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선조를 진료하는 의사 허준(허준박물관).

[김영호의 새콤달콤 과학레시피] 우리 동네 병원의 인공지능 의사

인공지능 심포지엄에 초청을 받았다. 인공지능 왓슨이 의사로서의 일을 한 지 1년이 되는 날을 기념하여 대구가톨릭대병원에서 인공지능 심포지엄을 2018년 4월에 열었다. 필자는 4차산업혁명의 핵심 기술들이 의료기술과 만나서 어떤 변화들이 일어나는지에 대해서 인공지능 심포지엄에서 강연하였다.이처럼 인공지능이나 4차산업혁명이라는 것이 먼 나라 이야기가 아니고 바로 우리가 살고 있는 지역에서 일어나고 있는 일이 되었다. 4차산업혁명은 인공지능, 빅데이터, 3D 프린팅, 사물인터넷, 유전정보, 정밀의료 등과 같은 핵심 기술들을 앞세워 기존의 기술들을 빠르게 연결하여 큰 변화를 일으키고 있다.사실 인공지능이라는 것이 일반인들에게 알려진 지 얼마 되지 않은 것 같은데 벌써 우리가 살고 있는 곳에 인공지능 의사가 일을 하고 있다. 그렇다면 인공지능 의사의 진료는 얼마나 믿을 만할까? 인공지능 의사가 사람 의사를 대체할까? 인공지능 의사가 잘못해서 문제가 생기면 누가 책임을 질까? 등등 여러 의문들이 제기되며 전문가들 사이에서도 열띤 토론이 이어지고 있다. 이제 인공지능 의사에 대해 좀 더 자세히 살펴보자.◆의사 왓슨의학 전문자료 1,500만 쪽을 공부해서 다 외웠고 의학학술지도 300종이나 읽었다. 그리고 2012년 3월부터 미국 메모리얼 슬론 캐터링 암센터에서 레지던트로 일했다. 이후 MD앤더슨에서 훈련받으며 실력을 키워서 드디어 의사가 되었다. 이것은 어느 젊은 의사의 경험담이 아니라 인공지능 '왓슨 포 온콜로지'가 의사가 되기 위해 지나온 과정이다.2016년 12월 'IBM 왓슨 인공지능 암센터'를 길병원에서 오픈하면서 국내에서도 인공지능 왓슨이 의사로서의 일을 시작했다.그런데 왓슨은 어떻게 암을 진단할까? 방법은 의외로 간단하다. 우선 환자의 성별과 나이를 입력하고 혈액검사, 조직검사, 컴퓨터단층촬영(CT) 등과 같은 검사결과를 입력한 후에 'Ask Waston'을 클릭한다. 그러면 왓슨이 열심히 분석해서 '강력추천', '추천', '비추천'의 세 가지 치료법을 제시한다. 평균 8초 만에 왓슨은 치료법을 제시한다. 그렇지만 최종 치료법의 결정은 왓슨이 제시한 치료법을 참고하여 사람 의사가 내린다.이미 전 세계 90개 이상의 병원에서 인공지능 의사 왓슨을 사용하고 있다. 국내에서도 가천대 길병원을 시작으로 건양대병원, 조선대병원, 부산대병원, 계명대동산병원, 대구가톨릭대병원 등에서 사용하고 있다. 앞으로 5년 내에 미국에 있는 병원의 절반 이상이 인공지능 기술을 활용할 것이라는 전망을 대한무역투자진흥공사에서 2017년 발표했다. 그리고 지금까지 만들어진 인공지능 스타트업의 수가 미국에서만 140개가 넘는다고 하니 왓슨과 같은 인공지능이 앞으로 더 많이 나올 것이다.◆인공지능 의사 왓슨의 실력암에 걸리면 어느 의사 선생님이 진료를 잘 하고 치료를 잘 해줄 수 있는지 주변에 물어보고 찾아보게 된다. 인공지능 의사인 왓슨은 다른 의사 선생님들과 비교해서 실력이 얼마나 될까? 2014년에 미국 종양학회에서 전문의와 왓슨의 암진단 결과를 비교했는데 자궁경부암 100%, 대장암 98%, 직장암 96%가 일치한 것으로 발표했다. 또한 인도 마니팔 병원에서 1,000명의 암환자를 대상으로 왓슨이 진료했는데 사람 의사와 일치하는 결정이 80%나 되었다는 보고도 있다. 