-117 산업 기술의 발전에 따라 점점 가상현실 등과 같이 인간의 뇌와 직접 소통할 수 있는 게임을 만들려는 시도가 진행되고 있다. 단순한 형태로는 인간이 제어기에 가하는 힘에 따라 게임 속 캐릭터가 제어되는 게임이 개발되고 있으며, 더 나아 가 인간의 감정을 읽어 게임을 제어하는 기술 역시 개발 중에 있다. 이러한 세계 적인 게임 발전 추세에서 BCI는 핵심적인 기술이 된다. 신형철 교수는 개의 뇌 에 전극을 심어 개와 인간이 간단한 게임을 할 수 있게 하고 있다. 개의 뇌에 심 어진 전극을 통해 소리나 시각에서 오는 감각신호를 감지하여 그에 따른 반응을 컴퓨터에 보내어 인간과의 게임을 할 수 있게 하는 것이다. 신형철 교수는 한국의 BCI 기술 개발현황을 통해 그 미래상을 예측하였다. 그 는 현재 한국에서 BCI를 전폭적으로 연구하는 연구자가 많이 부족하며, 기술 수 준 역시 선진국에 비해 많이 부족한 수준이라고 평가하였다. 감정인식 재현기술 과 생체 신호 인식 기술 분야에서 뒤쳐져 있으며, 특히 침습 BCI의 가장 큰 문 제점인 세균에 의한 뇌 감염과 1년에 한 번 필수적인 전극 교체를 위한 수술과 같은 안전 신뢰성 기술에서 많이 떨어져 있다는 것이다. 반면 그는 한국이 비록 현재는 BCI 기술 선진국에 비해 기술 수준이나 연구비 지원 등에서 부족하지만, Robotics와 IT기술이 강한 장점을 바탕으로 미래의 BCI 발전에 대해 거대한 잠 재력을 가지고 있다며 긍정적인 예측을 하였다.10) 다음으로 BCI 응용기술의 비교이다. 현재 BCI를 통해 상용화가 가능한 기술은 입력 BCI를 대표하는 신경 보철로서 크게 인공시각과 인공 와우, DBS 기술로 이루어진다. 신경 보철과 관련해서는 서울대학교의 ‘Helios 연구실’이 가장 큰 성 과를 올리고 있다. ‘Helios 연구실’의 김성준 교수를 비롯한 여러 대학의 교수들 이 협력하여 NBS-ERC(Nano Bioelectronics & Systems Engineering Research Center)라는 기관에서 인공 청각과 인공 시각 등의 개발을 위해 노력 하고 있다. 인공 청각은 가장 간단한 신경 계통으로, 대표적 기술인 인공 와우 (artificial cochlear)의 이식은 이미 상용화가 되어 있고, 많은 사람들이 시술을 받은 바 있다. 인공 시각 분야에서는 Helios연구실과 함께 서울대 의대의 정흠 교수가 대표적이다. 그러나 미국에서는 인공 시각 수술이 인간에게 적용되고 있 으며 수술을 받은 환자가 운전이 가능할 정도의 시각을 갖게 된 데에 반해, 국내 에서는 고양이에게 인공 시술을 성공한 것이 유일하며 아직 4x4 픽셀의 시각정 보밖에 전달해 주지 못하는 상태이다.11) 인공보철의 구체적인 정보는 다음과 같 다 10) 2007. 2. 10 한림의과대학교 신형철 교수 방문 면담 11) 2007. 2. 22 서울대학교 생체전자시스템 연구실 이승우 박사과정 방문 면담 <그림 4> 인공와우의 개략도 (출처 : 장애학생지원관 웹페이지 <A href="http://www.hanrw.ac.kr/irw/new/guide/3_list_b2.htm">http://www.hanrw.ac.kr/irw/new/guide/3_list_b2.htm</A>) 첫 번째로 인공 와우 (artificial cochlear)는 가장 큰 성과를 거두고 있는 기술 이다. 인공와우는 청각이 손실된 환자의 청력을 회복하기 위하여 청신경에 전기 적 자극을 직접 제공해줌으로써 손상되거나 상실된 유모세포의 기능을 대행한다. 인공 와우의 개략도는 <그림 4>에 나타나 있는데 보다 구체적으로는 외부의 마 이크를 통해서 들어온 음성 신호를(①) 전기 신호로 바꾼 뒤(②) 환자의 와우 내 청각 신경 세포를 전기적으로 자극하여(③,④,⑤) 뇌로 전달하여(⑥) 청력을 보조 하는 인공 신경 장치이다.12) 인공와우는 BCI기술 중 상용화에 성공한 대표적인 제품이며 2006년 통계에 의 하면 전 세계적으로 약 8만 명 이상이 이식수술을 받았고 이 중 2만 명 정도는 소아이며, 수술을 받는 환자의 수는 해마다 증가하고 있다. 국내에서 청각장애인 은 2000년에 약 19만 명에서 2005년 약 23만 명으로 매년 증가하고 있다.13) 국내에서는 1988년에 이러한 청각장애인들을 대상으로 인공와우가 최초로 시술 된 이래 그 수가 계속 증가하여 2005년에는 약 600건의 시술이 이루어졌다. 