미래의 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)의 전례 없는 새로운 방법 Novel Way for Next-Generation BCI System
뇌 신호 자세하게 기록할 수 있어
뇌가 어떻게 작동하는지 알 수 있어
가까운 시일 내 질병 부상 상실된 뇌 기능 회복 가능해져
뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 뇌나 척수에 손상을 입은 사람들이 움직이거나 의사소통하는 데 도움을 줄 수 있는 새로운 보조 장치이다. BCI 시스템은 뇌에 전기 신호를 기록하고 컴퓨터나 로봇 보철물과 같은 외부 장치를 구동하는 데 사용하는 이식형 센서에 의존한다.
현재 대부분의 BCI 시스템은 수백 개의 뉴런을 표본 추출하기 위해 한두 개의 센서를 사용하지만 신경과학자들은 훨씬 더 큰 뇌세포 집단으로부터 데이터를 수집할 수 있는 시스템에 관심이 있다.
이제, 한 연구팀이 미래의 BCI 시스템을 위한 새로운 개념을 향한 중요한 발걸음을 내디뎠다. 이 시스템은 각각 소금 알갱이 정도의 크기의 독립적인 무선 마이크로스케일 신경 센서로 구성된 네트워크를 사용하여 뇌의 활동을 기록하고 자극한다. '신경곡물'로 불리는 이 센서는 뉴런을 발사해 발생하는 전기적 펄스를 독립적으로 기록하고 중앙 허브로 무선으로 신호를 전송해 신호를 조정하고 처리한다.
연구진은 이 연구 결과가 언젠가 뇌 신호를 전례 없이 자세하게 기록할 수 있는 시스템을 향한 한 단계이며, 뇌가 어떻게 작동하는지 새로운 통찰력과 뇌나 척추 부상을 입은 사람들을 위한 새로운 치료법으로 이어질 수 있다고 말한다.
뇌-컴퓨터 인터페이스 분야에서 가장 큰 어려움 중 하나는 가능한 한 많은 뇌 지점을 탐색하는 공학적인 방법이다. 지금까지 대부분의 BCI는 하나의 단일 장치였습니다. 마치 바늘밭과 같았습니다. 우리 팀의 아이디어는 대뇌피질 전체에 분포할 수 있는 작은 센서로 모노리스를 분해하는 것이었다. 그게 바로 우리가 여기서 증명할 수 있었던 것이다.
브라운, 베일러 대학교, 캘리포니아 대학교 샌디에이고, 퀄컴의 전문가들이 참여한 이 팀은 약 4년 전부터 이 시스템을 개발하기 시작했다.
첫 번째 부분은 작은 실리콘 신경곡물 칩으로 신경 신호를 감지, 증폭, 전송하는 것과 관련된 복잡한 전자 장치를 축소해야 했다. 이 팀은 먼저 컴퓨터에서 전자 제품을 설계하고 시뮬레이션한 후 운영 칩을 개발하기 위해 몇 번의 제작 과정을 거쳤다.
두 번째 과제는 그 작은 칩들로부터 신호를 수신하는 신체-외부 통신 허브를 개발하는 것이었다. 이 장치는 엄지손가락만한 크기의 얇은 패치로 두개골 바깥의 두피에 부착된다. 그것은 작은 휴대폰 타워처럼 작동하며, 각각의 네트워크 주소가 있는 신경곡물의 신호를 조정하는 네트워크 프로토콜을 사용한다. 이 패치는 또한 최소한의 전기를 사용하여 작동하도록 설계된 신경 곡물에 무선으로 전원을 공급한다.
이 새로운 연구의 목적은 이 시스템이 살아있는 뇌, 즉 설치류의 뇌로부터 오는 신경 신호를 기록할 수 있다는 것을 증명하는 것이었다. 연구팀은 이 동물의 뇌 외피인 대뇌피질에 48개의 신경곡물을 배치하고 자발적 뇌 활동과 관련된 특징적인 신경신호를 성공적으로 기록했다.
연구팀은 또한 이 장치들이 뇌를 자극하는 능력뿐만 아니라 뇌에서 나오는 기록도 실험했다. 자극은 신경 활동을 활성화시킬 수 있는 작은 전기 펄스로 이루어진다. 이 자극은 신경 기록을 조정하는 같은 허브에 의해 추진되며 언젠가는 질병이나 부상으로 상실된 뇌 기능을 회복할 수 있을 것이라고 연구자들은 희망하고 있다.
Brain-computer interfaces (BCIs) Conception
이 연구를 위해 이 동물의 뇌 크기는 연구팀을 48개의 신경곡물로 제한했지만, 데이터에 따르면 이 시스템의 현재 구성은 최대 770개까지 지원할 수 있다. 궁극적으로, 연구팀은 수천 개의 신경 곡물을 확장하는 것을 계획하고 있는데, 이것은 현재 도달할 수 없는 뇌 활동 그림을 제공할 것이다.
초당 메가비트 속도로 무선 전력 전송과 네트워킹을 동시에 해야 하는 시스템이라 까다로운 작업이었다.
이 완전한 시스템을 실현하기 위해서는 훨씬 더 많은 연구가 이루어져야 하지만, 연구자들은 이 연구가 그러한 방향으로 가는 중요한 단계를 나타낸다고 말했다.
연구팀은 뇌에 대한 새로운 과학적 통찰력과 파괴적인 부상에 의해 피해를 입은 사람들을 도울 수 있는 새로운 치료법을 궁극적으로 개발할 수 있기를 희망하고 있다.
황기철 콘페이퍼 에디터
Ki Chul Hwang Conpaper editor
(Source: https://www.eletimes.com/novel-way-for-next-generation-bci-system)
테슬라를 뛰어넘는 돌풍, 뇌를 컴퓨터와 연결하는 신기술 "뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI)"
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