테슬라 창업자 일론 머스크가 세운 뉴럴링크는 올해 처음으로 사람을 대상으로 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 임상시험을 시작했다. BCI는 뇌에 칩을 심어 신경신호를 포착하고 컴퓨터로 해독하는 기술이다. 뉴럴링크는 뇌에 칩을 이식하는 데 성공했지만, 나중에 전극과 전선 일부가 칩에서 떨어지는 결함이 발생했다. 아직 뚜렷한 부작용은 없었지만 이런 결함을 두고 BCI의 안전성 논란이 불거졌다.
과학자들이 BCI에서 뇌에 전극을 이식하는 방식을 대체할 새로운 기술을 개발했다. 미국의 BCI 기업인 사이언스 코퍼레이션(Science Corporation)는 지난달 29일 살아 있는 신경세포를 생쥐의 뇌에 이식해 외부 빛으로 제어할 수 있다는 실험 결과를 논문 사전공개 사이트인 바이오 아카이브(bioRxiv)에 발표했다. 연구가 발전하면 뇌에 이식한 세포가 전극대신 뇌 활동을 감지하고 이를 외부로 보내는 방식의 BCI 대체 기술로 개발될 수 있다.
BCI는 인간의 뇌와 컴퓨터를 직접 연결하는 기술이다. 전극을 두피에 붙이거나 뇌 깊숙이 삽입해 신경신호를 수집하고, 컴퓨터로 해독한 뒤 다시 다른 신경에 보낼 수 있다. 몸이 마비된 환자가 BCI를 이용하면 컴퓨터를 통해 신경을 다시 연결해 재활할 수 있다. 인간의 의도 대로 컴퓨터나 로봇 팔다리를 제어하는 것도 가능하다.
문제는 뇌에 전극을 심으면 염증 반응과 조직 손상 등 부작용이 나타날 수 있다는 점이다. 맥스 호닥(Max Hodak) 사이언스 코퍼레이션 최고경영자(CEO)는 "뇌에 무언가를 이식한다는 것은 불가피한 뇌 손상을 유발할 수 있다"며 "전극 이식으로 수만개의 뉴런(신경세포)이 파괴될 가능성도 있다"고 설명했다. 그는 뉴럴링크 사장 출신이어서 뇌에 전극을 이식할 때 발생할 부작용을 일찍 알았다.
사이언스 코퍼레이션은 전극 대신 살아 있는 세포가 신경신호를 감지하고 다른 곳으로 전달하는 방법을 연구하고 있다. 기존 방식은 전극을 사용해 뇌의 많은 부위에 연결하는 것이 불가능했지만, 살아 있는 세포를 이용하면 이론적으로는 모든 뇌 부위를 컴퓨터와 연결할 수 있다.
사이언스 코퍼레이션은 뇌에 세포를 이식하는 동물실험을 했다. 15㎛(마이크로미터, 1㎛는 100만분의 1m) 깊이의 작은 원통형 구멍이 10만개 있는 '마이크로웰'을 만들고 각 구멍에 신경세포를 넣고 배양한 후 생쥐의 뇌에 이식했다. 이식한 세포는 외부 빛에 따라 제어할 수 있도록 유전자를 변형했다.
실험 결과, 생쥐는 세포를 이식 받고 3주가 지나자 시각과 무관하게 빛을 받으면 뇌 신경이 활성화되는 것으로 나타났다. 전극 대신 유전자 조작을 한 세포를 심더라도 외부 장치와 연결해 신호를 만들 수 있다는 의미다.
사이언스 코퍼레이션은 이 기술을 '바이오 하이브리드 임플란트'라고 이름 붙이고 차세대 BCI 장치로 개발하고 있다. 신경 질환 치료를 위한 뇌 자극이나 신경 손상 환자를 위한 신경신호 전달에 살아 있는 세포를 사용하면 안전성을 높일 수 있다고 보고 있다.
다만 이식한 신경세포의 낮은 생존률은 아직 해결해야 하는 한계점이다. 생쥐에 이식한 신경세포는 이식 후 3주가 지나자 절반 가까이가 면역체계의 공격을 받아 죽었다. 장기간 신경 세포를 살릴 수 있는 방법을 찾는다면 안전하면서도 효과적으로 세포 기반 BCI를 구현할 수 있다. 비교적 간단하게 구현할 수 있는 신경세포의 빛 감지 능력 외에 외부로 신호를 보낼 방법도 찾아야 한다.
호닥 CEO는 "바이오 하이브리드 임플란트 기술은 아직 초기 단계이지만, 상용화했을 때 미치는 파장은 매우 크다"며 "미래 BCI 기술에서 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
참고 자료
bioRxiv(2024), DOI: https://doi.org/10.1101/2024.11.22.624907