통 계에 따르면 수술 후 재활과정을 통해 2년째에 23%, 4년째 70%, 그리고 6년 후에는 82%가 독화 없이 일상 대화를 이해한다고 한다.14) 다음으로 인공시각(Artificial Vision)이다. 인간은 망막의 광 수용체로부터 대 12) 2007. 1. 31 서울대학교 ERC-NBS 센터 이종환 박사과정 방문 면담 13) 한국보건사회연구원, 2000년, 2005년 장애인 실태조사 (<A href="http://www.kihasa.re.kr/">http://www.kihasa.re.kr/</A>, 2007. 10. 13) 14) 소리이비인후과 인공 와우 홈페이지 (<A href="http://www.soreeclinic.com/hearing_carecenter/high_hearing/wow1.htm">http://www.soreeclinic.com/hearing_carecenter/high_hearing/wow1.htm</A>, 2007. 10. 17) 뇌피질까지의 시각 경로 중 어떠한 부분이라도 파괴되거나 손상을 입게 되면 시 력을 상실하게 된다. 인공시각은 이러한 환자들을 대상으로 나머지 살아 있는 신 경 부분에 대한 적합한 전기 자극을 통하여 외부의 시각 정보를 시피질에 전달 하여 시각 기능을 회복시켜 준다. 인공시각은 전기 자극을 주는 부위에 따라 현재 크게 세 가지로 나뉜다. 망막 을 직접 자극하는 방식, 망막에서의 신호가 뇌로 전달되는 연결 통로인 시신경을 자극하는 방식 그리고 시각 피질을 직접 자극하는 방식이 있다. 아직 인공시각 장치는 물체의 윤곽을 흑백의 점들로 표현할 수 있는 정도의 수준이며 연구실 내에서만 사람을 대상으로 한 임상실험이 행해지고 있다.14) 미국에서는 인공시각 시술로 하게 된 Jens의 예처럼 이 기술이 상당히 발전했 지만, 우리나라는 아직 실제적인 응용에 많이 뒤쳐져 있다. <그림 5> DBS 개략도 (출처 : 서울대학교 생체전자시스템 연구 실) <A href="http://helios.snu.ac.kr/sub_02_DBS.html">http://helios.snu.ac.kr/sub_02_DBS.html</A> 심부뇌자극(DBS)은 뇌 구조물에 가는 전극을 삽입한 후 전기 자극을 가하여 운동장애를 일으키는 신경적 질환을 치료하는 방법이다. <그림 5>는 DBS의 간략한 개략도로 대략의 원리는 다음과 같다. DBS는 정상 적인 신호가 아닌 이상 신호를 만든 후(①) 연결전극을 통해 보내어(②) 운동장 애를 일으키는 뇌심부의 뉴런에 전기 자극을 가함으로써(③) 이들의 활동을 억제 하여 신경적 질환의 호전을 가져다 온다. DBS 시술법은 약물치료나 수술에 비 해 치료효과가 크고, 뇌 조직을 제거하지 않아도 되기 때문에 뇌 손상의 위험이 적다는 장점이 있다. 특히 DBS를 통한 파킨슨병의 증세 호전은 90％ 정도로 상 당히 높은 편이다. 전 세계에는 총 7백10만 명의 파킨슨 환자들이 있으며, 약 2 천명 이상의 파킨슨 환자들이 시술을 하였으며 해마다 1만5천명에 해당하는 환 자들이 시술 후보가 되며 현재까지 총 3만5천명이 시술을 성공적으로 받았다고 한다.15) 국내에서도 현재 여러 병원에서 심부뇌자극 시술을 행하고 있다. 구분 기술개발 목표 접근 방법 현재 기술수준 정책 연구 미 국 / 유 럽 ․ 인지와 신경과학 연구 및 어플리케이션 개발 ․ 영국, 프랑스, 독일 주 도의 유럽연합 지능형 로봇 개발 ․ BCI 기술 활용 및 뉴 로 테크놀로지 기술 적 용 ․ 컴퓨터 칩의 뇌 이식 연 구 및 뇌기능 원격 감지 ․ EEG신호를 이용한 가전 제품 작동 일 본 ․ 기억, 사고 등의 고차 정신기구 메커니즘 해명 ․ 뇌 기반 계산구조 및 뇌기능 지능 시스템 ․ 인공지능 로봇개발 및 신 경회로망칩 개발 연구 소 미 국 ․Image/MIDI control VR 응용 (IBVA) ․ 뇌파를 이용한 Interactive Biofeedback Control ․ 자동차 게임기 속도 제어 및 뇌파 변화상태의 실시간 영상처리 일 본 ․ 가정의 자동화(히메지 기술연구소) ․ 감성인터페이스(뇌기능 연 구소) ․ 집중시의 뇌파의 증폭 활용 ․ 뇌파를 활용한 긍정/부 정 의사 분별 ․ TV채널의 이동과 가전제 품의 작동 유 럽 ․ 컴퓨터 게임 및 시뮬레이 션(독일, 프라운호퍼 연구 소) ․ 로봇연구 네트워크 (EURON) ․ 뇌파의 전이를 통한 컴퓨터게임 