전신마비환자 뇌에 칩 이식… 15년만에 스스로 커피 마셔

팔다리가 마비된 환자가 ‘물건을 들고 싶다.’고 생각만 하면 로봇팔이 자유자재로 움직여 명령을 수행하는 기술이 개발됐다. 기계 부피를 줄이고 개발 비용을 줄이는 등 남은 과제를 해결해 상용화한다면 마비 환자의 자활에 획기적 도움이 될 듯하다. ‘600만불의 사나이’, ‘로보캅’ 등 공상과학물 주인공처럼 뇌파 등 생체신호로 기계를 작동시켜 인간 능력을 극대화하는 날이 다가오고 있다.

미국 브라운대 메디컬센터·하버드 의대 등의 전문가로 구성된 연구팀은 16일(현지시간) 마비 환자의 뇌파를 이용해 생각만으로 인공 수족을 움직이는 기술을 개발했다고 과학저널인 네이처 온라인판에 발표했다. 피실험자인 59세 여성 캐시 허친슨과 ‘밥’으로 알려진 60대 남성 등 2명은 모두 뇌졸중으로 팔다리가 마비된 미국인이다. 연구진은 이들의 뇌 운동 피질에 어린이용 아스피린 크기(4㎟)의 ‘브레인게이츠’라는 센서 칩을 이식했다. 이 칩 속에는 96개의 전극이 담겼다. 이 전극은 환자가 팔을 움직이는 상상을 할 때 발생하는 신경 신호를 포착, 수집해 머리 윗부분에 연결된 케이블을 통해 외부 컴퓨터로 전송한다. 컴퓨터는 신경 신호를 해석해 환자의 의도를 파악하고, 로봇팔에 ‘움직이라.’는 명령을 내린다.

15년간 팔을 움직이지 못한 허친슨은 이번 실험에서 로봇팔을 이용해 커피 마시기에 도전했다. 연구진이 공개한 실험 동영상에 따르면 허친슨은 상상을 통해 로봇팔로 커피가 담긴 보온병을 들어 올린 뒤 천천히 입으로 옮겼다. 병이 입술에 도달하자 빨대로 커피를 마시고 병을 다시 테이블에 올려놓는 데 성공했다.

두 환자는 고무공 잡기에도 도전했다. 밥은 성공 확률이 50%를 밑돌았지만 허친슨은 60%가량의 성공률을 기록했다. 뇌파로 컴퓨터 마우스를 조작하는 실험도 성공했다. 밥은 “내 손을 움직이는 상상을 했더니 로봇팔이 저절로 움직여 물체를 집더라.”며 놀라워했다.

학계 전문가들은 “뇌파를 이용한 기기 작동 실험의 정점을 찍은 결과”라고 평가했다. 존 도너휴 브라운대 뇌과학연구소장은 “마비 환자, 특히 전신 마비 환자의 입장에서는 아침에 커피잔을 잡고 마시는 동작이 매우 경이로운 일”이라고 밝혔다. 비슷한 연구를 진행 중인 앤드루 슈워츠 미국 피츠버그대 교수도 “‘커피 마시기’는 마비 환자들이 진정 바라는 일상생활의 한 동작”이라고 말했다.

인간의 사고와 기계를 결합시키려는 노력은 최근 활발히 진행되고 있다. 지난해에는 미국 펜실베이니아의 사지마비 환자가 로봇팔을 움직여 ‘하이파이브’를 하는 데 성공했고, 스위스의 한 실험실에서는 부분 마비 환자가 로봇팔을 원격 제어하기도 했다.

윤인찬 한국과학기술연구원(KIST) 박사는 “국내에서도 최근 척추마비 환자의 재활을 돕는 ‘맨머신인터페이스’(인간이 컴퓨터나 기계 등을 조작하는 장치) 연구가 활발히 진행 중”이라고 말했다.

‘보온병 들기’ 실험에 성공한 연구진은 향후 무선으로 신경신호를 외부 컴퓨터로 전송하는 체계를 개발할 것이라고 밝혔다. 브레인게이츠 칩 이식에 관여한 케빈 워위크 영국 리딩대 교수는 “신경신호로 전구를 켜고, 문을 열고, 휠체어를 밀고, 심지어 차를 운전할 수 있을 것”이라면서 “향후 몇 년 내 이 같은 일이 현실화될 것으로 본다.”고 전망했다.

유대근기자 dynamic@seoul.co.kr