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- 인간-기계 인터페이스를 통해 뇌 신호를 읽거나 뇌의 특정 영역을 자극
- 일반적. 상업적으로 이용 가능한 기술 구성 요소만 필요, 모든 것은 스마트폰에서 제어
- 신경망도 해킹당하거나 언젠가는 인간의 임플란트가 조작될 수 있을 것
- 윤리적 문제는 배제한 실험으로 액세스 보안과 암호화가 매우 중요

인터넷을 통한 두뇌 제어
간단한 네트워크를 통해 전 세계적으로 신경 임플란트를 원격 제어할 수 있다.

신경 조작:
연구원들dl 인터넷을 통해서도 어디서나 신경 임플란트를 제어할 수 있는 시스템을 개발했다. 무선 네트워크를 다양한 신경 이식 장치와 연결함으로써 이론적으로 수백 마리 실험동물의 뇌 기능을 동시에 조작하고 모니터링할 수 있다. 연구자들은 이것에서 보다 효율적인 연구의 기회를 보고 있지만 가능한 결과는 다른 사람들을 불편하게 만들 가능성이 있다. 

▲ 인터넷을 통해 전 세계적으로 실험 동물의 두뇌를 제어하는 ​​것은 공상 과학 소설처럼 들리지만 이미 가능하다. © KAIST

인간-기계 인터페이스를 통해 뇌 신호를 읽거나 뇌의 특정 영역을 자극할 수 있다.
예를 들어, 연구원은 전극 캡을 사용해 피험자의 생각을 들을 수 있다. 신경 임플란트로 동물의 행동과 반응을 조작한다. 쥐의 뇌와 인간의 뇌를 인터넷으로 연결했다는 연구도 있다. 혁신적인 마이크로 임플란트를 통해 그러한 기술을 보다 효율적이고 광범위하게 적용할 수 있다.

블루투스 및 스마트폰과의 네트워킹

한국과학기술연구원(KAIST) 라자 콰지(Raza Qazi)가 이끄는 연구팀은 한발 더 나아갔다.
그들은 인터넷을 통해 전 세계적으로 수백 개의 신경 임플란트를 제어할 수 있는 시스템을 개발했다. “이 새로운 기술은 다재다능하고 적응력이 뛰어나다. 수많은 신경 임플란트와 실험실 기술을 실시간으로 제어할 수 있다”고 Qazi의 동료 정재웅(Jae-Woong Jeong)은 설명했다.

▲ 그림 1: 높은 처리량의 생체 내 신경 과학 연구를 위한 WNBN(Wireless Network for Behavioural Neuroscience)의 개념 및 작동 원리. a. WNBN 제어를 위한 원격 제어 모드(로컬 대 글로벌). 로컬 무선 제어(a)의 경우 상용 스마트폰은 개별 BLE 피코넷 네트워크를 형성하는 데 도움이 되며, 이를 통해 주변(100 m 미만)에서 동시에 및/또는 선택적으로 여러 장치와 통신할 수 있다. (관련논문 Scalable and modular wireless-network infrastructure for large-scale behavioural neuroscience. published 25 Nov. 2021)

이것은 무선으로 제어되는 신경 장치를 로컬 Bluetooth 네트워크와 결합해 가능하다.
이 ‘피코넷(Piconet)’에서 중앙 제어 장치는 새로 개발된 블루투스 프로토콜을 통해 무선으로 연결된 여러 신경 임플란트를 제어한다. "다양한 최종 장치는 48비트 Bluetooth-어드레스를 통해 개별적으로 지정될 수 있다"고 팀은 설명했다. "이 제어는 특수 신경 임플란트뿐만 아니라 기존의 실험실 장비에서도 작동한다.“

이 네트워크를 위해 일반적이고 상업적으로 이용 가능한 기술 구성 요소만 필요하며 모든 것은 스마트폰에서 제어할 수 있다. "이 기술을 사용하면 최소한의 소비와 복잡성으로 네트워크를 빠르고 자발적으로 설정할 수 있다"고 연구원은 말했다.