및 우주여행 체험 ․ 뇌파를 활용한 Brain-pong게임 구현 ․ 청소 및 주유용 로봇개발 대학 기관 미 국 ․ 장애인용 인터페이스, 통신(뉴욕주립대) ․ 동작을 행하거나 상상을 한때 감소하는 유파를 이 용 ․ 사용자 훈련을 통한 모니 터 상의 커서제어 일 본 ․ 지능형 로봇(오이타 대학 교) ․ 사람과 교감 및 환경 의 인식을 통한 의사 결 정 및 학습 ․ 사람의 얼굴 인식 및 장 애물 회피, 위치파악, 감성 인식 유 럽 ․ 장애인의 보조기구 조 작(오스트리아, 그라츠 대 학교) ․ 장애인용 워드프로세 서(독일, 튀빙겐 대학교) ․ 동작 상상시 발생하는 뮤파를 이용한 파형을 신경회로망을 사용, 사용 자 의도파악 ․ 뇌파를 활용한 워드프 로세스 구현 ․ 모니터 상의 커서 제어 및 문자/단어 선택 한국과 외국과의 BCI 기술수준과 상용화 정도를 간략하게 비교하여 <표 1>과 <표 2>에 나타내었다. <표 1> 해외 BCI 기술개발 동향 분석16) 15) DBS 전문 시술 업체 Medtronics기업 홈페이지 (<A href="http://www.parkinson.co.kr/sub01_04.htm">http://www.parkinson.co.kr/sub01_04.htm</A>, 2007. 11. 3) 16) 신정훈, 서은미 (2007) 논문에서 재인용하여 편집함 구분 기술개발 목표 접근 방법 현재 기술수준 정책연구 ․ 2010년 BT, NT, ET의 전략기술 집중 개발을 통한 세계정상 급 기술력 확보 ․ 2013년 "세계 3대 지능형로봇 기술강국 실현"(산업자원부) ․ 뇌기능활용 및 뇌질 환치료 기술개발 연구 사업단 -뇌기능항진과 뇌질환핵심 기전연구 -뇌 연구 실용화기술 연구 ․ 서비스 로봇 -Entertainment로봇 ․ 핵심 부품 제조 기술 -로봇 : 기술선진국 대비 다 소 부족 -뇌파계측기기 : 기술선진국 대 비 동등 ․ 생체신호 인식기술 -기술선진국 대비 부족 ․ 감성인식 및 재현기술 -기술 선진국 대비 부족 ․ 바이오피드백 제어 기술 -기술 선진국 대비 다소 부 족 ․ 안전, 신뢰성 기술 -기술 선진국 대비 부족 ․보건의료 생명공학 기술 -기술 선진국 대비 부족 연구소 ․ 뇌파를 활용한 일반 사용자 및 장애우들의 간단한 게임 조작 및 재활훈련(ETRI) ․ 뇌파 활성도 비교 및 안전도, 근전도 변화를 활용한 장애우 보조 시 스템 구현 대학기관 일본 유럽 ․ 뇌파를 활용한 장애 우 및 특수환경작업자 들의 의사소통보조(대 구카톨릭대학교, HCI Lab) ․ 뇌 정보처리를 모방 한 지능시스템 및 응 용기술 확보 (KAIST, 뇌과학연구 센터) ․ EEG 신호의 변화 및 상 관성 분석을 활용한 TTS 시스템 구현 ․ 인공시각, 인공청각, 인 지 및 추론, 인간행동 등 인간기능의 지능정보처리 시스템 개발 <표 2> 국내 BCI 기술개발 동향 분석18) 위 결과를 종합하면 현재 BCI 기술을 통한 인간의 완전한 기계의 제어는 아직 불가능하다. 그러나 해외에서는 핵심적인 연구자들을 필두로 하여 지속적인 뇌 구조 해명과 재활, 게임, 지능형 로봇 개발에 적극적으로 참여하고 있다. 반면 한국에서는 BCI가 ‘미래국가유망기술21’에 선정되었으나 현재 BCI를 주 연구로 하는 연구자는 신형철 교수 외에는 거의 없다. 게다가 앞서 보았던 매튜 네이글의 예처럼 현재 BCI 기술 선진국에서는 인간의 뇌에서 나오는 신호처럼 단순히 움직이겠다는 의지만으로 제어가 가능한 반면, 신형철 교수의 경우 스스로 움직이기 위해서는 특정 뇌파나 신호를 발생시키기 위한 훈련을 해야 한다는 단 점도 보인다. 한국의 첨단 IT, Robotics 기술에도 불구하고 생체신호, 감성인식, 바이오피드백 등 다양한 분야에서 외국에 비해 미흡한 성과를 보이고 있다. 상용화 측면에서는 BCI가 신경보철 위주로 개발되어 성과를 올리고 있다. 현 재 많이 쓰이는 인공 와우나 DBS의 경우, 외국에서 상용화를 마친 뒤 한국에서 상용화가 이루어졌으며 한국에서 시술이 이루어지는 제품들 역시 외국에서 제작 된 것들이다. 인공시각의 경우, 복잡한 메커니즘 때문에 발전이 상대적으로 느 리지만 이미 외국에서는 본격적인 시술로 시력을 어느 정도 되찾은 장애인도 존 재하는 반면 한국에서는 아직 시술은 불가능한 상태이다. 