뇌 신호만으로 답변 미리 예측한다?

질병 영향으로 말 대신 필담을 하고나 키보드로 문자를 입력할 수 없는 사람을 위해 뇌 신호를 단어로 변환하려는 과제를 두고 연구 과제에 도전하고 있다. 이런 가운데 캘리포니아대학 샌프란시스코캠퍼스 연구팀이 사람의 뇌 신호에서 미리 준비된 질문과 답변을 예측하고 자연스러운 회화 같은 속도로 커뮤니케이션을 취할 수 있는 시스템을 개발했다.

연구팀은 중증 장애자가 더 부드럽게 커뮤니케이션을 취할 수 있는 시스템을 개발하고 있다. 아직까지는 장애자가 대화처럼 같은 시간 단위로 의미를 교환할 수 있는 보조 시스템은 없기 때문. 페이스북 자금 지원을 통해 진행한 이 연구는 수술을 위해 신경외과를 방문한 간질 환자 3명 협력 하에 진행했다. 수술 전 간질 발작이 일어나는 원인 부위를 확인하기 위해 환자는 적어도 일주일 동안 뇌 활동을 관찰하는 전극 패치를 붙이고 있었다. 이 때 환자의 뇌 활동을 스캔했다.

입원중 환자는 9가지 질문을 듣고 24가지 답변 목록에서 선택해 대답을 했다. 연구팀은 이런 질문과 답변 패턴, 뇌 활동 패턴을 일치시킬 컴퓨터 모델을 구축하고 훈련을 실시했다. 그 결과 훈련된 모델은 음성 없이 뇌에서 신호 패턴만으로 어떤 질문을 들었는지 76% 정확도, 어떻게 답변했는지는 61% 정확도로 거의 순식간에 식별할 수 있었다. 뇌 신호에서 답변을 확인하기 위한 디스플레이 등 환자가 대답할 내용을 텍스트로 표시하는 게 가능하다.

이 실험에선 뇌 신호를 이용해 환자가 좋아하는 음악 장르에 답하고 실내 온도가 추운지, 조명이 밝거나 어두운지 등에 대한 질문에 답변하도록 한 것이다. 상당히 제한된 어휘 만으로 달성한 것이지만 미래에는 번역할 수 있는 정확도와 폭을 넓혀나갈 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 장애자가 원활한 커뮤니케이션을 하는 시스템을 만들기 위한 큰 걸음이지만 여전히 과제가 많이 남아 있다. 소프트웨어를 개선하고 뇌 신호를 텍스트 뿐 아니라 음성으로 변환할 수 있어야 한다는 것이다.

또 다른 과제는 마음속으로 만 얘기한 문장을 읽는 것이다. 이번 실험은 입술과 혀, 턱을 이동하기 위해 입력된 뇌 신호를 이용해 피험자가 얘기하고 싶은 단어를 읽었지만 특정 부상이나 신경질환자는 뇌 신호를 충분히 감지하지 못할 수 있다. 더 폭넓은 장애자를 대상으로 하려면 뇌에서 만들어진 문장을 검출하는 방법 개발이 요구된다는 얘기다.

하지만 뇌에서 떠올린 단어를 검색하고 읽는 건 타인에게 알리고 싶지 않은 속내를 밝혀버릴 가능성도 있어 윤리적 문제가 제기되기도 한다. 연구팀은 기술적으로 가능하더라도 뇌에서 떠올린 단어를 읽는 기술 개발에는 관심이 없다고 말한다. 반면에 만일 커뮤니케이션을 취하고 싶은데 장애로 인해 괴로운 환자가 있다면 의사와 과학자는 타인과의 의사소통이라는 인간의 기본 능력을 회복시킬 책임이 있다고 주장했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.