로봇의 인간화를 연구하는 과정에서 발견된 가장 놀라운 사실은 인간의 뇌파가 상상할 수 없는 능력을 갖고 있다는 것이다. 그러므로 현재 많은 학자들이 집중으로 연구하는 분야는 생각만으로 글을 쓸 수 있도록 하는 기계를 만들자는 것이다.

내용은 간단하다. 인간의 뇌파를 분석하여 문자를 입력하는 것이다.

루게릭 병은 미국의 전설적인 야구선수 루게릭이 걸린 병으로 잘 알려져 있는데 루게릭병이 진전되면 사지가 마비되므로 의사소통이 거의 불가능하다. 이런 문제를 해결하기 위해 큰 틀에서 로봇학자들이 발을 벗고 나섰다.

과학자들의 성과는 놀랍다. 버클리 대학의 잭 갤런트 박사는 생각만으로 비밀번호를 입력할 수 있는 연구에 이어 어휘에 따른 뇌파 패턴을 분석하는 방식으로 뇌파 사용에 큰 개가를 얻었다. 실험 대상자에게 라디오를 듣게 한 후 그들의 뇌파 패턴을 분석하고 통계화했다. 한마디로 뇌 속에서 어떤 생각을 하는지 정확히 알아낼 수 있다는 것이다.

이러한 연구는 뇌파를 다방면에 활용할 수 있다는 것을 의미하는데 2006년 교통사고로 전신마비 환자가 된 빌 코체바는 2015년 ‘몸을 움직인다’ 생각만으로 자신의 손과 팔을 움직여 혼자 커피를 마시고 으깬 감자를 떠먹는 데 성공했다고 발표하여 세계를 놀라게 했다. 팔을 펴 물건을 잡거나 손가락으로 코를 긁는 동작을 하기도 했다.

코체바는 자신의 뇌에 센서, 마비된 팔과 손가락에 전극을 심는 수술을 받았다. 미국 케이스웨스턴리저브대학이 전신마비 환자를 위해 개발한 ‘신경 보철(補綴·상한 부위를 고쳐 바로잡거나 여러 재료로 대체물을 만들어 빈곳을 메움) 장치’를 이식받은 것이다. 뇌에 부착된 센서는 대뇌에서 발생하는 뇌파를 포착해 컴퓨터로 보낸다. 사람이 몸을 움직이려고 생각하면 대뇌에서 이런 지시를 내리는 뇌파가 발생하는데, 센서가 이 뇌파를 포착해 컴퓨터로 보내는 것이다. 코체바에게 손가락과 팔꿈치, 어깨 근육에는 36개의 전극이 이식되었는데, 전극들은 전선과 연결되어 각 부위에 전기 자극을 주는 역할을 한다. 외부에서 전극에 전기를 흘려보내면, 그 부위의 근육이 수축되면서 움직이게 되는 것이다.

즉 신경 보철 장치가 두뇌의 뇌파를 분석한 다음, 원하는 동작을 알아내어 그에 맞는 신체 부위가 움직이도록 전기 자극을 보낸다. 가령 코체바가 엄지와 검지로 컵 손잡이를 잡으려고 생각하면, 이때 발생하는 뇌파를 포착해 코체바의 엄지·검지에 전기 자극을 주어 두 손가락이 움직이도록 한 것이다. 신경 보철 장치를 ‘인공 신경’이라고도 부르는데 이는 손상된 신경을 대신해 두뇌의 지시와 신체 부위를 연결해주기 때문이다.

물론 코체바가 신경 보철 장치를 이식받자마자 곧바로 움직일 수 있었던 건 아니다. 그는 4달간 근육에 연결된 전극을 통해 근육을 자극하는 훈련도 하였으며 처음에는 한 번 움직일 때 2040분이 걸기도 했지만 신경 보철 장치를 이식받은 지 717일 만에 기적을 일으켰다.

신경 보철 장치 기술이 아직은 완벽한 수준은 아니지만 신 보철 장치가 전신마비를 극복할 수 있다는 것은 매우 고무적인 일로 평가되었다. 이 기술이 더 발전하면, 마비 환자도 정상인처럼 움직일 수 있게 되는 일이 가능해질지 모른다는 것이다. 특히 기계로 만든 팔·다리를 사람의 몸에 이식하고 뇌의 지시에 따라 움직이게 할 수도 있다는 것이다. 소위 두뇌와 척수를 제외한 신체가 기계로 이루어진 사이보그가 실제로 등장할 가능성이 결코 과언이 아니라는 뜻이다.
그런데 2016년 그야말로 놀라운 연구결과가 발표되었다.