이러한 점에서 한국의 BCI 기술은 외국의 기술에 비하여 상대적으로 열세를 보이고 있으며, 상용화 현 황 역시 한 걸음 뒤쳐져 있다. 4.2 BCI 기술이 사회에 미칠 영향 예상 BCI 기술은 뇌 과학, 기계공학, 전기공학, 신경과학 등 수 많은 학문분야가 융 합된 학제 간 연구이다. 즉, BCI 기술의 연구와 발전에 따라 기반 학문들은 자연 스럽게 진보하는 것이다. BCI 기술의 발전에 따라 예상할 수 있는 미래상에 대 해 재활분야에 초점을 맞추어 분석해 보고 이에 따른 부작용이나 한계에 대하여 분석해 보았다. 4.2.1 재활 분야의 응용 BCI 기술 발전의 동기는 장애인들의 재활이었다. 문명의 발달에 따라 인간들 은 편리한 삶을 영위하게 된 대신, 예전에는 존재하지 않던 다양한 사고로 장애 를 입은 사람들의 수도 급증하고 있다. 장애에는 크게 두 가지 경우가 있다. 첫 번째로 내부 장기, 즉 심장이나 신장 등의 손상이 생겨 발생하는 장애이다. 다음 으로 팔이나 다리 등 외부 장기의 손상에 따른 장애가 있다. 기존에는 내부 장기 에 의한 장애인들이 장기이식이나 인공장기를 이용하여 부분적으로나마 장애를 극복하는 데 이용되었다. 현대에 와서 인간이 장애를 겪는 부분을 아예 새로우면 서도 똑같은 장기로 대체할 수 있는 줄기세포 기술이 주목을 받게 되며 수많은 연구자들이 실제 응용을 위해 노력하고 있다. 그러나 위의 방법은 내부 장기의 손상을 해결하는 기술이며 외부 장기의 손상에 대한 기술은 존재하지 않는다. 장기이식은 대개 신장, 간, 췌장, 심장, 소장, 폐와 같은 내부 장기의 이식에 이 용된다. 반면 장기이식을 통해 해결하기 어려운 외부 장기들의 손상의 극복은 BCI 기술을 통해 이루어질 것으로 예상된다. 기존에 존재하던 인공의수나 의족 은 자신의 의지에 따라 자동으로 움직이는 것이 아닌 일종의 지팡이와 같은 역 할로서 개인이 외부적으로 가지고 다니며 이용하는 도구의 개념이었다. 그러나 출력 BCI의 경우 뇌의 신호를 직접 받아들여 사용자의 원래 손, 발처럼 이용이 가능하다. 이러한 수준의 기술이 완성되기까지는 뇌의 신호를 정확히 분석할 수 있는 기술이 필요하며 이 기술의 완전한 구현은 많은 시간이 걸릴 것이다. 하지 만 위의 매튜 네이글의 예처럼 상당한 기술의 진보가 본격적 기술개발 후 10여 년 안에 이루어진 것을 볼 때, 현실성이 있는 기술임을 알 수 있다. 입력 BCI는 현재에도 많은 응용기술의 발달로 상용화 되어 있으며, 성능 또한 뛰어나 추후 기대되는 분야이다. 입력 BCI는 부분적이지만 인공장기의 한층 진 보된 기술로 볼 수 있다. 즉, 눈이나 귀, 파킨슨병과 같은 신경질환 등의 장애에 는 이미 상용화가 이루어져 기존의 인공장기보다 큰 성과를 거두고 있다. 입력 BCI의 가장 큰 특징은 신경, 정신 관련 질환의 치료에 커다란 가능성을 제시하는 것이다. 시각이나 청각의 장애의 경우, 입력 BCI 이전에도 부분적으로 나마 증상을 완화시켜 주는 기술들이 존재했다. 그러나 정신이나 신경질환은 대 부분 난치병으로서 치료에 많은 어려움을 겪는 질환들이었다. 입력 BCI는 이러 한 질환의 치료에 대한 긍정적인 가능성을 제시해 주고 있다. 인류의 대표적 신 경질환 난치병인 파킨슨병은 기존에는 발병하면 효과적인 치료를 할 수 없어 대 부분의 경우 고통 속에 사망하게 되는 무서운 병이었다. 그러나 BCI 기술의 발 전에 따른 DBS의 개발은 현재 파킨슨병에 걸린 사람들은 증상의 호전을 가능하 게 하였으며, 현재 루게릭병에 대한 응용연구가 진행되고 있다. 또한 한국과학기술원 Brain Dynamics Laboratory에서는 외상 후 스트레스 장애 (PTSD; Post-Traumatic-Stress-Disorder)와 같은 정신질환에 응용되는 치료기술개발을 활발하게 하고 있다. 치료에 활용되는 기술의 원리는 자기장으로 뇌의 특정부위 를 자극하는 BCI 응용기술을 사용하여 우울증이나 PTSD와 같은 정신질환의 증 상완화에 효과를 보고 있다.17) 문명의 발전에 따른 각종 스트레스와 복잡한 생활 로 야기되는 정신질환은 갈수록 늘어가고 있다. 2000년 정신질환자는 약 6만 5천 명에서 2005년 8만 2천명으로 매년 약 5% 정도의 증가율을 보인다.16) 이러한 정 신질환은 인공장기의 대체로는 불가능한 부분이다. 반면 미래에는 우울증이나 정 신분열증과 같은 치료가 어려운 정신질환에 BCI 기술의 발전이 획기적인 해결책 을 가져다 줄 것으로 예상된다. 