이처럼 외국에서 인공지능 왓슨과 사람 의사의 암 진단 일치율은 높다.그렇다면 우리나라에서는 어떨까? 우리나라에 맨 처음 인공지능 의사 왓슨을 도입한 가천대 길병원이 2017년 12월 인공지능 의사 왓슨의 진료 결과에 대해 공개했다. 2016년 12월 처음 도입되어 2017년 11월까지 인공지능 왓슨이 의사로서 일을 한 결과는 다음과 같다. 총 557명의 환자가 왓슨을 이용해서 진단을 받았다. 이 중 대장암 환자 118명에 대해서 왓슨이 '강력추천'으로 제시한 치료법과 사람 의사가 제시한 치료법의 일치율은 55.9%였다. 그리고 왓슨이 '강력추천'한 것뿐만 아니라 '추천'한 것까지 포함하여 사람 의사의 판단과 일치하는 비율을 보면 대장암(결장)이 78.8%, 대장암(직장)이 77.8%, 위암이 72.7% 등으로 나타났다.똑같은 인공지능 왓슨을 사용했는데 왜 외국보다 국내에서 사람 의사와의 일치율이 낮을까? 이에 대해 전문가들은 같은 종류의 암이라 하더라도 인종이나 생활환경에 따라서 양상이 다르게 나타날 수 있는데 왓슨이 미국에서 개발되어서 외국 환자들에게 더 적합하게 만들어졌기 때문일 것이라고 한다. 앞으로 우리나라 환자에 적합한 진단과 치료법을 제시하기 위한 후속 개발과 보완이 필요하다는 것을 시사한다.◆1호 인공지능 의사, 아이디엑스'1호 인공지능 의사'가 세상에 등장했다는 기사가 2018년 보도되었다. 바로 위에서 몇 년 전에 개발된 인공지능 의사 왓슨을 살펴봤는데 '1호 인공지능 의사'가 등장했다고 하니 좀 의아한 생각이 든다. 그 내막을 좀 살펴보면 이렇다. 인공지능 의사 왓슨은 인공지능 의사가 맞지만 독자적으로 진료해서 진단서를 발급하지는 못한다. 왓슨이 환자 정보를 분석해서 치료방법을 제시하는 일을 하지만 결정은 사람 의사가 하기 때문에 사람 의사를 보조하는 일을 한다.그러나 이번에 등장한 인공지능 의사 아이디엑스는 사람 의사의 도움 없이 스스로 환자의 병을 진단하고 진단서도 발급한다. 이 인공지능 의사는 미국 아이디엑스 기업이 안과용 인공지능 의료기기로 개발한 '아이디엑스-디알(IDx-DR)'이다. 인공지능 의사 아이디엑스는 미국 식품의약국(FDA)으로부터 2018년 판매 허가를 받았다.인공지능 의사 아이디엑스는 당뇨 망막병증을 진단한다. 개발회사인 아이디엑스의 설명에 따르면 진단과정은 다음과 같다. 우선 환자의 안구 사진을 촬영하고 망막 이미지를 인공지능 소프트웨어에 입력해서 인공지능이 기존 환자 자료와 비교해서 당뇨 망막병증을 진단한다. 양성으로 판단되면 안과 전문의에게 치료를 요청하고 음성으로 판단되면 12개월 후 재검사 받을 것을 안내한다. 환자의 망막 영상을 분석해서 진단결과를 내 놓는 데에 1분도 걸리지 않기 때문에 환자가 오래 기다릴 필요도 없다. 인공지능 의사 아이디엑스는 2017년 미국에서 900명의 당뇨 환자를 대상으로 진행된 임상 시험에서 87.4%의 정확도로 당뇨 망막변증 환자를 구분했다고 한다.국내에 인공지능 의사 왓슨을 처음으로 도입한 길병원은 2016년 12월~2017년 12월 사이에 환자와 보호자를 대상으로 설문조사를 했다. 인공지능 왓슨의 도입으로 인해서 의사 진단과 치료에 대한 신뢰도가 증가했다고 대답한 사람이 224명 중에 204명으로 91%나 되었다. 그리고 인공지능 의사 왓슨의 진료에 대해서 환자 51명 중 48명(94%)이 매우 만족한다고 응답했다. 이와 같은 인공지능 의사에 대한 호응 속에 앞으로 더 다양한 질병들을 진단하고 치료하는 데에 인공지능이 사용될 것이다.(*)김영호 대구경북첨단의료산업진흥재단 책임연구원

