뉴럴링크(Neuralink)는 일론 머스크가 설립한 회사로, 사람이 생각만으로 기계를 조작하거나 정보를 주고받는 것을 목표로 하고 있습니다. 즉, 인간의 뇌와 컴퓨터를 직접 연결하는 기술로 장애를 극복하거나 사람의 인지 능력을 높일 수 있는 기술입니다.
뉴럴링크 탄생 배경
뉴럴링크는 어떤 원리로 작동하나요?
뉴럴링크의 핵심기술
뉴럴링크 문제점
뉴럴링크 탄생 배경
AI를 넘어 AGI(인간 수준의 생각을 가진 초지능 인공지능)의 등장은 미래에 인간의 행동을 위협한다는 전망이 많습니다. 이에 따라 인간 수준의 지능을 가진 인공지능의 등장이 결국 머스크에게는 큰 영향을 미쳤고, AGI가 미래의 인류에게 위협이 될 수 있다고 보고 인간이 이에 대응하기 위해 뇌를 업그레이드해야 한다고 주장했었죠.
또한 정보를 입력하고 출력하는 기술인 컴퓨터나 스마트폰을 넘어 새로운 인터페이스를 갈망하면서 인간과 인공지능이 직접 상호 작용하는 기술을 그리면서 뉴럴링크라는 회사를 설립했습니다. 결국 뇌와 컴퓨터를 직접 연결하여 인간의 지능을 높여주고, 인공지능과 연결하여 AGI에 버금가는 지적 수준의 인류가 필요하다는 것입니다.
과거에도 BCI(Brain Computer Interfaces) 기술은 존재했습니다. 기존의 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 전극 수가 적고 해상도가 낮아 정교한 정보를 주고받기 어려웠습니다. 주로 뇌파를 측정하여 간단한 명령을 수행하는 데에 초점이 맞춰져 있었습니다. 예를 들어, 퇴파의 특정 패턴을 인식하여 커서를 움직이는 간단한 게임을 하는 수준이었죠.
방법은 뇌파를 정확하게 측정하기 위해 두개골을 열고 뇌에 직접 전극을 삽입하는 방식이 주로 사용되었습니다. 따라서 감염이나 거부 반응 등의 위험성이 높았죠. 따라서 측정 가능한 뇌파의 전류와 양이 제한적이어서 뇌의 복잡한 활동을 정확하게 파악하기 어려웠습니다.
특히 외부 소음이나 뇌 상태에 따라 뇌파가 변화하면서 명령에 오류가 발생하기 쉬웠고, 뇌파를 해석하는 알고리즘도 지금보다 훨씬 뒤 떨어져 있었습니다. 따라서 선행개발과 같이 주로 연구 목적이나 장애우들의 의사소통을 보조적으로 할 수 있도록 활용되었지만, 일반인 환자들에게는 필요성을 느끼기에는 부족했습니다. 따라서 장기간 기술적 문제로 인해 묻혀있던 기술이었죠.
하지만, 두개골을 개방하지 않고 전극을 두피에 부착하는 기술이 개발되고 인공지능 기술이 발전되면서 BCI 기술이 활용되기 시작했고 머스크의 뉴럴링크가 탄생했습니다. 다만 뉴럴링크는 미세 로봇 기술을 이용하여 전극을 머리에 삽입하여 무선통신을 통한 인터페이스가 작동되는 시스템입니다.
뉴럴링크는 어떤 원리로 작동하나요?
뉴럴링크에서 뇌 조직과 전극을 접촉시키는 방법은 매우 정교하다고 알려져 있습니다. 현재까지 공개된 정보를 정리하면 아래와 같죠.
- 미세 전극 배열 제작 : 뇌의 직접 연결을 위해 매우 작고 유연한 전극 사용
- 뉴럴링크의 전극은 머리카락보다 훨씬 가늘고 유연한 실 모양의 전극다발로 구성되어 있으며 이는 넓은 뇌 영역의 신경 신호를 측정하기 위함입니다.