이처럼 BCI 기술은 기존의 장애를 더욱 효과적 으로 극복해내고, 현재 치료가 어려운 정신질환도 궁극적으로 해결할 것으로 기 대되고 있다. 4.2.2 BCI 연구의 부작용 및 한계 대부분의 첨단 기술의 개발은 군사적 목적에서 이루어지는 경우가 많다. BCI 의 경우에도 다분히 군사적 목적에서 응용되기 쉬운 측면이 있다. 현재 성공적인 결과를 가져온 쥐의 길 찾기 실험을 보면 간단한 미래를 예측해 볼 수 있다. 또 한 2004년 Nature에 실린 쥐의 행동제어 실험결과에서 쥐가 미로 같은 길을 따라 목적지에 도달하게 하는 실험을 성공하였다.18) 이 실험은 일종의 보상실험을 이 용한 것으로 쥐를 제어하는 사람이 원하는 길로 쥐가 가도록 뇌에 자극을 주는 17) 2007. 2. 16 한국과학기술원 Brain Dynamics Laboratory 장혜란, 백광열 석사과정 방문 면담 18) 김수병, 2006. 「미래의 사이보그가 걸어온다」, 한겨레 신문사, 『한겨례 21』 제 625호, pp. 84-89. 식으로 교육하여 뇌의 정보처리능력을 분석하는 것이다. 이를 군사적 목적에 응 용한다면 쥐를 이용한 적의 진지 탐사나 움직이는 폭탄으로 활용될 수도 있다. 이는 더 나아가 사람을 이용해서도 이러한 군사적 목적을 달성할 수도 있는 근 거가 된다. 또한 2006년 3월 로봇팔의 완력을 17살의 여고생과의 팔씨름으로 실 험한 일이 있었다. 이 실험에서는 아직 진짜 근육을 따라 하기 어려운 인공근육 의 특성 때문에 로봇 팔이 3초도 채 견디지 못하고 완패를 당했다. 그러나 미 국 방부산하 방위고등연구계획국의 지원을 받는 텍사스대학 나노테크연구소에서 알 코올이나 수소를 이용하여 실제 근육보다 100배 강한 인공근육을 만들어 냈다. 아직 인간과의 완력실험을 위해서는 해결해야 할 몇 가지 과제가 있으나 이미 인간의 힘이 닿을 수 있는 영역을 초월한 로봇 팔은 완성단계에 있다. 이를 통해 소위 ‘초 인류’의 탄생에 대해 예측해 볼 수 있다. 처음에는 장애 재활의 목적을 두고 개발된 BCI이지만, 충분한 연구가 이루어져 인간의 뇌의 신호를 효과적으 로 읽고 그에 따라 외부 기기를 제어할 수 있다면 이를 악용하는 사례가 늘어날 것이다. 예를 들어, 정상인 사람의 팔이나 다리를 BCI를 통한 인공근육으로 치환 하여 이용하게 될 경우, 인간의 영역을 뛰어넘은 물리적 힘을 가진 존재가 태어 나게 된다. 이러한 ‘초 인류’의 탄생은 군사적으로는 굉장히 매력적인 기술이 될 것이며, 일반 민간인 사회에서도 큰 파장을 일으키게 될 것이다. 이에 따른 윤리적인 문제는 당연히 발생 할 것이다. 인간의 뇌와 기계 몸을 가 진 존재는 인간으로 보아야 하는 것인지, 아니면 기계로 보아야 하는 것인지에 대한 논란이 일 것이며, 수 년 간의 훈련을 바탕으로 얻은 강한 육체나 스포츠 기록 등이 불과 한 번의 시술로 대체되는 시대가 오면 인류의 가치관에는 큰 혼 란이 생길 것이다. 이는 단순히 공상에 그칠 근거 없는 예측이 아니다. 현재 BCI 연구자들은 지나치게 영리를 추구하는 한편 군사적 활용도가 높은 분야에 집중 적으로 연구하는 경향이 있다. 이러한 예로 탄소 나노 튜브 형 인공 근육의 연구 는 생체공학적 응용보다는 각종 탐사활동에 적용시키려는 연구가 활발하며, BCI 기술을 지원하는 막대한 예산의 단체는 장애인들의 재활연구보다는 전투기 조종 사들이 순간적으로 쇼크를 받을 때 사고를 방지하는 데 초점을 두고 있다. 위와 같은 사례에서 보듯이 BCI 연구가 순수한 장애재활의 연구에서 멀어지고 군사적 목적이나 기타 영리적 방향으로 진행된다면, BCI 기술에 따른 수많은 논란이 발 생할 것으로 예상된다. 예를 들면, 과연 인간이 기존의 인간보다 물리적으로 월 등한 힘을 가진 ‘초 인류’로의 재탄생에 대한 욕망을 배제할 수 있을 것인가와 같은 근본적인 윤리적 딜레마가 발생할 수 있다. 또한 BCI 기술의 근본적인 한계에 대해서도 논란이 있다. 즉, 기술적인 한계를 과연 극복할 수 있는지에 대한 논란이다. BCI를 완벽하게 구현하기 위해서는 뇌 의 신호를 정확히 읽어내는 것이 필요하다. 뇌는 크게 대뇌, 간뇌, 중뇌 등의 많 은 부분으로 나뉘며, 내부에 수많은 신경다발이 얽혀 엄청난 양의 정보를 전달하 고 있다. 이러한 신의 영역에 가까운 뇌를 아직 인공시각의 구조조차 정확히 구 현하지 못하는 현대의 기술로 해명이 가능한지에 대한 의문이다. 4.3 한국에서 BCI 기술이 나아가야 할 로드맵 위의 분석처럼 BCI는 기술적, 윤리적 측면에서 여러 가지 문제가 있다. 