美 연구팀 "뇌-컴퓨터 인터페이스 이식 19개월간 실증…가정·직장 업무 가능"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 근위축성 측삭경화증(ALS)으로 심한 마비와 중증 언어장애를 겪는 환자가 뇌에 이식한 전극만으로 2년 가까이 가족·친구와 대화하고 인터넷을 검색하며 직장 업무까지 수행한 사례가 보고됐다.

2023년 왼쪽 언어 운동피질(speech motor cortex)에 64채널 전극 배열 4개, 256개의 전극으로 구성된 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 이식한 45세 ALS 남성 환자는 약 2년간 자택에서 연구자 도움 없이 독립적으로 가족·친구와 대화하고 인터넷을 검색하며 직장 업무까지 수행했다. [Nature Medicine, Nicholas Card et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 데이비스 캘리포니아대(UC 데이비스) 니컬러스 카드 박사팀은 16일 의학 저널 네이처 메디신(Nature Medicine)에서 ALS 환자 1명에게 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 이식해 약 2년간 자택에서 사용하도록 한 결과, 연구자 도움 없이도 안정적으로 의사소통과 컴퓨터 제어를 할 수 있었다고 밝혔다.

연구팀은 고성능 BCI가 연구실 환경에서는 우수한 성능을 보여왔지만, 장기간 자택에서 독립적으로 사용된 예는 거의 없었다며 이 연구는 음성 의사소통과 컴퓨터 제어를 동시에 지원하는 실용적 보조기술의 가능성을 입증했다고 말했다.

루게릭병으로 불리는 ALS는 운동신경세포가 점차 소실돼 전신 마비와 언어장애를 일으키는 퇴행성 신경질환으로, 말하기 능력과 기기 조작 능력을 잃은 경우가 많아 환자의 자립성과 삶의 질을 떨어뜨린다.

그동안 ALS 환자들의 의사소통과 생활을 위해 눈동자 움직임이나 머리 움직임을 이용한 보조기기 등이 개발됐으나 대체로 속도가 느리고 신뢰성이 떨어지거나 전문 인력이 도와야 하는 등 불편한 경우가 많았다.

연구팀은 이전 연구들은 통제된 환경에서 높은 정확도의 음성·커서 제어 능력을 보여주기도 했지만, 가정에서의 독립적 사용이 가능한 경우는 거의 없었고, 음성과 컴퓨터 제어를 동시에 지원한 사례도 없었다고 지적했다.

이들은 이 연구에서 2023년 45세 ALS 남성 환자의 왼쪽 언어 운동피질(speech motor cortex)에 64채널 전극 배열 4개, 256개의 전극을 이식하고 사용하게 했다.

이 전극들은 환자가 말을 하려고 하거나 손을 움직이려 할 때 발생하는 신경 신호를 기록하며, 연구팀은 인공지능(AI) 기반 해독기를 이용해 이 신호를 실시간으로 문자와 컴퓨터 커서 움직임으로 변환했다.

모든 실험과 실제 사용은 연구실이 아닌 환자의 자택에서 진행됐으며 초기에는 연구팀이 장비 착용을 도왔지만, 이후에는 보호자만으로 시스템 운용이 가능하도록 절차를 단순화했다.

연구팀이 환자가 19개월간 이 시스템을 사용한 데이터를 분석한 결과, 총사용 시간은 3천800시간 이상이었고, 연구 기간에 전달한 문장은 18만3천60개, 단어 수는 196만163개에 달하는 것으로 나타났다.

의사소통 속도는 평균 분당 56단어로, 환자가 기존에 사용하던 머리 움직임 기반 입력장치 속도(분당 약 6단어)보다 훨씬 빨랐다. 환자는 또 이 장치로 문자메시지와 이메일을 보내고 인터넷을 검색했으며, 전일제 직장 업무도 계속 수행했다.

화면에 제시된 문장을 말하려고 할 때 발생하는 뇌 신호를 해독하는 성능 평가에서는 12만5천 단어 규모 어휘 체계 기준으로 단어 해독 정확도가 99%를 넘었고, 환자는 일상 대화에서 자신이 말하려는 문장의 92%가 최소한 '대체로 정확한' 수준으로 해독돼 전달됐다고 평가했다.

연구팀은 이 연구는 환자 1명만을 대상으로 했고 장비도 침습적 유선 연결방식이며 보호자의 장비 착용 지원이 필요하다는 한계가 있지만, ALS 환자가 고성능 BCI 시스템을 장기간 자택에서 독립적으로 사용할 수 있음을 입증했다고 말했다.

다만 현재 시스템은 여러 대의 컴퓨터로 구성돼 부피가 크기 때문에 외부 이동 중 사용이 어렵다며 앞으로 무선 또는 완전 이식형 시스템을 개발하고 다양한 환자군에서 성능을 검증할 필요가 있다고 덧붙였다.

◆ 출처 : Nature Medicine, Nicholas Card et al., 'Long-term independent use of an intracortical brain-computer interface for speech and cursor control', https://www.nature.com/articles/s41591-026-04414-6

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