꿈의 키보드 ‘마음 글씨’ 기술 
천재 물리학자 ‘스티븐 호킹’을 아시나요? 호킹 박사는 루게릭병으로 인해 목소리를 잃고 온몸이 마비돼 휠체어에 의지해야 했어요. 하지만 살아생전 중요한 발견들을 책과 강연을 통해 널리 알렸다고 합니다. 

바로 휠체어에 탑재된 음성합성기 덕분이었죠. 음성합성기가 손가락과 얼굴의 움직임을 인식해 호킹의 생각을 음성으로 전달해줬거든요. 

이 기술은 눈부신 발전을 거듭해, 이제는 생각만 해도 그 문장을 컴퓨터 모니터로 보여줄 수 있게 됐어요. 꿈의 키보드가 돼 줄 ‘BCI 기술’에 대해 함께 알아볼까요? 

생각을 보여주는 '마음글씨' 
말하거나 쓰지 않고도 내 생각을 누군가에게 전할 수 있다면? 먼 미래에나 가능할 것으로 보였던 이 기술 실험이 최근 성공했다는 소식이 들려왔어요. 

뇌-컴퓨터 인터 페이스(BCI) 기술을 연구하는 미국 ‘브레인게이트2’ 연구팀이 바로 생각한 문장을 컴퓨터 모니터에 바로 띄워주는 기술을 개발한 주인공! 연구팀은 이 기술에 ‘마음글씨’(mindwriting)라는 이름을 붙였어요. 

연구팀은 먼저 뇌 신호를 문자로 바꿔 컴퓨터 모니터에 띄우는 새로운 인공지능 알고리즘을 개발했어요. 그런 다음 이 알고리즘 기술을 65세의 사지마비 환자에게 적용했어요. 

2015년 연구팀은 이미 환자의 뇌에 작은 알약만한 칩 2개를 심고 연구를 해왔는데요. 칩에는 손의 신경 신호를 잡아내는 전극이 100개나 심어져 있었다고 해요. 

이번 실험에서 연구팀은 환자에게 종이에 글씨를 쓰는 상상을 하면서 마음속으로 단어와 문장을 써보라고 했어요. 환자는 마음속으로 알파벳을 10번씩 반복해서 썼고, 칩 안의 센서는 그동안 뇌의 활동 신호를 잡아내 칩에 기록했어요. 

연구팀은 이 신호를 이용해 인공지능 소프트웨어가 환자만의 독특한 글씨 패턴을 익히도록 학습시켰죠. 

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) |  Brain Computer Interface. 뇌와 컴퓨터의 직접 소통 방식 중 하나로, 신체의 움직임 없 이 상상만으로 기계에 명령을 내릴 수 있게 한다. 

이 과정이 끝나자 두 가지 실험이 이어졌습니다. 첫 번째는 화면에 떠 있는 문장을 그대로 베껴 쓰기, 두 번째는 돌발 질문에 자유롭게 대답하는 것이었어요. 실험 결과는 대성공! 실험에 참가한 환자는 첫 번째 실험에서 1분당 알파벳 90개를, 두 번째에는 74개를 모니터에 띄운 거예요. 거기다 두 실험 모두 90%가 넘는 정확도를 보였죠. 

환자와 같은 65세 일반인들의 스마트폰 문자 입력 속도는 분당 115개가 평균이라고 하니, 속도 차도 크지 않아요. 환자에 따르면 마음속 글자를 작게 상상할수록 더 빨리 쓸 수 있었다고 해요. 

기술을 연구하면서 발견한 신기한 사실은 손을 10년 넘게 쓰지 못했어도 뇌는 여전히 복잡한 손동작 패턴을 기억하고 있다는 거예요. 또한 신경활동이 단순한 것보다는 다양하고 복잡한 쪽이 오히려 신호를 파악하기에 쉽고요. 

그래서 마우스를 한 번 클릭하는 행동보다 글씨를 쓰는 상상을 했을 때의 신호를 해석하는 시간이 훨씬 빨랐대요. 

원숭이 핑퐁게임 실험 
비슷한 뇌 실험이 또 있어요. 바로 원숭이의 핑퐁 게임 실험이에요. 원숭이는 손을 움직이지 않고 오직 생각만으로 공을 주고받는 컴퓨터 핑퐁 게임을 하고 있어요. 이 원숭이의 뇌에도 컴퓨터 칩이 이식돼 있어요. 원숭이의 생각을 센서가 감지해, 생각만으로도 커서를 움직일 수 있게 해주는 거죠. 

미래엔 언어가 달라도 뇌파로 대화해~! 
그동안의 BCI 연구는 컴퓨터 화면 속 키보드를 마우스로 클릭해 소통하는 방식이 주를 이뤘습니다. 마음글씨를 쓴 환자 역시 2017년 같은 연구팀이 실시한 비슷한 실험에 참여했어요. 당시 환자는 이 방식으로 1분에 최대 40개의 알파벳을 썼다고 해요. 속도가 너무 느려서 의사소통은 사실상 불가능했죠. 

이처럼 현재 마음글씨 기술은 과거보다 2배 이상 빠른 속도를 보여주고 있는데요. 이 기술을 실생활에서 사용하기까지는 아직 개선해야 할 점이 많습니다. 소프트웨어가 마음글씨 패턴을 익히는 시간이 길고, 기계가 너무 커서 휴대하기 불편하거든요. 

더 큰 문제는 언어입니다. 마음글씨는 미국에서 개발 중인 기술이기에 알파벳으로만 연구를 하고 있어요. 그러다 보니 알파벳과 달리 한글처럼 초성, 중성, 종성으로 이루어진 글로 마음글씨를 쓰기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 

과학자들은 20~30년이 지나면 언어가 다른 사람들끼리도 뇌파로 자유롭게 대화할 수 있을 거라고 예측하고 있답니다. 과학 기술에 관심이 있는 친구들이라면 마음 글씨 기술에 주목해 보세요. 이런 관심과 호기심이 여러분을 미래의 BCI 과학자로 만들어줄 테니까요~! 

뇌파 | 뇌 속의 신경세포가 활동하면서 발산하는 전파 

 *에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=38028
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