그러나 이러한 문제에도 불구하고 BCI 기술은 다가오는 미래에 재활산업에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다. 따라서 이 절에서는 한국의 BCI 기술이 세계 속에 서 경쟁력을 가질 수 있는 발전 방향에 대해서 분석해 볼 것이다. 윤리적 딜레마 와 같은 기술개발 부작용의 대처방안은 본 논문에서 자세히 다루기는 어렵다. 대 신 여기서는 부작용의 발생을 최소화하기 위해 기본이 되는 원칙적인 대안을 제 시하는데 만족하고자 한다. 한국은 해외의 BCI 기술 선진국에 비하여 재정적, 기술적으로 많이 뒤쳐져 있 다. 또한 BCI를 통한 연구방식도 차이를 보이고 있다. 해외의 BCI 연구의 대가들 은 대개 인간의 뇌의 신호를 직접 읽어 외부 기기를 제어할 수 있는 궁극적인 기술의 개발에 집중하고 있다. 반면 한국에서 대표적인 BCI 연구자인 신형철 교 수는 BCI를 이용하여 직접 뇌에서 신호를 읽기보다는 장애가 발생한 부분을 제 어하기 위하여 특정 신호를 뇌에서 발생할 수 있는 뇌 신호 훈련을 통한 BCI를 개발하고 있다. 예를 들어 팔이 없는 사람이 팔을 움직이기 위해서 특정 뇌파로 제어할 수 있다면 훈련을 통해 사용자가 스스로 특정 뇌파를 발생하게 하여 외 부 장치를 제어하는 것이다. 이 둘의 기술을 비교해 볼 때, 분명 궁극적으로는 전자의 기술이 월등하다. 그러나 아직 인간이 뇌의 구조에 대해 완벽히 해명할 수 있을지 알 수 도 없는 시점에서 신형철 교수의 연구는 보다 현실성이 있는 연구가 된다. 다만 신형철 교수의 연구에서 뇌파의 조절은 인간이 인위적으로 하 기 어렵기 때문에 지속적인 훈련과 이에 대한 동기부여가 단점이다. 이러한 단점 을 보완하기 위하여 게임과 재활훈련을 융합한 BCI Entertainic10)이 유망할 것으로 예상된다. 개략도는 <그림 6> 에 나타나 있다. <그림 6> BCI Entertanic 개략도19) 19) 신정훈, 서은미 (2007) 논문에서 재인용하여 편집함 정상인과 비정상인의 뇌파를 측정하여(①) 측정된 뇌파를 분석한다.(②) 정상인 의 뇌파는 비교를 위한 DB구축을 위해 저장되며(③) 비정상인의 뇌파와 정상인 의 뇌파를 비교분석하여.(④,⑤) 컴퓨터로 전송하여 게임을 제어한다.(⑥) 전송된 신호를 피드백(⑦)과 조정(⑧)을 통해 컴퓨터에서 분석하여 구동기로 보내어(⑨, ⑩) 해당뇌파에 적합한 시각, 청각, 후각, 미각 정보를 사용자에게 보내어(⑪) 임 상치료를 수행한다. BCI Entertainic은 임상기술과 게임기술을 융합한 것으로 게임을 통하여 사용자 의 뇌파를 분석하여 알츠하이머병과 같은 퇴행성 뇌질환 치료에 필요한 정보를 발견하고, 정상인의 뇌파와 비교분석을 통해 치료해 나가는 것이다. 일반적으로 인간의 뇌는 신체의 상태나 심리상태에 따라 다양한 뇌파를 발생시키는데 이러 한 감정상태의 조절을 게임을 통하여 제어해 사용자가 효과적으로 자신의 뇌질 환 치료를 유도하는 것이다. 이는 외부기기 제어에도 응용될 수 있을 것으로 보인다. 신형철 교수의 연구의 경우, 개에게 먹이를 오랫동안 주지 않고 있다가 모니터의 특정 화면을 뇌파로 가리키게 하여 조건이 만족되면 먹이를 주는 훈련을 하고 있었다. 이에 따라 개 는 점점 스스로의 뇌파조절에 익숙해져 먹이를 쉽게 얻게 되었다.20)이와 마찬가 지로 이미 알려진 인간의 특정 뇌파를 이용하여 외부기기를 제어할 수 있는 수 준에 이른 상황에서 장애인들이 자유롭게 뇌파를 조종할 수 있는 수준까지 훈련 을 시킨다면 더 빨리 장애극복에 도움을 줄 수 있을 것이다. 이러한 훈련에 게임 을 응용하는 것이 기존의 임상기술에서만 제안되었던 BCI Entertainic을 응용한 새로운 해결책이 될 것이다. BCI 연구에서 한국의 연구방향과 또한 한국인들의 게임에 대한 관심을 고려해 볼 때, 위와 같은 ‘게임을 통한 뇌파훈련이용 외부기기 제어 방식’은 앞으로의 BCI 연구를 통한 장애재활에 큰 가능성을 보인다. BCI 기술은 인간의 뇌를 통해 자신의 의도대로 외부 기기를 자유롭게 제어하 여 환자들의 재활을 돕는 것이 목표이다. 그러나 BCI가 본래 목적과 다른 실리 적 방향으로만 개발될 경우, 그에 따른 어두운 미래도 예상된다. 이러한 그릇된 BCI 기술 개발을 방지하기 위해서는 견제의 기능이 필수적이다. 