- 전극은 생체 반응과도 조화로워야 부작용이 없는데, 염증 반응이나 거부 반응을 줄여 장기적으로 사용할 수 있게 설계됩니다.
- 뇌 수술
- 측정하고자 하는 신경 신호에 따라 뇌의 특정 영역을 목표로 하며, 로봇 수술을 통해 정확하게 전극을 삽입합니다. 그만큼 뇌는 중요한 혈관들이 지나가고 있기 때문에 정교한 수술이 요구됩니다.
- 전극 삽입
- 뇌 조직을 손상시키지 않도록 뇌에 작은 절개를 통해 전극을 삽입합니다. 고정된 뇌 조직은 안정적으로 고정되도록 특수한 방식으로 고정되죠.
- 무선연결
- 뇌에 삽입된 전극은 작은 컴퓨터 칩과 연결되어 있습니다. 이 칩은 무선통신을 통해 외부 장치와 데이터를 주고받을 수 있습니다.
- 신호 변환 : 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환
- 뇌에서 나오는 미세한 신호를 중폭 시켜 컴퓨터가 인식할 수 있도록 합니다.
- 무선 전송 : 외부 장치로 신호를 전송
- 외부 노이즈를 제거하여 신호의 정확도를 높이는 과정을 거칩니다.
- 데이터 분석 : 복잡한 알고리즘을 통해 신호 해석
- 신호 제어 : 해석된 신호를 분석하여 뇌에 새로운 신호 전달
- 응용 : 인간의 움직임, 의료, 인공지능 등 다양한 분야에 활용
정리를 해보면, 뉴럴링크는 머리카락보다 아주 작고 유연한 실 모양의 전극다발을 뇌에 이식하여 뇌 신호를 읽고 쓰는 방식으로 작동됩니다. 이 전극은 머리카락보다 얇아서 뇌에 거의 손상을 주지 않고 무선으로 데이터를 전송할 수 있죠.
결국 공개된 자료를 바탕으로 아래와 같은 메커니즘으로 작동원리를 해석할 수 있습니다.
1. 뇌에 전극을 삽입 : 머리카락 보다 매우 얇고 유연한 전극을 뇌에 이식해 뇌의 특정 영역에 위치시켜 신경 신호를 감지하고 자극할 수 있습니다. 전극은 작은 신경세포와 효과적으로 연결하기 위해 매우 작아야 합니다. 전극의 크기는 뉴럴링크의 기술적 비밀로 인해 공식적으로는 알려지지 않고 있죠.
다만 전문가들은 마이크로미터 단위일 것으로 추정하고 있으며, 뇌의 어떤 부위에 삽입하느냐에 따라 전극의 크기와 형태가 달라질 수 있다고 알려있습니다.
전극의 크기가 중요한 이유는 전극이 너무 크면 뇌 조직에 손상을 줄 수 있거나 정위치가 아닌 다른 위치의 신경세포에 영향을 줘서 오류가 발생할 가능성이 높아질 수 있습니다. 따라서 전극은 더욱 작고 유연할수록 뇌 조직과 잘 융합이 되는 것이 첫 번째 목표입니다.
2. 신경 신호 측정 : 뇌의 신경 세포는 전기 신호를 발생시키는데, 이 신호를 뉴럴링크의 전극이 감지합니다. 감지된 신호는 디지털 신호로 변환되어 컴퓨터로 전송되죠. 즉, 포착된 신경 신호는 아날로그 신호인데, 이 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되고, 변환된 디지털 신호는 무선 통신 기술을 통해 외부 장치로 전송됩니다.
이 데이터가 실시간으로 뇌 활동을 모니터링하고 분석할 수 있게 되어 있습니다.
3. 신호 해석 및 처리 : 컴퓨터는 전송된 신호를 분석하여 어떤 의미인지 해석합니다. 예를 들어, 특정 뇌 영역에서 활성화 패턴이 어떤 동작이나 생각과 연관되어 있는지 학습하는 것입니다.