2018-11-14 07:00:00

컴퓨터 시스템과 인간의 뇌가 연결돼 데이터를 주고받을 수 있는 매트릭스 시스템. 영화 매트릭스 캡처

[김영호의 새콤달콤 과학레시피] 환자 뇌와 연결된 로봇팔

키아누 리브스가 슬로우 모션으로 날아오는 총알을 피하는 장면이 멋있었던 영화, 매트릭스. 이 영화는 1999년에 개봉되어 전세계적인 흥행을 기록했다. 인공지능 컴퓨터가 지배하는 2199년을 배경으로 하는 영화다. 매트릭스 프로그램 때문에 사람들은 자신이 1999년에 살고 있다는 착각에 빠져서 평생 가상현실 속에 갇혀서 인공지능의 통제를 받으며 산다. 일부 사람들이 이런 현실을 깨닫고 진정한 현실 세계에서 인공지능과 맞서 싸우는 스토리다. 그들은 자신의 뇌에 광케이블을 꽂아서 가상세계인 매트릭스 속으로 침투하며 자기 뇌 세포에 매트릭스의 여러 데이터를 입력한다. 이 영화처럼 우리 뇌에 광케이블을 꽂아서 컴퓨터에 연결할 수 있을까? 이런 말도 안되는 것 같은 기술을 실제로 개발하는 과학자들이 있다. 그리고 진짜 만들었다. 그들이 어떤 것을 만들고 있는지 개발 현장을 살짝 들여다보자.◆로봇팔을 가진 장애인 환자버락 오바마 미국 대통령이 척수가 손상된 환자인 나단 코프랜드의 손을 잡고 악수했다. 이때 오바마 대통령이 악수한 나단의 손은 보통 사람의 손이 아니라 나단의 뇌와 연결된 로봇팔이었다. 이 일이 2016년 10월에 미국 피츠버그대학교에서 열린 백악관 프런티어스 컨퍼런스에서 실제로 일어났다. 오바마 대통령은 나단의 로봇 팔과 악수한 후에 진짜 사람과 악수하는 느낌이었다고 소감을 말했다. 사실 나단은 12년 전에 교통사고를 당해서 팔을 움직일 수 없는 중증 장애인이 되었다. 그런데 피츠버그대학교 신경생물학과 앤드류 슈워츠 교수 연구팀의 도움으로 로봇팔을 갖게 되었다. 이 연구팀은 나단의 뇌에 작은 칩을 이식해서 뇌의 신호를 읽어서 컴퓨터로 보낸 후 신호분석을 거쳐서 로봇팔을 움직이도록 했다. 이렇게 나단은 자신의 생각대로 움직이는 로봇팔을 갖게 되어서 혼자서 로봇 손으로 물건도 잡을 수 있게 되었다.◆뇌-컴퓨터 연결환자의 뇌와 로봇팔을 연결하기 위해서는 우선 뇌와 컴퓨터를 먼저 연결해야 된다. 그런 다음에 컴퓨터를 통해서 로봇팔을 움직이도록 제어한다. 이처럼 사람의 뇌와 기계를 연결하는 기술은 뇌-기계 인터페이스(Brain-Machine Interface), 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface), 마음-기계 인터페이스(Mind-Machine Interface) 등으로 불리며 세계 여러 연구팀에서 개발 중에 있다.사실 이러한 기술을 개발하기는 무척 어렵다. 신경과학, 의학, 컴퓨터공학, 로봇공학, 재료공학 등 많은 분야가 유기적으로 손잡고 협력해야 개발이 가능한 분야다. 우선 뇌의 신호를 읽어야 하기 때문에 생물학적인 뇌세포에 대해서 잘 알아야 한다. 그리고 뇌의 신호를 읽기 위한 마이크로 전극도 만들어야 하고 뇌신호를 전자신호로 바꿔서 컴퓨터로 보내야 한다. 그리고 컴퓨터로 들어온 신호를 분석하여 해석하는 프로그램도 필요하다. 이후 로봇팔을 컴퓨터와 연결하여 뇌신호 분석결과에 따라 로봇팔을 움직이도록 하는 공학적 기술도 필요하다. 이처럼 최첨단과학의 핵심기술들이 집결하여 만들어가는 연구분야다.◆뇌에 심겨진 작은 칩사람이 생각하는 대로 로봇팔을 움직이려면 먼저 뇌신호를 측정하는 기술이 필요하다. 뇌신호를 측정하는 방법은 크게 비침습형과 침습형으로 구분된다. 비침습형 방법은 머리 피부 표면에 전극을 붙여서 뇌 신호를 읽는 방법이다. 그리고 침습형 방법은 뇌수술을 해서 머리뼈에 구멍을 뚫고 전극을 뇌에 직접 꽂아서 뇌 신호를 읽는 방법이다. 비침습형 방법이 수술을 하지 않아도 되는 안전한 방법이지만 측정되는 뇌신호가 너무 약하고 잡음이 심하다. 그래서 환자의 뇌의 신호를 읽어서 로봇팔을 움직이는 연구에서는 뇌에 직접 작은 마이크로칩을 심어서 뇌신호를 읽는 침습형 방법을 사용한다. 이 침습형 방법은 1998년에 미국 에모리대학교의 필립 케네디 교수에 의해 처음으로 개발되었다. 필립 케네디 교수 연구팀이 목 밑으로 마비된 뇌졸중 환자의 머리뼈에 구멍을 뚫고 작은 칩을 삽입하는 데 성공했다.◆뇌-기계 연결 프로젝트사람의 뇌와 기계를 연결하는 프로젝트가 미국 피츠버그대학교와 브라운대학교를 비롯한 세계 여러 연구팀에서 진행되고 있다. 피츠버그대학교의 앤드류 슈워츠 교수 연구팀은 2008년에 원숭이의 뇌에 작은 칩을 꽂아서 로봇팔을 움직이는 기술을 개발했다. 이후 실제 환자의 뇌와 로봇팔을 연결하는 연구를 진행하여 성공적인 결과를 얻었다. 이 연구팀은 전신이 마비되어 꼼짝없이 침대에 누워서 생활하는 환자의 뇌에 작은 칩을 삽입한 후 생각만으로 로봇팔을 움직이도록 하는 것을 2012년에 성공했다. 그 환자가 생각만으로 로봇팔을 움직여서 로봇손에 잡고 있던 초콜렛을 자기 입으로 가져가서 먹는 감동적인 순간이 영상으로 촬영되어 2012년에 보도되었다. 이 환자는 무려 16년 만에 처음으로 다른 사람의 도움을 받지 않고 자기 스스로 초콜렛을 입으로 가져와서 먹었다고 한다. 이와 비슷한 연구가 미국 브라운대학교에서도 진행되었다. 작은 96개의 전극을 마비 환자의 뇌에 삽입한 후 생각만으로 로봇팔을 움직이도록 하여 음료수를 마시는 것을 2012년에 브라운대학교 연구팀도 성공했다.미국 매사추세츠공대(MIT)에서 발행하는 테크놀로지 리뷰에 세상을 바꿔놓을 10대 혁신 기술을 2017년 3월에 발표했다. 이 10대 기술 중 하나로서 '마비 역전기술(Reversing Paralysis)'이 포함되어 있다. 이것이 마비 환자의 뇌에 작은 칩을 삽입하여 뇌의 신호를 손과 발에 직접 전달해서 움직이는 뇌-기계 연결 기술이다. 이러한 뇌-기계 연결 기술이 좀 더 발전하면 마비환자나 장애를 가진 사람이 생각만으로 움직이는 로봇팔을 가지고 장애를 극복하는 날이 올 것으로 기대된다.(*)김영호 대구경북첨단의료산업진흥재단 책임연구원