즉, BCI 기술의 개발 과정을 일반 시민들에게 투명하게 공개할 수 있는 제도적 장치가 필요하다. 예를 들어, 기본적인 윤리의식과 기본 지식을 갖춘 대중을 중심으로 이루어진 가 칭 ‘기술견제위원회’의 설립 등을 제시할 수 있다. 위원회는 BCI가 군사적 목적 이나 기타 실리적인 방향으로만 진행될 경우, 이에 대한 내용을 대중에게 보고하 고 그릇된 방향의 기술 개발을 견제하는 기능을 수행하는 것이다. 이는 하나의 20) 김수병, 「미래의 사이보그가 걸어온다」, 한겨레 신문사, 『한겨례 21』 제625호, 2006, pp. 84~89. 대안일 뿐이며, 해당 사회의 상황에 따라 다양한 해결책이 제시될 수 있다. 그러 나 어떠한 대안이 제시된다 하더라도 1차적으로 연구자 스스로의 엄격한 윤리의 식을 가지고 있어야 하며 과학 기술은 본래 목적을 이루는 데 이용되어야 한다 는 사회적 약속이 확립되어야 한다. 5. 결 론 BCI는 분명 인류에 획기적인 변화를 가져올 수 있는 매력적인 기술이다. 장애 를 가진 인간이 과학의 도움으로 새로운 육체를 얻고 이전과 같은 삶을 살아갈 수 있다는 것은 공상 영화에서나 볼 수 있는 것이었지만, BCI 기술이 이를 현실 로 이끌어 줄 수 있는 강력한 툴로 등장했다. 현재 인공보철 등의 개발로 기존의 치료나 재활이 어렵던 질환들의 극복이 이루어지고 있다. 그러나 아직 BCI 기술의 실질적 구현에는 넘어야 할 산이 많다. 외부 장기를 대체할 기기들의 발전은 이미 일부 상용화가 가능한 수준을 이루었고 앞으로의 기술 발전으로 볼 때 크게 어려운 분야가 아니다. 그러나 뇌의 구조 파악은 가장 본질적이면서도 해석이 어려운 분야이며, 현재 많은 연구자들이 이를 위해 노력 하고 있다. BCI는 미국을 중심으로 빠르게 발전해 나가고 있다. 이에 발맞추어 한국도 현 재 기술 개발 방향에 맞는 BCI 기술 분야를 찾아 적극적으로 개발할 필요가 있 다. 이에 제안된 것이 ‘게임을 통한 뇌파훈련이용 외부기기 제어 방식’이다. 한국 의 BCI 기술 개발 방향과 세계적으로 널리 알려진 한국의 게임 관심도를 볼 때, 제안된 기술 개발 방식은 장애 환자의 재활을 효과적으로 도울 것이며, 더 나아 가 한국 BCI 기술의 경쟁력 획득에 중요한 역할을 할 것이다. 재활 분야의 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되는 BCI 기술이 본래의 목적 이 외에 군사적, 실리적 목적으로 이용된다면 과거에는 예기치 못했던 부작용이 발 생할 것이다. 그럼에도 기술은 발전되기 마련이다. 기술이 인류에게 도움이 되는 방향으로 설계하는 것은 비단 연구자만이 아닌 동시대를 살아가는 모든 구성원 의 책임이다. 이러한 책임이 효율적으로 완수되기 위해서는 제도적인 장치가 필 요하며 본 논문에서는 원칙적인 대안을 제시하는 수준으로 만족한다. BCI 기술 개발의 부작용을 방지하기 위한 대안으로 󰡐기술견제위원회󰡑등의 제도적 장치의 설립을 제안한다. 위원회는 기본적인 지식과 윤리의식을 갖춘 대 중을 연구과정에 참여시켜 기술개발 방향을 감시하고 견제하는 기능을 한다. 그 러나 이러한 대안들도 연구자와 대중의 성숙한 윤리의식이 전제되어야 목표로 한 성과를 거둘 수 있다. <참고문헌> 1. 논문 및 단행본 김수병, ,「미래의 사이보그가 걸어온다」, 한겨레 신문사, 한겨례 21 제625 호, 2006. 9. 신정훈, 서은미, 「BCI기반 Entertainic 기술개발 동향」, 대한전자공학회, 전자공학회지 제34권, 2007, pp. 71~82. 신형철, 2006. 10, 「태권V 생각만으로 조종하려면 조종사 훈이와 뇌파로 공조 돼야」, 동아사이언스, 과학동아 통권 250호. 황민철, 임좌상, 1998. 5, 「인간-컴퓨터 인터페이스의 최근 기술 동향 BCI와 감성컴퓨터」, 대한기계학회, 기계저널 제38권 제5호, pp. 31-34. Alison Abbott, 2006, "Neuroprosthetics In search of the sixth sense", Nature, vol.442, pp. 125~127. J.R. Wolpaw, N. Birbaumer, D.J.McFarland, G. Pfurtscheller, T. M. Vaughan, "Brain-computer interfaces for communication and control", 2002, Clinical Neurophysiology. Mikhail A. Lebedev, Miguel A.L. Nicolelis, "Brain-Machine interfaces : past, present and future", 2003, TRENDS in Neuroscience Vol.29, No.9, pp. 536~546. Rebecca Zacks, 2001, 1, "Technology Review Ten", MIT Technology Review, pp. 97~100. 