즉, 수집된 신호는 특정 알고리즘을 통해 분석되어 특정 패턴이나 의미를 추출할 수 있으며, 특정 동작이나 생각과 관련된 신호 패턴을 학습하여 뉴럴링크에서 구현할 수 있습니다.
신호 해석을 하는 과정은 뇌에 삽입된 미세 전극이 뉴런에서 발생하는 미세한 전기 신호를 감지하고 매우 작은 신호를 컴퓨터가 처리할 수 있도록 증폭시키죠. 이 과정에서 근육의 움직임이나 심장 박동 등 불필요한 노이즈 데이터를 제거하여 신호의 정확성을 높입니다.
이 신호는 아날로그 신호이기 때문에 디지털로 변환하고 그 변환된 데이터에서 특징적인 패턴을 추출하죠. 예를 들어 특정 동작이나 생각과 관련된 신호 패턴을 찾아냅니다.
4. 신호 전달 및 제어 : 이렇게 찾아낸 신호 패턴을 바탕으로 뇌의 상태나 의도를 해석할 수 있죠. 해석된 정보를 바탕으로 컴퓨터에 명령을 내려서 휠체어를 움직이거나 컴퓨터 커서를 조작하는 명령을 만들 수 있습니다.
또한 컴퓨터는 해석된 신호에 따라 적절한 명령을 뇌에 새로운 신호를 전달하여 신체의 감각을 유발 시키거나 사람의 움직임을 조절할 수 있게 되는 것입니다.
뉴럴링크의 핵심기술
뉴럴링크의 핵심 기술은 고밀도 전극, 무선통신, 생체 적합성 소재, 인공지능 기반 신호 해석, 딥러닝, 강화학습, 생성 모델, 미세 로봇 수술 등으로 나눌 수 있습니다.
고밀도 전극
많은 수의 전극을 작은 공간에 배치하여 더욱 정확하고 다양한 뇌 신호를 측정할 수 있도록 합니다. 기존의 전극보다 훨씬 더 많은 양의 데이터를 수집할 수 있으며, 뇌의 복잡한 활동을 해석하고 분석하는데 도움을 줄 수 있습니다.
무선 통신
유선 연결 없이 무선으로 뇌와 컴퓨터 간의 데이터 전송이 가능합니다. 소형화된 장치는 일상생활에서도 자연스럽게 사용할 수도 있습니다. 이때 소형장치는 공개된 내용으로는 매우 얇은 동전 크기 정도의 장치로 매우 유연하여 두개골 삽입 시 최소한의 손상을 주도록 설계되었다고 알려져 있습니다.
생체 적합성 소재
뇌에 이식되는 전극은 생체와의 반응을 최소화하고 장기간 안전하게 사용할 수 있도록 한 소재로 만들어집니다. 이러한 생체 적합성 소재는 인체 조직과의 반응을 최소화하여 염증이나 거부 반응을 줄이고 장기적인 안전성을 확보할 수 있습니다.
생체 적합성 소재 선정 기준은 인체에 거부반응이 없으며, 전기 전도성, 기계적 특성, 안정성, 가공성 등이 양호해야 합니다.
따라서 대표적인 소재들은 금, 백금, 플래티넘(백금과 유사한 특성), 고분자(폴리머라고 불리며, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리카프로락톤(PCL)등이 있습니다.), 탄소나노튜브(차세대 전극 재료로 주목받고 있지만 생체 적합성을 높이기 위해 표면 개질이 필요), 하이드로젤(물을 많이 함유하고 뇌 조직과의 접착력이 우수) 등으로 구분할 수 있죠.
미세 로봇 수술
뇌에 전극을 정확하고 안전하게 삽입하기 위한 미세 로봇 수술 기술이 활용되고 있으며, 극수 부위를 절개하기 때문에 부작용을 줄이고 회복 시간을 단축할 수 있습니다. 뇌 MRI 촬영을 통해 수술 부위를 정확하게 파악한 다음, 국소 부위 절개하여 미세 로봇 삽입을 통해 원하는 위치에 전극을 삽입, 고정하고 봉합합니다.
