미 국방부 산하 방위고등연구계획국(DARPA)은 4년간 6천5백만 달러의 자금을 투자해 양방향 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 개발한다. 뇌에 이식하는 임플란트를 개발하는 것이다.

양방향 BCI 기술은 사람이 생각하는 것을 ‘뇌 이식장치(brain Implant)’를 통해 기록하고, 역으로 사람의 뇌에 있는 뉴런에 음성이나 시각 정보를 제공하는 것을 말한다. 이 같은 기술이 개발되면 시각 장애인이나 청각장애인이 뇌 이식 장치를 통해 제공되는 시각 정보와 청각 정보를 이용해 장애를 극복할 수 있다. 또한 사람이 생각하는 것 만으로 휠체어나 로봇을 제어하는 게 가능해진다.

DARPA는 이 같은 내용의 ‘NESD(Neural Engineering System Design:뉴런 엔지니어링 시스템 설계)’ 프로그램을 본격 추진하기 위해 최근 6개 연구기관을 선정했다. 6개 기관에는 브라운대학, UC버클리, 컬럼비아대학, 패라드로믹스(Paradromics), 시각 및 청각 재단(Fondation Voir et Entendre), 존 B. 피어스연구소(John B. Pierce Laboratory) 등이 포함됐다.

DARPA는 우선 1백만개에 달하는 뉴론을 기록하고, 역으로 외부의 데이터를 이들 뉴론에 전송하는 기술을 개발할 것이라고 밝혔다. 이 프로그램을 런칭한 '필립 알벨다(Philip Alvelda)'는 “1백만개의 뉴론은 인간의 뇌가 갖고 있는 860만개의 뉴론의 매우 작은 부분”이라며 “만일 풍부한 감각 신호를 뇌에 전송할 수 있다면 뇌 치료의 새로운 기원을 열 수 있을 것”이라고 말했다.

▲ 패라드로믹스의 NIOB 기술 개념도

'IEEE 스펙트럼'은 이번에 선정된 6개 기관 가운데 실리콘밸리 스타트업인 ‘패라드로믹스’의 기술에 관해 자세히 설명했다. 패라드로믹스는 ‘뉴런 입출력 버스(NIOB:Neural Input-Output Bus)’를 개발했다. NIOB 기술은 뇌의 뉴런과 인터페이스할 수 있는 마이크로와이어(microwire) 전극을 활용하고 있다. 총 20만개에 달하는 4개의 마이크로 와이어 다발은 NIOB 기술을 통해 1백만개의 뉴론을 기록하고, 자극을 줄 수 있다.

▲ 마이크로와이어 다발

각각의 마이크로 와이어는 1개의 증폭장치와 연결해야 하는데, 이들을 결합(bonding)하는 작업은 엄청난 납땜 작업을 요구한다. 패러드로믹스는 마이크로 와이어 다발을 평평하게 만들어 이를 하나의 CMS 증폭장치 어레이 칩과 결합시키는 기술을 개발했다. 패라드로믹스는 음성 합성장치(speech synthesizer)를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 사용자들이 자신이 말하고자 하는 바를 생각하면 음성 합성장치에 데이터를 전송할 수 있다.

이번에 DARPA와 계약을 체결한 나머지 5개 기관은 시각,음성, 촉각 등에 관한 연구를 진행하고 있다. 브라운대학은 작은 소금 입자 크기의 ‘뉴론 낱알(neurograins)‘을 활용한 음성 보철(speech prosthetic) 기술을 연구하고 있다. 이들 뉴론 낱알들은 개별적인 뉴론들과 인터페이스할 수 있다.

▲ 브라운 대학의 '뉴런 낱알' 개념도