네덜란드 위트레흐트대학의 닉 램지 교수는 루게릭병으로 사지가 마비되었기 때문에 의사소통이 전형 불가능한 상태에 놓여 있었던 하네커 드 브라우너의 뇌 속에 생각을 읽을 수 있는 전극을 삽입한 후 환자에게 컴퓨터 앞의 문자를 하나씩 선택해서 의사 표현을 할 수 있도록 했는데 결론은 의사소통을 못 하던 사람이 생각만으로 글자를 입력시킬 수 있게 되었다는 것이다. 글자를 하나씩 선택해야 하므로 단어를 완성하는 데에도 오랜 시간이 걸린다. 연습 기간만 197일이 걸렸고 한 단어 표현 시간이 보통 30초 걸리므로 상당한 시간이 소요되는 것은 사실이다. 그러나 의사소통을 못 하는 환자가 생각만으로 글자를 입력할 수 있다는 것은 놀라운 일이다. 코체바가 뇌파로 마비된 몸을 움직여 물건을 작동시킬 수 있다는 것은 한마디로 뇌파의 영역이 무한대로 확대될 수 있다는 것을 뜻한다.

이를 확장하면 생각만으로 자신이 표현하고 싶은 것을 할 수 있을지 모른다는 생각으로 이어진다. 우선 중풍에 걸리거나 말을 할 수 없는 사람이라도 뇌 속에는 표현하고 싶은 신호를 보낼 수 있다는 것이다. 스위스 제네바 대학의 스테파니 마틴 교수는 뇌 속에 들어 있는 단어(words)와 문장(sentences)을 말로 바꾸어 다른 사람들에게 전달할 수 있는 기술을 개발했다. 그는 사람들이 책을 큰 소리를 읽을 때 뇌의 변화를 모니터링 하여 이를 해독하는데 성공했다는 것이다.

심한 충격이나 질병을 앓았을 때 대화 능력을 상실하는 사람들이 있다. 이때 환자들은 그들의 눈이나 동작을 사용해 자신의 의사를 표현할 수 있지만, 복잡한 대화를 이어가는 것은 어려운 일이다. 스크린 위에 있는 커서로 글자들을 움직여 자신의 의사를 표현할 수도 있다. 뺨을 움직여 안경에 있는 스위치에 자극을 주어 센서를 움직이면서 대화를 해나가던 우주과학자 스티븐 호킹이 대표적인 경우다.

이것은 뇌컴퓨터 인터페이스(BCI, brain-computer interface)를 활용하는 것으로 BCI란 뇌파를 센서로 전달해 그 내용을 분석하고, 컴퓨터를 통해 전달하는 것을 말한다. 사람의 생각을 결정하는 뇌파를 시스템 센서로 보내 해독하고 그 내용을 컴퓨터 등을 통해 표현하는 방식이다. 학자들은 이 방법을 통해 뇌종양 등의 수술, 중풍이나 강한 충격을 받아 언어 표현이 마비된 환자와는 물론 뇌전증(epilepsy) 환자 치료에 큰 도움을 받을 수 있을 것으로 보고 있다. 즉 뇌종양, 두부 외상, 뇌염, 뇌출혈, 대사 장애 등의 진단의 유력한 실마리이고, 특히 간질의 진단에는 매우 유력한 기술로 평가받는다.

간질로 알려진 뇌전증은 발작을 유발할 수 있는 원인 인자가 없음에도 불구하고 발작이 반복적으로 발생해 환자는 물론 가족 등을 고민하게 하는 병이다. 그런데 뇌전증 환자의 뇌에 전극을 심어놓을 경우 발작이 일어나기 수일 전에 뇌 상황을 감지하게 되고, 그 원인을 제거해 급작스러운 발작을 치료할 수 있다는 것이다. 이들은 뇌암 수술을 마친 6명의 환자를 대상으로 실험을 실시한 결과, 환자들의 의사를 마이크로폰으로 재현하는데 성공했다.

그동안 BCI 기술 개발에 있어 난제는 뇌파 해독이었는데 뇌파를 문자로 해독할 수 있는 기술이 개발되면서 돌파구가 열린 것이다.

이 기술은 의료계는 물론 음성인식 기술 전반에 큰 영향을 미쳐 인공지능이나 로봇, 미디어, 게임, 군사기기 등 첨단 기술 분야에 지대한 영향을 미칠 것으로 예상하고 있다. 그중 많은 학자들이 연구하고 있는 것은 생각만으로 글도 쓰자는 것이다.

글을 쓰고자 할 때 현재는 키보드와 마우스를 이용하거나, 음성명령을 이용한다. 그런데 뇌파를 사용하여 이런 불편함을 제거할 수 있다는 뜻이다. 한마디로 글을 쓸 때 굳이 자판키를 두둘기지 않고 뇌파를 이용한다면 그처럼 편리한 것은 없을 것이다.

