새 뇌-컴퓨터 인터페이스, 마비 환자가 생각만으로 태블릿 제어 가능케 해

• 새 뇌-컴퓨터 인터페이스로 마비 환자가 상용 전자기기와 효과적으로 상호작용 가능
• 커서 이동과 마우스 클릭을 생각만으로 다양한 앱 사용 가능
• 다양한 앱 사용하며 분당 22회 '포인트-앤-클릭' 선택 수행

모바일 컴퓨팅 기기는 일상생활의 보편적이고 필수적인 부분이 되었지만, 마비 환자들에겐 사용하기 어렵습니다. 미국에서 500만 명 이상이 일상 활동 수행 능력을 제한하는 다양한 유형의 마비를 겪고 있습니다.

ALS 같은 상태에서 환자는 결국 주변과 효과적으로 소통하는 모든 능력(언어 포함)을 잃을 수 있습니다. 지금까지 보조 기술 분야가 많은 도움이 되었습니다: 마비 환자의 기능적 능력을 지속적으로 개선해 범용 컴퓨터와 쉽게 상호작용할 수 있게 했습니다.

최근 브라운 대학 연구자들이 마비된 사람들이 마우스를 가리키고 클릭하는 생각만으로 태블릿 기기를 직접 조작할 수 있게 하는 뇌-컴퓨터 인터페이스를 시연했습니다. 연구자들은 실험을 진행했는데, 마비된 3명의 참가자가 온라인 쇼핑, 가족과 채팅, 기타 태블릿 앱 사용을 할 수 있었습니다.

브레인게이트(BrainGate) 인터페이스 작동 원리

브레인게이트 컨소시엄은 부상이나 질병으로 운동 능력을 잃은 마비 환자들이 손을 움직이는 생각만으로 전자기기를 제어할 수 있게 돕기 위해 신경공학과 신경과학 개선을 위해 수년간 노력해 왔습니다.

뇌-컴퓨터 인터페이스는 운동피질에 배치된 미세 센서로 신경 활동을 포착합니다. 신경 신호는 디코딩되어 외부 장비로 전송됩니다. 수년간 과학자들은 유사한 기법을 사용해 장애인들이 로봇 팔과 팔다리를 제어할 수 있게 했습니다.

a) 설정 개요도 b) 124일차 시험 타임라인 | 연구진 제공

지금까지 뇌파(EEG) 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스는 철자, 게임, 그림 그리기, 웹 브라우징 제어를 보여주었지만, 상용 스마트폰이나 태블릿 같은 전자기기의 일반적인 제어는 제공하지 못했습니다.

참조: PLOS | doi:10.1371/journal.pone.0204566 | 브라운 대학

이 실험에서 인터페이스에서 추출된 신경 신호는 무선 마우스로 작동하도록 설계된 블루투스 인터페이스로 전송되었습니다. 이 가상 마우스는 넥서스 9 태블릿에 연결되었고, 마비된 3명의 참가자에게 특정 작업 수행을 요청했습니다.

결과

사지마비 3명의 참가자는 피질내 뇌-컴퓨터 인터페이스의 일부로 다중 전극 어레이가 운동피질에 부착되어 태블릿 기기를 조작했습니다. 그중 2명은 ALS(진행성 운동신경질환으로 자발적 근육을 제어하는 뉴런 사멸 유발) 환자였습니다. 3번째 참가자는 척수 손상 환자였습니다.

모든 참가자가 음악 스트리밍, 채팅, 이메일, 소셜네트워킹 앱 등 여러 앱을 탐색할 수 있었습니다. 뉴스 수집기 스크롤, 스트리밍 서비스 탐색, 유튜브 콘텐츠 검색, 채팅과 이메일 작성을 했습니다.

연구진 제공

다양한 앱 사용하며 분당 22회 '포인트-앤-클릭' 선택을 수행했습니다. 텍스트 앱에서 텍스트 인터페이스로 분당 30자 속도로 타이핑할 수 있었습니다.

멀티터치, 제스처, 클릭-홀드 같은 고급 커서 기능은 이 연구에서 구현되지 않았지만, 저자들은 모든 참가자가 인터페이스를 사용해 관심사와 취미를 얼마나 빠르게 탐색하는지 보고 기뻤습니다.

참고: 최초의 뇌-뇌 인터페이스, 3명이 생각을 서로의 머리에 직접 공유

이 연구는 심각한 신경학적 장애 환자와 의료 제공자 간 소통에 새로운 문을 열 잠재력도 있습니다. 이는 환자와 간병인 간 상호작용과 이해를 더 개선할 수 있습니다.