기계로 마음을 읽는다

Alexandre Dumas의 고전 소설 The Count of Monte-Cristo에서 Monsieur Noirtier de Villefort라는 인물은 끔찍한 뇌졸중으로 인해 마비되었습니다. 비록 그는 깨어 있고 인식하고 있지만 더 이상 움직이거나 말할 수 없으며 손녀 발렌타인에게 의존하여 알파벳을 암송하고 사전을 뒤져 필요한 문자와 단어를 찾습니다. 이 초보적인 의사소통 방식을 통해 결단력 있는 노인은 발렌타인이 계모에 의해 독살당하는 것을 막고 그녀의 의지에 반하여 그녀와 결혼하려는 아들의 시도를 저지합니다.

뒤마(Dumas)가 표현한 대로 "영혼은 더 이상 그 명령을 따르지 않는 몸에 갇혀 있는" 이 재앙적인 상태에 대한 묘사는 감금 증후군에 대한 최초의 설명 중 하나입니다. 이러한 형태의 심각한 마비는 뇌간이 손상되었을 때 발생하며, 일반적으로 뇌졸중으로 인해 발생하지만 종양, 외상성 뇌 손상, 뱀에 물린 상처, 약물 남용, 감염 또는 근위축성 측삭 경화증(ALS)과 같은 신경퇴행성 질환으로 인해 발생하기도 합니다.

이 상태는 드문 것으로 생각되지만 얼마나 드문지는 말하기 어렵습니다. 많은 갇힌 환자들은 의도적인 눈 움직임과 눈 깜박임을 통해 의사소통을 할 수 있지만, 다른 사람들은 완전히 움직이지 못하게 되어 안구나 눈꺼풀을 움직이는 능력조차 상실하여 "내 말을 이해한다면 두 번 깜박여라"라는 명령이 무용지물이 될 수 있습니다. 그 결과, 환자들은 적절한 진단을 받기 전까지 의식은 있지만 의사소통이 불가능한 움직이지 않는 몸에 갇혀 평균 79일을 보낼 수 있습니다.

뇌-기계 인터페이스의 출현으로 인해 갇혀 있는 사람들과의 의사소통이 회복되어 외부 세계와 다시 연결될 수 있다는 희망이 커졌습니다. 이러한 기술은 일반적으로 이식된 장치를 사용하여 음성과 관련된 뇌파를 기록한 다음 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 의도한 메시지를 번역합니다. 가장 흥미로운 발전에는 눈 깜박임, 시선 추적 또는 발성 시도가 필요하지 않으며 대신 사람이 머리 속에 조용히 말하는 글자나 단어를 캡처하여 전달합니다.

패서디나에 있는 Caltech의 계산 및 신경 시스템 분야 대학원생인 Sarah Wandelt는 "이 기술은 가장 많은 것을 잃은 사람들, 실제로 갇혀 있고 더 이상 의사소통이 전혀 불가능한 사람들을 도울 수 있는 잠재력이 있다고 생각합니다."라고 말합니다. . Wandelt와 다른 연구자들의 최근 연구는 뇌-기계 인터페이스가 내부 음성을 해독할 수 있다는 최초의 증거를 제공했습니다. 이러한 접근법은 유망하지만 침습적이고 힘들고 비용이 많이 드는 경우가 많으며, 전문가들은 갇혀 있는 환자들에게 목소리를 내기 전에 훨씬 더 많은 개발이 필요할 것이라는 데 동의합니다.

두뇌 참여 - 하지만 어디에서?

뇌-기계 인터페이스를 구축하는 첫 번째 단계는 뇌의 어느 부분을 탭할지 결정하는 것입니다. Dumas가 어렸을 때 많은 사람들은 사람의 두개골 윤곽이 마음의 내부 작용을 이해하기 위한 지도책을 제공한다고 믿었습니다. 자비, 식욕, 언어와 같은 인간의 능력에 대한 부분이 차단된 다채로운 골상학 차트는 여전히 구식 의학 서적과 백화점의 가정 장식 섹션에서 찾을 수 있습니다. Caltech의 신경과학자이자 박사후 연구원인 David Bjånes는 "물론 지금은 그것이 말도 안 되는 일이라는 것을 알고 있습니다."라고 말합니다. 사실, 우리의 능력과 기능은 다양한 뇌 영역 사이의 상호 작용 웹에서 나타나며, 각 영역은 신경망의 노드 역할을 한다는 것이 이제 분명해졌습니다. 이러한 복잡성은 도전이자 기회를 모두 제공합니다. 아직 내부 언어를 담당하는 뇌 영역이 하나도 발견되지 않았으므로 다양한 영역이 실행 가능한 목표가 될 수 있습니다.

예를 들어, Wandelt, Bjånes 및 그 동료들은 일반적으로 물체를 잡는 것과 관련된 SMG(supramarginal gyrus)라고 불리는 두정엽의 일부가 말하는 동안에도 강하게 활성화된다는 것을 발견했습니다. 그들은 미세 전극 배열(축소된 금속 스파이크 조각으로 덮힌 푸시 핀 머리보다 작은 장치)이 SMG에 이식된 사지 마비 연구 참가자를 관찰하면서 놀라운 발견을 했습니다. 어레이는 개별 뉴런의 발화를 기록하고 얽힌 전선을 통해 데이터를 컴퓨터로 전송하여 처리할 수 있습니다.