2018-11-07 07:00:00

보스턴 과학박물관 '과학적 이해의 모델' 그림.

[김영호의 새콤달콤 과학 레시피] 뇌파로 채팅하기

"우리 뭐 먹을까?" 라고 친구에게 말했는데 둘이 동시에 "라면~"이라고 했다면 '찌찌뽕'이라 외친다. 옛날로 치면 '텔레파시가 통했네'라는 말이다. 옆 사람에게 내 입으로 말을 해서 내가 하고 싶은 뜻을 전하는 것이 아니라 내 머리에서 옆 사람 머리로 바로 전달하는 방법을 텔레파시라고 부른다.우리는 버스를 타고 가다가 와이파이를 잡아서 휴대폰으로 인터넷을 열어 본다. 이때 우리 눈에 보이지는 않지만 공기 중에 떠도는 전파를 잡아서 정보를 전송받아 보는 것이다. 이처럼 내 머리 속의 생각을 바로 옆의 친구 머리 속으로 바로 보낼 수는 없을까? 지금까지는 소설이나 영화처럼 상상 속에서만 가능했다. 그런데 실제로 머리 속의 생각을 읽어서 글자로 적고 저장하며 심지어 다른 사람의 머리로 바로 보내는 기술이 개발 중에 있다. 정말 이것이 가능할 것인지 그 현장을 살짝 들여다보자.◆페이스북 '브레인 타이핑 기술' 개발최근 페이스북이 머리 속의 생각을 글자로 바꿔주는 기술을 개발하고 있다는 소식이 들려온다. 이 기술이 개발되면 휴대폰으로 채팅할 때에 내가 손가락으로 글자를 타이핑하지 않아도 내 머리 속의 생각을 읽어서 글자가 자동으로 내 휴대폰 채팅 창에 글자로 입력이 되어 전송될 것이다. 이 기술의 핵심에 뇌파가 있다.페이스북은 우리 뇌의 뇌파 신호를 측정해서 그것을 분석한 후 글자로 타이핑해주는 기술을 개발하고 있다. 이 기술을 개발하기 위한 미션을 가지고 60명으로 구성된 '빌딩8'이라는 연구그룹이 만들어졌다. 이들은 사람 뇌의 언어중추를 해독하는 프로젝트를 수행하며 뇌파를 이용해 생각만으로 글자를 쓰는 '브레인 타이핑 기술'을 개발하고 있다. 1분에 100단어를 쓰는 속도로 글자를 타이핑하는 기술을 개발하는 것이 페이스북의 목표다.◆마비 환자의 생각을 글자로'사람의 생각을 글자로 타이핑한다니 과연 진짜 될까?' 라는 생각마저 드는 신기한 기술이다. 이미 2012년에 미국 스탠퍼드 대학교 연구팀이 뇌파신호를 글자로 바꿔주는 '아이브레인(iBrain)' 장치를 개발했다. 이것은 마비환자가 뇌파를 이용해서 글자를 타이핑할 수 있도록 만든 기술이어서 더욱 주목을 받았다. 이 기술은 전신마비 환자나 장애가 있는 사람이 자신의 생각을 글자로 바꿔서 다른 사람과 편하게 의사소통할 수 있도록 해주는 놀라운 것이다.이처럼 뇌파를 측정해서 생각만으로 글자를 타이핑하는 기술을 처음에 스탠퍼드 대학교에서 개발했지만 최근에 페이스북 기업체가 뛰어들어 대규모 투자를 통해 제품으로 만들기 위한 기술 개발에 박차를 가하고 있다는 뉴스는 시사하는 의미가 크다. 몇 년 후에는 정말 이 기술이 개발 완료되어서 쓰일지도 모른다. 그때가 되면 머리띠나 헤드셋을 쓰고 아무 말도 하지 않고 손가락도 움직이지 않고 그냥 생각만 하면 카카오톡이나 페이스북에 글자가 타이핑되어 입력되고 그것이 상대방도 볼 수 있게 전송될 것이다.