여기에는 뇌파를 탐지하는 기술이 급선무인데 탐지 기술은 침습적 방식과 비침습적 방식으로 나뉜다. 먼저 침습적 방식은 뇌 외곽에 측정 장치를 심어서 뇌파를 탐지하는 기술이다. 뇌에 직접 부착해야 하므로, 두개골을 열어야 하는데 부작용이 일어날 확률이 높다. 코체바, 닉 램지 교수에 의해 하네커가 시술 받은 것이 이에 해당한다. 뇌파 탐지를 위해 두개골을 열어서 운동 피질 부분에 전극을 연결하는 소위 부품을 삽입한 것이다.

비침습적 방식은 두개골을 열지 않고 머리에 바로 부착해서 뇌파를 탐지할 수 있게 해주는 것으로 수술을 하지 않기 때문에 부작용이 생길 위험은 낮다. 그러나 침습적 방식보다는 뇌파 탐지의 정확도가 낮다는 단점이 있다. 침습적 방식에서 가장 잘 알려진 것이EEG(Electroencephalograph)의 사용이다.

2017년 미국 MIT 대학의 다니엘라 루스 박사가 인간의 생각을 읽는 로봇 박스터를 공개 실연했는데 이는 뇌파 활용이 현실 세계에서 구현될 수 있음을 보여준 쾌거로 설명된다.

루스 박사는 실험자에게 뇌파를 감지하는 EEG 모자를 쓰게 한 후 두 팔이 달린 박스터가 앞에 앉도록 했다. 박스터 앞에는 ‘페인트’와 ‘선(와이어)’라는 이름이 붙은 플라스틱 통이 놓여 있다. 박스터에게 페인트 용기를 두 개 중 하나의 플라스틱 통에 넣도록 명령했는데 박스터는 고심하다 ‘선’을 선택해 팔을 뻗었다. 그 순간 EEG를 쓴 실험자가 머릿속으로 ‘잘못됐다’고 생각하자 박스터는 불과 100분의 1초 만에 이를 읽어 당초 선택한 페인트 통을 ‘선’이 아니라 ‘페인트’라고 씌여진 ‘플라스틱’ 통에 넣었다. ‘정답’과 ‘잘못’ 사이의 이원적 선택에 불과했지만 로봇이 인간의 마음을 읽은 것이다.

학자들은 이 실험을 인간이 텔레파시로 로봇을 조종할 수 있는 시대를 앞당길 수 있는 중요한 성과라고 평가했다. 박스터는 인간이 잘못된 행동을 인지했을 때 생성하는 뇌파 신호(ErrPs)를 감지하도록 설계됐다. 박스터는 이 신호를 100분의 1초 만에 읽어 ‘기계학습(Machine Learning)’ 알고리즘에 넣고, 즉각 자신의 행동을 수정할 수 있다. 역으로 말한다면 로봇이 실수를 저지르기 전에 이를 알아차린 인간의 뇌파를 감지해 행동을 바로잡게 할 수 있다는 것이다.

한마디로 사람은 로봇의 행동을 지켜보다가 로봇 행동에 대해 찬성하는지 반대하는지만 생각하면 된다는 뜻으로 중요한 것은 이를 위해 인간이 훈련하지 않아도 된다는 점이다. 즉 지금까지 로봇은 인간이 기계어로 정확하게 명령을 내려야하는데 이 경우 버튼을 누르지 않고도 즉각 행동을 명령할 수 있다. 로봇이 인간에 적응하는 것으로 기계가 인간에 맞추는 것이다. 독일 프라이부르크대학교 볼프람 부르가르트 교수는 이의 중요성을 다음과 같이 말했다.

‘인간의 언어를 로봇에 전달하기 어렵다는 측면에서 루스 박사의 연구는 미래의 ‘인간로봇’ 관계에 중대한 진전이다.’

학자들이 이 결과에 환호하는 것은 향후 인간의 복잡한 명령을 수행하는 로봇이 자율주행차량, 생산시설 감독 등 각종 분야에 사용될 수 있다고 내다보기 때문이다. 물론 넘고 지나가야 할 장애물은 여러 가지다. 가장 큰 걸림돌은 뇌파장치를 심는 침습적 방식은 여러 가지 위험 요소가 있고 반면에 비침습적 방식을 사용하면 뇌파 감지 모자를 사용해야 한다. 그런데 모자를 사용할 경우 사람이 이에 적응하기 위해 상당기간 동안 훈련해야 한다.

물론 이런 기술은 매우 엉뚱한 부작용도 일으킬 수 있다는 지적도 있다. 그동안 인간의 생각은 누구도 읽을 수 없는 공간으로, 개인의 자유 영역이었다. 생각만으로 글을 쓸 수 있게 해주는 기술은 편리하고 유용할 수 있지만 뇌파를 분석하는 기술로 인해서 개인의 생각이 다른 사람에 의해서 침범당할 수 있다.

