뇌-전산 접속기술 BCI: Brain-Computer Interface

1. 개요[편집]
Brain–Computer Interface (BCI)
Brain–Machine Interface (BMI)
Mind-Machine Interface (MMI)
Direct Neural Interface (DNI)

뇌와 컴퓨터를 연결하여 서로 직접 상호작용이 가능하도록 하는 인간 인터페이스 장치를 말한다. 여러 명칭이 있지만 보통 BCI로 통용된다. 크게 삽입형 BCI, 부분적 삽입형 BCI, 비삽입형 BCI로 나눌 수 있다. 일부 SF 작품에서는 전뇌라고 부르기도 하지만 공식적인 명칭이 아니다. 위 분야는 넓게 HCI 기술에 속한다. 인간의 두뇌와 기계를 연결시키는 기술이기 때문에 컴퓨터공학이나 전자공학, 로보틱스 이외에도 신경과학 및 의학과 깊게 연관되어 있는 기술이다.

뇌파나 뇌세포의 전기적 신경 신호를 통해 휠체어나 의수·의족 혹은 로봇과 같은 기계를 조작할 수도 있기 때문에, BCI 기술은 BMI(뇌-기계 인터페이스)라고 불리기도 한다. 사이보그 기술의 근간이 되는 사이버네틱스 기술의 핵심으로서 주목받고 있으며[1], 장기적으로는 가상현실 기술과의 접목도 검토되고 있다.



BCI 기술의 구현은 기계장치를 통해서 뇌의 활동을 감지하고 인식해 받아들인 후, 신호화 과정을 거쳐 그것을 분석해 입출력 장치에 명령을 내리는 방식으로 구현된다. 예를 들어 뇌의 전기적 활동의 '결과물'인 뇌파를 감지해서 읽어내는 뇌파 감지 방식의 BCI의 경우에는 뇌파 자극을 인식하는 장치를 통해 뇌파를 받아들인 후, 신호화 과정을 거쳐 뇌파를 분석해 입출력 장치에 명령을 내리는 단계를 거치게 된다. 신경계와 보다 직접적으로 접속되어 신경 신호를 감지해서 읽어내는 신경 신호 감지 방식(직접 신경 접속 방식)의 BCI의 경우에는, 뇌파 대신 뇌세포의 전기적 신경 신호를 직접 읽어내어 뇌의 전기적 활동의 '원인'을 감지한다는 점에서 약간의 차이가 발생한다.

현재 연구 중인 BCI는 마음을 읽는 기적의 장치가 아니다. 물론 응용하기에 따라서는 사람의 마음이나 감정 또는 정신 상태 등을 읽는 용도로도 쓸 수 있긴 하지만 그건 어디까지나 부차적인 용도일 뿐이고(또한 사람의 정신 상태를 읽는다는 것도 어디까지나 의학적·신경과학적 견지에서의 이야기에 지나지 않으며, 오컬트적인 독심술을 실현시키는 정도의 것은 당연히 아니다.), 본질적으로는 사람의 생각을 읽기 위한 용도의 장치이기 때문에 뇌파나 뇌세포의 전기적 신경 신호를 읽어서 그 중 특정 패턴을 입력 신호로 읽어들이는 형식으로 사용된다. 현재는 신호 해석의 정밀도와 속도 문제가 남았다.

뇌의 신호를 밖에서 읽어들이기는 어렵지 않다. 기술적 난이도가 낮으며 다양한 형태로 구현될 수 있는 뇌파 감지 방식의 BCI만으로도 충분하다. 반대로 밖의 신호를 뇌에 전달하기는 어려움이 크다.[2] 기술적 난이도가 높고 반드시 삽입형 BCI의 형태로 구현되어야만 하는 신경 신호 감지 방식(직접 신경 접속 방식)의 BCI를 필요로 하기 때문이다. 또한 실현되더라도 뇌에 어떤 영향을 줄지 알기 어려우므로 안전을 보장하지 못할 수 있다. 현재로서는 시각이나 촉각을 잃은 환자를 위한 삽입형 BCI 정도가 제한적으로 연구되고 있다. 2010년대에 들어서야 삽입형 BCI를 통한 시각과 촉각의 전달에 성공하면서 간신히 기초가 잡힌 정도이다. 참고로 이 문서의 상당부분의 내용은 KOCCA 한국 콘텐츠 진흥원 BCI 기술 동향을 참고하여 기술 되어 있다.



2. BCI 기술의 등장 배경[편집]
현실에서는 1970년대에 원숭이를 이용해서 기계를 조작하는데 성공한 실험이 시초이다. 이 기술은 1990년대에 대폭 발전해서 2010년대인 현재 어느 정도 성과를 거두고 있다.

인간의 두피에서 측정 가능한 자발적 전기 활동인 뇌파는 두뇌활동의 변화를 시각적, 공간적으로 파악할 수 있는 수단이다. 이때문에 1929년 Hans Berger에 의해 최초로 뇌파가 기록된 후에 임상과 뇌 기능 연구에 폭 넓게 사용되어 왔다.

컴퓨터의 인터페이스 수단으로서 뇌파는 장단점을 모두 지니고 있는데 일단 장점으로는 fMRI와 같은 대형 장치에 비해 측정 비용이 저렴하고, 센서를 직접 두피에 시술하지 않는 비침습형(Non-Invasive) 방식에서는 인체에 무해하며, 뇌내의 정보 반응에 대한 실시간 분석이 가능하다는 점이 있다. 그러나 비침습형의 경우 잡파의 혼입이 불가피하고 정보의 손실이 있어 분석하는 데 어려움이 있고, 침습형(Invasive) 방식의 경우 시술에 대한 부담이 매우 크다는 단점이 있다.



BCI 기술은 개발 초기 ADHD 아동이나 중증 신체 장애인의 컨트롤 등 주로 의료적인 목적으로 많이 활용되었으며, 측정 기기의 무게가 무겁고 센서가 많이 달려 있어 착용이 번거롭다는 단점이 있었다. 그러나 최근에는 Neurosky, Emotive, OCZ 등의 회사에서 헤드셋 형태의 가볍고 착용이 간편한 기기를 저렴한 가격에 발매함으로써 게임, 집중력 향상 연습 등 다양한 용도로 활용되고 있다.

BCI 연구와 기술 발달이 가속화된다면, 미래에는 터치스크린, 증강현실 등을 잇는 차세대 인터페이스로 활용될 것으로 기대된다. 컴퓨터, 스마트폰의 입력 인터페이스로 사용된 키보드, 마우스, 키패드 등의 고전적인 방식은 최근 터치패드, 모션 인식 등으로 진화하고 있으며, BCI 기술 발달이 가속화된다면 차세대 인터페이스로 활용 가능성도 높다. 특히 BCI는 손이나 기타 신체를 이용하지 않고도 자연스럽게 명령을 내릴 수 있어, 가상현실, 영상이나 사진 인식 등의 분야에 적합할 것으로 판단된다.