◆생각을 저장하고 전송하는 기술한 사람의 뇌의 생각을 읽고 저장해서 다른 사람에게 그 생각을 전송해서 심는 것이 정말 가능할까? 상상 속에서나 가능할 것 같은 기술을 실제로 개발하겠다고 나선 과학자가 이미 10년 전에 나왔다. 그냥 허풍 떨며 큰소리 친 정도가 아니고 지난 10년 동안 진짜 이 기술을 개발하겠다고 연구를 계속해오고 있다.미국 서던캘리포니아대학교 신경기술설계센터의 시어도어 버거 교수가 바로 그 과학자다. 그는 10년 전에 미국방위고등연구계획국(DARPA)으로부터 300억원이 넘는 연구자금을 지원 받아 기억을 담당하는 '인공해마'를 만드는 연구를 하고 있다.우리 뇌에서 단기기억을 장기기억으로 옮기는 역할을 '해마'라는 뇌의 부위가 담당하고 있는데 이 해마를 인공칩으로 바꿔서 넣겠다는 목표를 가지고 연구를 진행하고 있다. 이렇게 하면 인공칩에 기억을 저장할 수 있게 되는 것이다. 이 연구팀에서 쥐를 대상으로 한 실험에서는 해마가 손상된 쥐의 뇌에 인공해마라고 할 수 있는 작은 칩을 삽입해서 장기기억을 만드는 데 성공했다. 그러나 원숭이를 대상으로 한 실험에서는 아직 좋은 결과를 얻지 못하고 있어서 사람의 뇌에 실제 사용할 수 있을 지에 대해서는 좀 더 연구를 지켜봐야 한다.◆뉴럴링크의 도전최근에 사람의 생각을 저장하고 다른 사람에게 보내는 기술을 개발하겠다고 나선 회사가 있다. 테슬라의 최고경영자 일론 머스크는 이러한 기술을 개발하겠다고 선언하며 '뉴럴링크 코퍼레이션'(Neuralink Corp)이라는 새로운 회사를 2016년에 만들었다. 이 회사는 사람의 뇌에 작은 칩을 삽입해서 뇌에서 일어나는 활동을 실시간으로 읽고 분석하는 기술을 개발하고자 한다. 이 회사는 작은 칩을 통해서 사람의 생각을 읽고 저장할 수 있으며 다른 사람의 뇌로 기억을 보낼 수 있는 제품을 개발하는 목표를 가지고 있다.어떤 기계장치에 광케이블을 꽂아 데이터를 읽고 다운 받아 컴퓨터에 저장한 후에 다른 기계장치로 그 데이터를 보내서 저장하는 일은 우리 생활 속에 흔히 있는 일이다. 이처럼 기계장치를 대상으로 이루어지는 데이터의 저장과 이송을 사람의 뇌를 대상으로 하는 것이 정말 실현될 수 있을까? 앞으로 뉴럴링크 회사가 어떤 놀라운 개발 결과를 내놓을지 무척 궁금해진다.지나가다 원수같이 미운 사람을 보면 욕이 불쑥 머리 속에서 튀어나온다. 물론 입 밖으로 욕을 말하지 않았기 때문에 상대방은 눈치채지 못하고 웃으며 인사하고 지나친다. 그런데 생각을 읽어서 바로 다른 사람에게 보내는 기술이 개발되면 우리의 숨기고 싶은 생각은 어떻게 숨길 수 있을까? 전신마비 환자나 장애인을 위해서 뇌의 생각을 글자로 바꿔서 전달해주는 기술은 아주 유용하게 사용될 것이다. 그렇지만 개인의 생각을 해킹하거나 무작위로 전송됨으로 인해 발생되는 개인 프라이버시 침해와 인권에 대한 문제도 함께 고려해볼 필요가 있을 것 같다.(*)김영호 대구경북첨단의료산업진흥재단 책임연구원

2018-10-31 11:21:54

보스턴 과학박물관에 있는 인체모형.