버튼을 눌러 신경 조작

이러한 블루투스 피코넷을 실험실로 이전하면 이미 스마트 홈에 구축된 사물 인터넷과 유사한 매우 다른 기능을 가진 장치를 동시에 제어할 수 있다. 예를 들어 연구원들은 이 제어 네트워크를 통해 사람이 뇌에 임플란트를 통해 약물을 마우스에 동시에 주입하고 광 펄스를 통해 1초로 특정 유전자를 활성화하는 동시에 실험실 원심분리기를 시작하는 시나리오를 설명했다. .
광유전학적 임플란트의 도움으로 Qazi와 그의 팀은 이미 이것이 실제로도 작동함을 입증했다. 광유전학에서 유전자 조작은 특정 유전자가 빛에 의해 선택적으로 전환될 수 있도록 한다.
연구원들은 식욕 중추가 위치한 시상 하부 영역에 있는 쥐에게 이러한 미니 장치를 이식했다. 피코넷을 통한 활성화 후, 이 쥐들은 즉시 정상보다 더 많이 먹기 시작했다.

▲ b, 다양한 기술의 기능 및 액세스 범위 그림. (i) 1개의 RCC가 BLE를 사용하여 주변에서 한 번에 1개의 RCM만 제어할 수 있는 단일 장치 제어 (ii) 단일 RCC가 BLE를 사용하여 주변에서 최대 15개의 독립적인 RCM을 선택적으로 동시에 제어할 수 있는 로컬 피코넷 WNBN 모드 (출처: 관련논문 Fig 2 Scalable and modular wireless-network infrastructure for large-scale behavioural neuroscience)

▲ b, 다양한 기술의 기능 및 액세스 범위 그림. (iii) 글로벌 인터넷 WNBN 모드: 원격에 위치한 단일 RCC가 인터넷과 BLE 기술의 조합을 사용해 서로 다른 실험실(맞춤형 WNBN 운영 체제가 탑재된 미니컴퓨터 장착)에서 전 세계 여러 장치를 선택적으로 동시에 제어할 수 있다. WNBN 기술은 다중 모드 신경 임플란트뿐만 아니라 테더링된 기존 장비를 제어하는 동시에 여러 아날로그 및 디지털 센서에서 데이터를 수집할 수 있다. (출처: 관련논문 Fig 2. Scalable and modular wireless-network infrastructure for large-scale behavioural neuroscience)

인터넷을 통해 원격 제어

이것이 전부는 아니다.
이러한 로컬 무선 네트워크는 인터넷에 쉽게 연결할 수 있다. Qazi와 그의 팀이 설명하는 것처럼 제어 장치로 Raspberry Pi와 같은 인터넷 지원 미니컴퓨터를 사용하는 것으로 충분하다. 그러면 피코넷과 이에 연결된 임플란트를 전 세계 어디에서나 제어할 수 있다. 그들은 이미 실제 테스트에서 테스트 피코넷에 대해 이러한 인터넷 제어를 성공적으로 구현했다. 제어는 350km 거리에서 수행되었다.

원칙적으로 사람은 노트북에서 전 세계의 신경 임플란트와 실험실 장치를 거의 실시간으로 동시에 제어할 수 있다. 연구원들은 "신경과학을 위한 이 글로벌 네트워크는 피코넷 워크의 수를 포함하도록 조정할 수 있다"고 기술했다. 이를 통해 과학자는 수백 마리의 실험동물의 행동과 뇌 기능을 동시에 제어하고 그 과정에서 생성된 데이터를 기록할 수 있다.

기술발전인가 두려움인가?

과학자들에 따르면 이 기술은 신경과학 및 의학 연구에 완전히 새로운 가능성을 열어준다.
이런 식으로 실험동물의 행동과 뇌 기능은 실험자의 존재 없이 연구되어 반응에 영향을 줄 수 있다. 비용이 저렴하고 사용이 간편해서 미래에 대량으로 사용할 가능성도 있다.

Qazi와 그의 팀이 긍정적으로 생각하는 것은 대부분의 다른 사람들의 척추에 전율을 줄 가능성이 있다. 원격 제어 실험동물의 함대에 대한 전망은 과학적 돌파구라기보다 공상 과학 공포 장르의 물건처럼 보이기 때문이다. 그런 신경망도 해킹당하거나 언젠가는 인간의 임플란트가 조작될 수 있다는 것은 말할 것도 없다.

Qazi와 그의 팀은 또한 액세스 보안과 암호화가 그러한 네트워크에 중요하며 동물의 복지가 항상 고려되어야 한다고 지적했다. 그들은 가장 중요한 윤리적 질문은 배제했다.
(Nature Biomedical Engineering, 2021; doi: 10.1038/s41551-021-00814-w)

출처: KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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