"복잡계의 극치인 인간 뇌의 신비 베일은 언제 벗겨질까?" 인류 탄생 이후 뇌과학자들의 연구는 끊임이 없다. 

한국과학시술연구원(KISTI) 뇌과학연구소(소장=오우택)는 '작은 우주'라고 불리는 뇌를 융합과학으로 연구하는 싱크탱크다.

이 연구소는 신경과학과 미세공학, 유전학 등 여러 학문의 융합을 통해 행동과 마음 조절의 원리를 분석하고 뇌 질환 정복의 실마리를 찾아 인류의 최후 도전 과제인 뇌의 신비를 밝히는 데 주력 중이다.

최근 이 연구소는 올해 주목해야 할 세계 3대 뇌기술을 소개, 화제를 불러일으켰다. 그 기술은 △신경 세포의 전기화학 신호를 감지하는 신경 알갱이 기술 △생각을 입력하는 장치 △소형 뇌 양성 기술 등으로 뇌 활동을 탐지하는 기술 확보에 초점을 맞추고 있다.  

KISTI 뇌과학연구소는 "버클리대학의 마이클 마하비즈 교수가 최근 MIT에서 열린 컨퍼런스에서 '신경과학계가 뇌 활동을 탐지하는 기술, 일명 '독심술(mind reading)'이라고 불리게 될 과학기술의 등장하게 될 것이다고 말했다"며 "이 기술은 학계와 업계에서 모두 골드러시에 버금가는 현상을 일으킬 것이다"고 강조했다.

뇌과학연구소가 선정한 올해 세계 신경과학계가 주목하는 3대 뇌탐지 기술은 다음과 같다.

▲신경먼지(Neural dust)·신경알갱이(neurograins)

미국의 국방부고등연구기획국(DARPA)는 6500만 달러를 들여 이 기술을 개발하고 있다. 이 프로젝트는 외부 세계와 통신할 수 있는 디지털 임플란트를 개발하는 것이다.

먼저 신경세포의 전기화학 신호를 감지하는 것으로 한 번에 백만 뉴런을 탐지할 수 있는 정도를 목표로 하고 있다. 이를 위해 브라운 대학의 과학자들은 소금 알갱이 크기의 신경 알갱이를 제작했는데 신경세포의 신호를 탐지하는 전극을 가지고 있을 뿐 아니라 신경세포를 자극해 신호를 발생할 수도 있다. 모든 과정은 라디오 주파수를 이용하는 안테나를 통해 이뤄진다.

마하비즈 교수의 신경먼지는 이미 이 부분을 수행할 수 있다. 이 무선장치는 신경세포가 무엇을 하는지 탐지가능하다. 이미 2016년 마하비즈 교수는 논문을 통해 쥐를 대상으로 한 실험결과를 공개한 바 있다. 

이 연구에 참여한 한 수석 연구원은 최근 일런 머스크의 바이오테크 스타트업 뉴럴링크(Neuralink)에 합류한 바 있다. 마하비즈 교수와 연구팀은 신경먼지가 외부신호를 수신해 신경세포가 특정 신호를 발생할 수 있도록 하는 연구를 수행하고 있다.

마하비즈 교수는 "이런 자극제(stimdust)는 현재까지 개발된 가장 작은 신경 자극기로 볼 수 있다"며 "과학자들이 걷기에 필요한 정확한 신경 코드를 이해해 마비 환자가 걸을 수 있도록 하는 방법을 기대한다"고 말했다. 

또 외부의 신호에서 목소리를 들을 수 있게 하는 음성 언어를 이해에 관한 신경 코드를 해독하고 있다. 신경기술은 이처럼 많은 윤리적 문제를 제기할 수 있다. 

▲생각을 입력하는 장치(Thought-Powered Typing)

이 프로젝트를 주도하고 있는 마크 체빌렛은 MIT 미디어랩 회의에서 "실제 직장에서 음성 비서를 사용하는 사람이 거의 없다"며 "사람들은 다른 사람들 앞에서 소리 내 입력하고 싶은 것을 말하고 싶어하지 않는다. 대신 그 내용을 뇌에서 직접 입력할 수 있다면 어떨까?"라는 의문을 제기한 바 있다. 

그는 예비실험에서 이것이 공상과학에서만 일어나는 일이 아니라면서 우리 뇌에는 이런 용도를 이용할 수 있는 신호가 있다고 말한다. 

생각입력 프로젝트는 2년 ㅈ구리고 운영되는 페이스북의 첨단기술센터인 8호동에서 진행되고 있다. 체빌렛은 2016년 존스홉긴스에서 프로젝트에 합류했다. 올해는 분당 100단어 입력을 목표로 하는 프로젝트의 성과를 볼 수 있을 것으로 전망된다. 이것은 현존 뇌-기계 인터페이스 장치보다 약 20배 이상 빠른 것으로 알려졌다. 

▲소형 뇌(Mini-brains)

과학자들이 줄기세포로부터 동작하는 신경세포, 구분이 가능한 피질, 기타 구조물 등으로 성장시켜 만들어 낸 이 3차원 유기물은 완전한 뇌를 흉내낼 수 있다. 뇌 유기물을 만드는 기술은 매우 빠른 속도로 발전하고 있다. 최근에는 수개월 걸리던 소형 뇌 배양 기간이 수 주로 단축시킨 사례도 있다. 올해에는 더욱 사실적인 뇌를 재현할 수 있을 것으로 전망된다. 

정신분열증과 같은 유전 신경장애 환자의 줄기세포를 이용해 만들어진 뇌는 발달 과정에서 어떤 것이 잘못되는지 보여줄 수 있다. 

신경과학계는 그러나 더욱 거시적인 기술에 주목하고 있다. 하버드 대학의 조지 처치 연구실에서 진행된 유기물에 혈류를 공급하는 기술로 아직 공식 발표는 되지 않았다. 

이 실험실에서 성공한 뇌 혈관신생(Vascula rization) 기술은 유기물이 훨씬 더 크게 자랄 수 있도록 해 현재 지름 1/4인치 크기의 소형 뇌를 완전한 크기로 만드는 것이 가능해진다. 

또 다른 기술은 외부 감각기관을 연결하는 것으로 한 연구소에서는 망막을 통해 감각신호를 연결하는데 이미 성공한 것으로 전해진다. 이론상으로 이 기술은 소형 뇌에 경험을 선사할 수 있다.