[김영호의 새콤달콤 과학 레시피] 뇌의 생각을 읽는 기계

우리는 또 하나의 우주를 가지고 있다. 바로 우리 몸 속에 있지만 여전히 신비 속에 감춰진 뇌가 바로 그것이다. 최근 첨단과학이 발달하면서 뇌에 대한 연구가 활기를 띠고 있다. 특히 뇌 속을 들여다보는 기술들이 속속 개발되고 있다. 이를 통해 우리 뇌 안에서 어떤 일이 벌어지고 있는지 조금씩 엿보는 것이 가능해졌다. 또한 내 머리 속뿐만 아니라 남의 머리 속도 들여다 볼 수 있다고 하니 더욱 흥미로운 기술임에 틀림없다. 요즘 뇌과학자들이 우리 뇌 속을 어떻게 들여다보는지 살짝 살펴보자.◆누군가 내 머리 속을 보고 있다이건 악몽이다. 누군가가 계속 나를 지켜보고 있다는 것만으로도 악몽인데 심지어 내 머리 속을 계속 보고 있다는 것은 상상하기조차 싫은 무서운 악몽이다. 그런데 이런 일이 이미 중국에서 벌어지고 있다.홍콩에서 발행하는 사우스차이나모닝포스트가 2018년 보도에 따르면 중국에 있는 항저우 중흥전자를 포함한 12개의 공장이 그곳에서 일하는 근로자들의 뇌파를 읽는 장치를 사용했다. 그 회사의 근로자들이 출근해서 머리에 쓰는 작업모에 뇌파를 읽는 전극을 넣어서 근로자가 작업을 하거나 쉬는 동안에도 뇌파를 실시간으로 읽어서 컴퓨터에 저장하고 분석했다고 한다.왜 이런 일을 했을까? 회사의 입장은 근로자들이 일하는 동안 뇌파를 측정해서 직원들이 얼마나 스트레스를 받는 지와 분노나 즐거움을 느끼는 지를 측정해서 분석한 후 적절한 작업 흐름과 업무량을 조정하는 데 쓰기 위해서라고 한다. 국가전략망 저장성 전력공사는 이 장치를 도입한 후 지난 4년 동안 3천220억원 이상의 이익이 증가했다고 발표했다. 이같은 보도가 나가자 외신들과 인권단체에서는 사생활 침해 여지가 있다고 주장했다. 인권문제뿐만 아니라 기술적인 면에서도 문제가 제기되고 있다. 전문가들에 의하면 근로자의 작업모에 전극을 붙여서 일하는 동안에 뇌파를 측정하는 장치는 뇌파 신호가 매우 약하고 잡음이 섞여 들어가서 그 신호를 분석해서 정확하게 의미를 파악하는 것이 기술적으로 어려워서 실제로 근로자의 생각이나 감정상태를 파악하는 것이 가능한지 의문이라고 한다. 이처럼 이미 다른 사람의 뇌 속을 들여다보고자하는 일이 실제로 벌어지고 있다.◆뇌의 생각을 읽는 기계열 길 물속은 알아도 한 길 사람의 속은 모른다는 속담이 있다. 이처럼 바로 옆에 있어도 그 사람이 무슨 생각을 하는지 알 수가 없다. 혹시 우리 뇌의 생각을 읽어내는 기계가 있을까? 뇌를 연구하는 과학자들은 어떻게 뇌에 대해서 연구할까? 실시간으로 뇌 속의 생각을 읽을 수는 없을까? 이러한 궁금증이 꼬리를 물고 떠오른다.사실 우리가 건강검진을 받으러 병원에 가면 내 머리 속을 훤히 보여주는 기계들이 있다. 바로 컴퓨터단층촬영(CT)이나 자기공명영상(MRI) 장비들인데 이 장비로 뇌를 찍으면 뇌 영상을 선명하게 볼 수 있다. 굳이 내 머리 뼈를 들어내지 않고도 뇌 속의 혈관이나 조직을 선명하게 영상으로 보여준다. 이러한 의료영상장비를 사용해서 뇌 속에 종양이 있는지 또는 뇌혈관의 어느 부분이 막히거나 파열되었는지 등을 조사할 수 있다. 또한 이런 대형 영상장비를 사용해서 뇌의 어느 부위가 활성화되어 있는 지에 대해서도 조사할 수 있다. 즉 우리가 어떤 사물을 보거나 생각을 할 때에 달라지는 뇌의 특정 부위의 활성도도 조사할 수 있다. 그렇지만 속도가 느리다는 단점이 있다. 