2. 기타 자료 (인터뷰, 인터넷 자료) [CBS Health Watch] ‘The Early Show’ 2004년 6월 14일 방송 내용 [KBS TV] ‘출발 세상 속으로’ 2004년 12월 7일 방송 내용 서울대학교 ERC-NBS 센터 이종환 박사과정 방문 면담, 2007. 1. 31. 한림의과대학교 신형철 교수 방문 면담, 2007. 2. 10. 한국과학기술원 Brain Dynamics Laboratory 장혜란, 백광열 석사과정 방문 면 담, 2007. 2. 16. 서울대학교 생체전자시스템 연구실 이승우 박사과정 방문 면담, 2007. 2. 22. (<A href="http://www.lawnb.com/lawinfo/law/info_law_searchview.asp?ljo=l&lawid=00109100">http://www.lawnb.com/lawinfo/law/info_law_searchview.asp?ljo=l&lawid=00109100</A>) 김성준 교수 BioElectronics & System Laboratory (<A href="http://helios.snu.ac.kr/sub_02_BMI.html">http://helios.snu.ac.kr/sub_02_BMI.html</A>) 소리이비인후과 인공 와우 홈페이지 (<A href="http://www.soreeclinic.com/hearing_carecenter/high_hearing/wow1.htm">http://www.soreeclinic.com/hearing_carecenter/high_hearing/wow1.htm</A>) 한국보건사회연구원, 2000년, 2005년 장애인 실태조사 (<A href="http://www.kihasa.re.kr/">http://www.kihasa.re.kr/</A>) DBS 전문 시술 업체 Medtronics기업 홈페이지 (<A href="http://www.parkinson.co.kr/sub01_04.htm">http://www.parkinson.co.kr/sub01_04.htm</A>) 심사평 장려상 한욱현 (공과대학 기계항공공학부) 뇌-기계접합기술(BCI) 연구 현황과 미래상 고찰 이 글은 제목에 나타나 있듯이 BCI의 연구현황과 미래상을 고찰하고자 하였 다. 그 자체로도 흥미롭고 또 많은 사람들이 관심을 가질만한 주제이다. 비록 창 의적인 연구주제는 아니지만 관련 문헌과 국내외 현황 및 연구 방향 그리고 한 국이 특성화 시킬 수 있는 분야를 성실하게 조사하였고, 더불어 BCI 기술이 잉 태할 수 있는 윤리적 문제점도 적절하게 지적한 좋은 글로 평가된다. 형식적인 면에서도 대체로 과학기술 분야 학술 논문의 기본 틀을 잘 준수하였고, 문장 표 현에 있어서도 전문적인 내용도 비전문가들이 따라갈 수 있도록 군더더기 없이 잘 정리되고 퇴고된 글이라 할 수 있다. 물론 몇 가지 아쉬운 점도 눈에 띈다. 우선 논문의 기본 형식을 잘 준수하였음 에도 불구하고 참고문헌의 표기가 잘못 되었다. 통상 국외 학술저서명(학술지명 포함)은 이탤릭으로 표기하고 국외 논문명은 큰따옴표로 표기하여 저서인지 논문 인지 구분하는데, 이 글은 양자를 구분·표기하지 않았다. 또한 논문의 내용상 Jens의 사례 전문을 본문에 게재할 필요가 있었나 하는 생각이 든다. 핵심 내용 만 본문에 활용하고 전문은 부록으로 처리하는 것이 보다 좋은 방법이다. 논문이 목표로 하고 있는 독자 역시 애매하다. 가령 과연 이 글은 수록된다면 어떤 종류 의 책이나 잡지 혹은 학술지에 수록될 수 있을까 하는 것이다. 교양인을 대상으 로 한 글로 보기에는 완벽한 학술논문의 형식으로 글이 작성되었다. 그렇다고 해 서 내용상 완전한 학술논문으로 보기도 어렵다. 향후 예상 독자도 염두에 두고 글을 작성하였으면 좋겠다. 김상현(기초교육원 과학기술 글쓰기 강의교수)