중국, 최소 크기 초유연 뇌-컴퓨터 인터페이스 임상시험 성공
중국의 침입형 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술이 임상 시험 단계에 진입한 것으로 알려졌습니다. 중국 과학 아카데미의 뇌과학과 인공지능 기술 혁신 센터를 비롯한 연구팀은 최근 중국 최초의 침입형 BCI 전향적 임상 시험을 성공적으로 진행했습니다. 이로써 중국은 침입형 BCI 기술의 임상 시험 단계에 진입한 두 번째 국가가 되었습니다. 연구팀이 개발한 신경 전극은 현재 세계에서 가장 작고 유연한 것으로, 단면적이 외국 제품의 1/5~1/7 수준이며 유연성은 100배 이상입니다. 이는 뇌 조직에 대한 손상을 최소화하는 데 크게 기여하였습니다. 이 초유연 신경 전극은 고밀도, 광범위, 고속, 장기 안정적인 신호 채집 능력을 갖추고 있으며, 설치류와 비인간 영장류, 인간의 뇌에 중장기적으로 식물될 수 있는 능력을 이미 검증받았습니다. 이 침입형 BCI 시스템은 국내 유일하게 등록 형식 검사 보고서를 받고, 단일 신경 세포 스파이크 신호를 장기간 안정적으로 채집할 수 있는 BCI 시스템입니다. 이 시스템은 밀리초 단위, 단일 신경 세포 수준의 신호 캡처 특성을 가지고 있어, 다양한 응용 분야에 대한 신경 전기 신호 데이터 기반을 제공합니다. 수술의 용이성을 고려한 설계로, 식물체의 직경은 26mm, 두께는 6mm 미만으로 동전 크기 정도입니다. 이는 글로벌 최소 크기의 뇌 제어 식물체로, 유사한 제어 수준을 달성하려면 적은 수의 식물 전극이 필요하여 환자의 이익과 위험 비율을 향상시킵니다. 실시간 온라인 디코딩은 BCI 기술의 핵심 부분입니다. 시스템은 10밀리초 내에서 신호의 특징 추출, 운동 의도 해석, 제어 명령 생성의 전체 과정을 완료해야 합니다. 연구팀은 독자적으로 개발한 온라인 학습 프레임워크를 통해 신경 디코더의 동적 최적화를 창조적으로 실현하였습니다. 이 프레임워크는 파라미터 자동 조절 메커니즘을 사용하여 디코더 최적화와 신경 가소성을 조화롭게 관리하며, 전통적인 정적 디코딩 모델이 신경 신호의 시간 변화 특성을 적응하기 어려운 한계를 극복하였습니다. 앞서의 동물 실험에서는 비인간 영장류인 원숭이의 운동 피질 손과 팔 기능 영역에 BCI 시스템이 식물되었습니다. 시스템은 지속적으로 안정적으로 작동했으며, 감염이나 전극 실패 등의 문제는 나타나지 않았습니다. 훈련을 통해 원숭이는 신경 활동만으로 컴퓨터 커서를 제어하고, 목표 지시에 따라 뇌로 제어되는 타이핑을 수행할 수 있었습니다. 안정적으로 작동한 후, 원숭이의 식물체는 수술을 통해 안전하게 제거되었고, 같은 두개골 구멍 위치에서 새로운 식물체를 식물하였습니다. 수술 후에도 시스템은 계속 안정적으로 작동하며, 감염이나 전극 실패 등의 문제가 발생하지 않았습니다. 원숭이는 새로운 시스템에 빠르게 적응하여, 뇌로 제어되는 커서를 부드럽게 이동시키는 데 성공하였습니다. 이 수술은 식물체의 업그레이드 및 교체 가능성을 입증하였습니다. 시험 대상자는 고압 전기 사고로 사지 절단을 당한 남성입니다. 수술 전, 연구팀은 기능 자기 공명 영상(fMRI)과 CT 영상 기술을 결합하여, 시험 대상자의 개인화된 3D 모델과 인간 뇌의 운동 피질 상세 기능 지도를 재구성하여 식물 위치의 정확성을 보장하였습니다. 수술 과정은 밀리미터 단위로 정밀하게 이루어져 안전성과 효과성을 최대한 확보하였습니다. 2025년 3월부터 이 BCI 장치가 식물되어 시스템은 안정적으로 작동하였으며, 수술 후 두 달 넘게 감염이나 전극 실패 등의 문제가 발생하지 않았습니다. 2주~3주의 훈련만으로도 시험 대상자는 체스를 두고, 레이싱 게임을 플레이하는 등의 기능을 달성해 일반인이 컴퓨터 터치패드를 제어하는 수준에 접근하였습니다. 다음 단계에서는 시험 대상자가 로봇 팔을 사용하여 물리적인 생활에서 그릇을 잡거나 물컵을 들기 등과 같은 동작을 수행하도록 시도할 계획입니다. 이후에는 더욱 복잡한 물리 장치를 제어하는 것, 예를 들어 로봇 개나 인공 지능 로봇 등으로 확장하여 시험 대상자의 생활 범위를 넓히는 데 초점을 맞출 것입니다. 미래에는 이 침입형 BCI 시스템이 완전 척수 손상, 양상지 절단, 근위축성 측삭 경화증(ALS) 환자 집단의 삶의 질을 크게 개선할 것으로 기대됩니다. 초유연 신경 전극의 크기는 머리카락의 1/100 수준으로, 전 세계에서 가장 작은 뇌 제어 식물체를 자랑합니다. 산업계 전문가들은 이 연구가 중국의 BCI 기술 발전을 크게 앞당길 것이라고 평가하며, 특히 신경 전극의 크기와 유연성이 뇌 조직에 미치는 손상을 최소화하는 데 큰 역할을 하고 있다고 강조하였습니다. 중국 과학 아카데미의 뇌과학과 인공지능 기술 혁신 센터는 이러한 혁신적인 기술을 통해 환자의 삶의 질 향상에 기여하고, 앞으로 더욱 발전할 가능성을 열어놓았습니다.