뇌 영상을 촬영하는 데에는 수 초 정도의 시간이 걸리기 때문에 빨리 변하는 것을 촬영할 수 없고 실시간으로 측정하는 것이 불가능하다. 최근에는 실시간으로 뇌 속을 볼 수 있는 다른 장비들이 속속 개발되고 있다. 이 중에 뇌파 측정기는 뇌파를 측정하는 데에 수 밀리초 정도로 아주 빨리 측정할 수 있어서 실시간으로 연속적으로 뇌 속에서 무슨 일이 일어나는지 들여다 볼 수 있는 기계여서 많은 과학자들의 주목을 받고 있다.◆뇌파 측정기뇌파 측정기는 머리 피부에 전극을 붙여서 뇌파를 읽으면 되기 때문에 무척 편리하고 안전하다는 장점이 있다. 그런데 이렇게 측정하는 뇌파의 신호는 너무 작다. 수술을 통해서 두개골 뼈를 들어내고 뇌의 표면인 피질에 전극을 붙여서 뇌파를 측정하면 1밀리볼트(mV) 정도 된다. 그런데 머리 피부에 붙인 전극을 통해서 뇌파를 측정하면 뇌파가 0.1 밀리볼트(mV) 정도로 크게 줄어든다. 바로 머리뼈가 뇌파 신호를 크게 감소시키기 때문이다. 이렇게 약한 뇌파 신호를 그대로 사용하기는 어려워서 앰프를 통해서 신호를 증폭한 다음에 분석한다. 앰프를 통해서 전압을 약 10만배까지도 증폭할 수 있다. 따라서 신호는 작지만 안전한 머리 피부에 전극을 붙여서 뇌파를 측정하는 방법을 많이 사용한다. 이처럼 뇌파를 측정해서 뇌 손상, 뇌전증, 치매 등의 질병 진단에 이용할 수 있다. 이러한 의학적인 이용 외에도 동물이나 사람의 행동과 뇌의 활동을 연구하는 분야에서도 활용될 수 있다.◆뇌에 흐르는 전기와 뇌파뇌파(Brainwave)는 뇌전도(Electroencephalography, EEG)라고도 불리는데 우리 몸의 신경계에서 뇌신경으로 신호가 전달되는 과정에서 발생하는 아주 미세한 전기의 흐름이다. 뇌에 전기가 흐른다고? 맞다. 전기가 흐른다. 사실 우리 몸의 구석구석으로 신경을 타고 전기신호가 실시간으로 계속 흐르고 있다. 마치 컴퓨터 본체의 뚜껑을 열어보면 복잡하게 얽혀있는 전자회로 기판의 선들을 따라서 미세한 전기가 흐르는 것처럼 말이다. 우리 몸에도 몸의 구석구석까지 연결되어 있어서 각종 신호를 주고받는 신경을 타고 미세한 전기가 흐르고 있다. 온몸의 각 부위에서부터 신호들이 모여서 최종 집결하는 곳. 그곳이 바로 우리 뇌다. 우리 뇌는 발 끝에서 머리 끝까지 각종 장기와 피부에서 수집한 신호들을 받아서 분석하고 명령을 내린다. 마치 슈퍼컴퓨터가 각종 데이터를 받아서 분석한 후 명령을 내리는 것처럼 말이다.뇌에 전기가 흐른다는 것은 어떻게 알았을까? 역사를 살펴보면 영국 의사인 리처드 캐튼이 1875년에 토끼와 원숭이를 대상으로 실험하다가 뇌에서 전기가 흐른다는 것을 처음 발견했다. 이후 1924년에 독일 예나 대학교의 한스 베르거가 환자의 두개골 피하에 백금전극을 넣어서 뇌파를 읽는 뇌전도(EEG) 기술을 개발했다. 이렇게 한스 베르거에 의해서 사람의 뇌파가 처음으로 측정되었다. 이후 많은 과학자들이 뇌파를 읽고 분석해서 뇌에서 어떤 일들이 일어나는지를 알아내는 연구에 뛰어들었다.뇌종양이나 뇌혈관질환을 검사하기 위해서 사용하는 의료영상장비를 비롯하여 뇌파를 측정하는 기계와 같이 우리 뇌 속을 들여다보는 기계들이 속속 개발되고 있다. 이러한 장비들이 질병의 진단과 치료뿐만 아니라 우리 일상생활 곳곳에서 다양하게 활용될 수 있는 기술 개발에 활발하게 이용되고 있다.(*)김영호 대구경북첨단의료산업진흥재단 책임연구원