뇌파 분석은 빅데이터와 같은 수준 높은 분석 기술을 필요로 한다. 문제는 개인의 생각이 빅데이터를 활용할 경우 클라우드에 저장되어, 사생활 침해문제를 불러올 수 있다는 것이다. 이것은 인공지능 스피커의 경우 개인 대화가 클라우드로 저장되면서 사생활 논란이 등장한 것과 궤를 같이한다. 누군가 내 생각을 열람할 수 있다는 뜻이다. 뇌파 기술이 보다 업그레이드되면 이러한 기술이 오히려 해가 될 수 있으므로, 마냥 좋아할 일은 아니지만 여하튼 뇌파로만 글을 쓸 수 있다는 것은 인간의 능력이 한정없다는 것을 의미한다.특히 인간의 뇌파를 로봇이 읽는 기술은 현재 전신마비 장애인이 로봇을 조종하는 기술 개발 등에 적용되고 있으므로 일반 사람들도 이를 활용하는 시대가 올 것임은 분명하다.

영국 BBC방송은 2012년 네티즌들의 의견과 미래학자들이 예측한 ‘100년 후 이뤄질 10가지’ 즉 2112년까지 현실이 될 10가지 사항을 정리하고 각각의 가능성을 백분율(%)로 제시했다.

①식량 및 에너지 공급하는 바다 농장 경영: 100억 인구에 안정적으로 식량을 제공하는 어패류 농장. 해조류에서 인류가 사용할 재생 에너지를 추출하는 산업이 활성화된다. 가능성 100%.

②컴퓨터와 두뇌 연결로 업무 속도 증가: 컴퓨터 기계 장치와 두뇌가 연결돼 인간의 두뇌 회전이 컴퓨터처럼 빨라진다. 선진국에서는 2075년까지 거의 모든 사람이 이를 이용하며, 세기 말까지 전 세계에 보급된다. 100%.

③'생각 송수신 장치'를 통한 의사소통: 두뇌 확장 장치와 함께 '생각 송수신 장치'의 발달로 한 사람의 생각이 다른 사람의 두뇌에 전달되고 이를 인터넷상에 저장할 수 있다. 100%.

④핵융합에 대한 완벽한 이해: 2045~2050년 에너지원으로 안전하게 사용하는 핵융합 지식을 갖게 되며, 2100년까지 이에 대한 완벽한 이해에 도달한다. 100%.

⑤영원히 죽지 않는 인공 지능: DNA 연구와 로봇 기술의 발달로 뇌와 직접 연결된 전자장치를 이용해 생명 연장이 가능하며, 사람을 영원히 살아있게 하는 '전자 불멸 기술'을 합리적 가격으로 이용할 수 있다. 90%.

⑥세계 단일 통화 출현: 이번 세기 중반까지 몇 개의 지역 화폐로 통합되며, 세기 말까지 전 세계에 통용되는 '글로벌 전자 화폐'가 정착된다. 80%.

⑦남극 대륙의 상업적 이용: 남극 대부분 지역이 자원 개발을 위해 상업적으로 이용된다. 자연환경에 영향을 주지 않고 자원을 효과적으로 이용하는 기술도 개발된다. 80%.

⑧캘리포니아 미국에서 분리: 캘리포니아나 동부 지역 주들이 미 연방에서 탈퇴하려는 경향이 증가하고 있어 금세기 말이면 실제 그렇게 될 수 있다. 이들은 경제력이 떨어지는 다른 주에 대한 재정지원을 원치 않기 때문이다. 80%.

⑨전세계 인구의 80%가 동성 결혼 경험 : 20대에 결혼해 100세 이상 산다고 할 때 남녀 간 결혼이라는 한 가지 방식에 집착할 수 없으므로 누구나 다양한 방식의 결혼을 시도한다. 80%.

⑩기후 조절 가능: 주요 지역에 큰 피해를 입히는 기후 변화를 사전에 차단하고, 특정 지역에 비를 내리게 하는 등 기후 조절 기술을 싼값으로 이용할 수 있다. 80%.

BBC방송은 컴퓨터와 두뇌 연결로 선진국에서 2075년까지 거의 모든 사람이 이를 이용하며, 세기 말까지 전 세계에 보급된다는 것을 100%로 예상했는데 이는 미래 인간들이 이들 기술을 모두 활용할 수 있다는 것을 의미한다. 또한전자장치를 이용해 생명 연장이 가능하며, 사람을 영원히 살아있게 하는 ‘전자 불멸 기술’도 90%나 높이 잡았다. 그만큼 인간의 뇌를 보다 활용할 수 있다는 뜻이다.

                  한국과학저술인협회 회장·공학박사 이종호