결국 미세 로봇의 활용성이 무궁무진할 것으로 기대되고 있습니다.
인공지능 기반 신호 해석
머스크가 잘하고 있는 딥러닝과 같은 인공지능 기술을 활용하여 뇌 신호를 더욱 정교하게 해석하고 학습할 수 있습니다. 따로 공개된 자료는 없지만 아마 딥러닝 모델과, 강화학습, 생성형 AI 모델이 활용될 가능성이 높을 것으로 알려져 있습니다.
딥러닝 모델
순환 신경망(RNN)의 경우 시간에 따라 변화하는 뇌 신호의 패턴을 학습하고 예측할 수 있기 때문에 활용 가능성이 높습니다.
강화학습 모델
뇌와 컴퓨터 인터페이스를 통해 컴퓨터가 환경과 상호 작용하여 학습하는 데 사용할 수 있다고 알려져 있습니다. 예를 들면, 정상적인 뇌 신호패턴과 비교하여 질병의 특징을 파악하고, 새로운 치료법을 개발하는데 도움을 줄 수 있기 때문입니다.
생성 모델
뇌 신호 데이터를 기반으로 새로운 뇌 신호 패턴 데이터를 새롭게 만들어 서로 비교하면서 뇌 질환 진단이나 치료에 활용될 수 있습니다. 예를 들면, 정상적인 뇌 신호 패턴과 비교하여 질병의 특징을 파악하고 새로운 치료법을 개발하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
뉴럴링크 문제점
우주와 가깝다는 뇌를 정확하게 해석한다는 것은 매우 어려운 문제입니다. 따라서 얼마나 정교한 알고리즘이 개발될 수 있는지에 따라 뉴럴링크의 성공이 좌우될 수 있습니다.
또한 인류의 윤리적 문제에 직면할 수 있습니다. 뇌를 직접 컴퓨터와 연결한다는 것은 수많은 얘기가 나올 수 있죠. 결국 사람 조종이 가능하다는 뜻일 수도 있습니다.
뇌의 신호는 매우 복잡하기 때문에 다양한 요인(시각, 촉각, 청각 등의 다양한 경험들)에 의해 영향을 받으며, 사람마다 뇌 구조와 신호 패턴이 조금씩 다르기 때문에 개인 맞춤형 모델 개발이 필요하다는 것이 일반적인 의견입니다.
신호를 받을 때 외부 노이즈와 내부 노이즈를 찾아서 제거하는 알고리즘 역시 완벽하기에 어렵습니다. 결국 뇌 신호 해석의 정확도가 완벽하지 않을 수 있어서 의도하지 않은 동작이 발생할 수도 있다는 의견이 있습니다. 그만큼 뇌의 복잡성은 예측 가능하기 어렵습니다.
뇌에 이식하는 전극이 뇌 조직을 손상시키는 영향도와, 장기적 사용 시 발생할 수 있는 미지의 세계는 염려와 기대를 한 번에 얻고 있습니다.
뉴럴 링크의 목표는 뇌 질환을 치료하고 인지 능력을 향상시키면서 인공지능과의 공존을 목표로 하고 있습니다. 파킨슨병, 알츠하이머병 등 뇌 질환 환자의 증상을 완화시키고 인간의 잠재력을 극대화하기 위해 기억력 학습 능력 등의 인지 기능을 향상하고 싶어 하죠.
또한 인간과 인공지능이 서로 연결되어 효율적으로 소통하고 협력할 수 있는 시대를 만들기 위함으로 알려져 있습니다. 영화에서나 볼 법한 이야기들이지만 실제로 뉴럴링크 시대가 시작되었다고 언론에서도 다루고 있습니다. 인류의 미래를 바꿀 잠재력을 가진 기술이지만, 책임감 있는 개발이 필요한 시점인 것 같습니다.