2018-10-24 05:00:00

김영호 대구경북첨단의료산업진흥재단 책임연구원

[김영호의 글로컬 과학토크] 질병을 치료하는 뇌파 게임

게임은 참 재밌다. 그냥 재밌다. 중국의 장기와 유럽의 체스를 비롯하여 신라시대 주령구처럼 시대와 장소를 가리지 않고 사람들은 게임을 즐겨왔다. 요즘은 휴대폰이나 컴퓨터로 삼차원 영상의 화려한 게임을 즐기는 시대에 살고 있다. 최근에는 단순히 혼자 즐기거나 몇 사람이 모여서 즐기는 정도의 게임 수준을 넘어서 'e스포츠'라고 하는 조직화된 문화로 자리잡았다. 이뿐만 아니라 뇌파 게임을 이용해서 질병을 치료하는 기술도 개발되고 있다. 이제 손가락 하나 까딱하지 않고 생각만으로 게임을 즐기는 뇌파 게임 속으로 들어가보자.◆e스포츠 대회한국콘텐츠진흥원의 2017 e스포츠 실태조사에 의하면 일반인 1200명을 대상을 조사한 결과 취미로 e스포츠를 즐긴다고 대답한 사람이 45%나 된다. 또한 OGN e스타디움, 아프리카TV, 넥슨아레나 등의 관련 업계에 따르면 e스포츠 경기현장을 찾은 사람이 2016년에 16만 명에서 2017년에는 21만 명으로 크게 증가한 것으로 추정된다는 내용이 보도되기도 했다. 2018년 7월에 제주도에서 '2018 서귀포 e스포츠 한마당 대회'가 열렸다. '리그오브레전드', '던전앤파이터', '클래스로얄', '피파온라인4', '스타크래프트', '온라인장기' 등 6개 종목으로 경기가 진행되었다. 이 대회에서 우승한 사람들에게 '제10회 대통령배 아마추어 e스포츠대회' 본선에 참가할 수 있는 특전도 주어졌다. 이처럼 혼자나 몇 사람이 모여서 즐기는 게임에서 스포츠 경기처럼 대회로 진행되는 형태로 발전하였다. 또한 이 대회에서 제주도에 있는 기업체가 개발한 뇌파 게임을 체험하는 코너도 마련되었다. 게임을 할 때 컴퓨터 마우스나 조이스틱을 손으로 움직여서 조작하는데 뇌파 게임은 말 그대로 뇌파를 사용해서 게임을 하는 것이다. 따라서 뇌파 게임에는 손으로 잡고 조작하는 마우스나 조이스틱 등이 필요 없다. 뇌파를 읽는 헤어밴드를 하고서 집중해서 생각하면 모니터 화면 속 게임이 진행된다.◆뇌파로 게임하기뇌파를 이용한 게임은 국내외에서 이미 십여년 전부터 개발되어 오고 있다. ㈜락싸의 자동차 경주 게임과 활쏘기 게임, 한국전자통신연구원의 볼링핀 쓰러뜨리기 게임, 이스라엘 인터랙티브 인스티튜트의 마인드볼 게임 등이 10년 전에 개발된 뇌파 게임이다. 또한 서울대학교 차세대융합기술원에서 '헨젤과 그레텔'이라는 뇌파 게임을 2010년에 개발했다. 이러한 뇌파 게임은 머리에 헤드셋을 쓰고 생각만으로 게임을 한다.그리고 2016년에는 세계최초로 스위스 취리히에서 '사이배슬론(Cybathlon)'이라는 사이보그 올림픽 경기가 열렸다. 이 대회에서 뇌로 제어하여 달리기 시합을 하는 종목이 특히 인기를 끌었다. 장애인 선수가 머리에 뇌파를 읽는 장치를 착용하고 앉아서 컴퓨터 화면 속 선수의 움직임을 제어하는 경기다. 즉 생각만으로 화면 속 선수를 달리게 하고 장애물을 피하도록 점프하게 하는 식이다.이처럼 손가락 하나 까딱하지 않고 뇌파로 생각하는 대로 게임을 하는 것도 신기한데 최근에는 뇌파와 연결된 가상현실(VR) 게임도 개발되었다. 세계 최초로 생각만으로 조작하는 가상현실 게임을 미국 보스턴에 있는 뉴러블 기업에서 2017년에 개발했다. 이 게임은 가상현실 속에서 로봇과 전투를 벌이는 내용인데 다른 가상현실 게임처럼 컨트롤러가 없이 단지 생각만으로 제어해서 게임을 한다.◆질병 치료하는 뇌파 게임뇌파 신호를 읽어서 게임을 즐기는 기술은 단지 재미를 위한 게임에만 머무르지 않고 질병을 치료하는 기술로 발전하고 있다. 뇌파 게임은 뇌의 집중력을 향상시키는 데 도움이 되기 때문에 치매와 같은 뇌질환자에게 도움이 되며 우울증 치료 등에도 이용할 수 있다. 또한 주의력결핍과잉행동 증후군(ADHD) 아이들의 치료에 도움이 될 수 있어서 이에 대한 연구개발도 활발하게 진행되고 있다. 주의력결핍과잉행동 증후군을 가진 아이는 공부를 할 때 하나에 집중하지 못하고 자꾸 다른 것을 하는 주의력이 결핍된 증상을 보인다. 그리고 잠시도 가만히 있지 못하고 왔다갔다하며 충동적이며 과잉행동을 한다. 미국정신의학협회(APA)에 따르면 어린이 중 5% 정도가 주의력결핍과잉행동 증후군을 가지고 있다고 한다. 그리고 미국 질병통제예방센터(CDC) 자료에 의하면 미국에서 주의력결핍과잉행동 증후군을 가진 어린이가 6백만명 이상이라고 한다. 우리나라에서도 2013년에 어린이와 성인 모두를 포함해서 5만8천명 정도가 주의력결핍과잉행동 증후군으로 진료를 받았다고 국민건강보험공단에서 발표했다.이러한 주의력결핍과잉행동 증후군을 뇌파 게임으로 치료하기 위한 연구가 핀란드 정신의학센터에서 몇 년 전부터 진행되고 있다. 이처럼 뇌파를 이용한 게임을 통해서 주의력결핍과잉행동 증후군을 치료하는 기술이 개발 중이어서 아직은 얼마나 효과가 있는지 장담하기는 이르다. 그러나 이러한 기술들이 발전하여 뇌파 게임을 통해 집중력을 향상시키고 주의력결핍과잉행동 증후군을 치료할 수 있다면 많은 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.상상이 현실이 되는 세상. 뇌파로 게임을 하고 질병을 치료하는 세상에 우리는 이미 살고 있다. 지금까지 몸의 장애가 있어서 할 수 없었던 많은 일들이 이러한 뇌파를 이용한 첨단 기술 덕분에 하나 둘 점점 더 가능한 것으로 바뀌고 있다.(*)김영호 대구경북첨단의료산업진흥재단 책임연구원

2018-10-18 14:39:58

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