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이 아티클은 XREAL 뉴스레터 구독을 통해 여러분의 이메일로 발송되었습니다. 여러분들 중 대다수는 아마도 컴퓨터의 마우스 클릭을 통해 아티클을 확인하셨을 텐데요. 누군가는 핸드폰의 스크린 터치로, 또 다른 누군가는 노트북의 터치패드로, 가까운 미래에는 아이 트래킹과 핸드 제스쳐로도 같은 작업을 수행할 수 있겠습니다.

우리가 무의식적으로 처리하는 간단한 동작에도 실제로는 복잡한 절차가 요구된다는 사실, 알고 계셨나요? 이메일을 여는 동작은 매우 작고 사소해 보이지만, 세부적으로는 ‘뇌’가 손을, ‘손’이 마우스를, ‘마우스’가 커서를 조작하는 일련의 과정을 수행함으로써 비로소 달성될 수 있습니다. 우리가 이 과정을 인지하지 못하는 것은, 이미 같은 단계를 수없이 반복해 왔기 때문이겠죠.

‘사용자 인터페이스(UI: User Interface)’란 사람과 컴퓨터 시스템 사이의 의사소통을 돕는 물리적, 또는 가상적 매개체를 의미합니다. 위에서 언급했던 핸드폰 스크린, 노트북 터치패드, 마우스, 커서, 버튼, 심지어 손까지 모두 일종의 인터페이스로 볼 수 있을 것입니다. 이러한 인터페이스는 컴퓨터와의 소통에 도움을 주지만, 적응하기까지 시간이 요구된다는 단점이 있습니다.

그런데 만약 이러한 단점이 없는 인터페이스가 있다면, 우리의 의도를 컴퓨터에게 직접 전달할 수 있다면 어떨까요? BCI(Brain-Computer Interface)는 우리의 ‘뇌’ 자체를 인터페이스로 활용하는 방법을 연구하는 학문입니다. 이를 활용하면 손이나 마우스 같은 별도의 인터페이스를 통할 필요 없이 오직 뇌만으로 커서를 조작할 수 있게 되는 것이죠. 이번 아티클에서는 미래에 유망한 기술 중 하나인 BCI의 기본 개념부터, 메타버스로의 확장 가능성에 대해 알아보고자 합니다.

BCI란?

BCI(Brain-Computer Interface)는 인간의 두뇌와 컴퓨터를 직접 연결하여 컴퓨터를 제어하는 인터페이스 기술을 총칭합니다. 여러분들에게 가장 익숙하실만한 일론 머스크의 ‘뉴럴링크’는 지난 5월 침습적 방식을 적용한 자사 제품 ‘링크’에 대해 전신마비 환자를 대상으로 첫 임상실험을 진행하였습니다. 피실험자가 오직 생각만으로 마우스 커서를 조작하며 게임을 즐기는 영상은 많은 사람들에게 놀라움을 주었죠. 이 외에도 fMRI 데이터와 머신러닝을 통해 감정 패턴을 파악하고,

이미지 생성 AI인 ‘스테이블 디퓨전’으로 생각을 이미지로 생성하는 등 다방면에서 활발한 연구가 이어지고 있습니다.

뇌 신호 측정 기술을 시간 및 공간 해상도에 따라 나타낸 그래프 (출처: neurotechedu)

BCI를 구현하는 방식은 여러 가지가 있지만, 대부분 기계 장치를 통해 뇌의 활동 신호를 측정하고, 측정한 활동 데이터를 분석하며, 분석 결과를 바탕으로 입출력 장치에 최종 명령을 내리는 공통 단계를 거치게 됩니다. 뇌 활동 신호를 측정하기 위해 다양한 방식과 기술이 제안되어 왔으며, 여기에서는 각 방식과 기술에 대해 간단하게 소개드리고자 합니다. (더 자세한 내용은 여기를 참고해 주세요.)

• 뇌 활동 측정 방식
  • 침습적(Invasive): 미세 전극을 대뇌피질 안으로 삽입하여 뉴런 활동 신호를 직접 측정합니다. 수술로 두개골 내부에 전극을 직접 삽입해야 하는 위험 부담이 존재합니다. 마비, 실명 등 장애 케이스에 주로 적용됩니다.
  • 반침습적(Semi-invasive): 미세 전극을 뇌의 표면에 배치하여 신호(ECoG)를 측정합니다. 여전히 수술적 처치가 요구되며, 의학적 이유로 수술이 필요할 때만 사용됩니다.
  • 비침습적(Non-invasive): 두피, 또는 외부에서 신호(EEG, MEG 등)를 측정합니다. 안전하며 경제적이지만 위 두 가지 방식에 비해 측정 시 간섭이 심하여 데이터의 품질이 낮다는 한계가 있습니다.
• 뇌 활동 측정 기술
  • EEG(Electro Encephalo Graphy): 뇌 활동으로 인해 발생하는 전기 신호를 측정합니다. 경제성, 하드웨어의 휴대성이 좋아 상업적 용도로 가장 자주 활용됩니다.
  • MEG(Magneto Encephalo Graphy): 뇌 활동으로 인해 발생하는 자기장을 측정합니다.
  • fNIRS/fMRI: 각각 근적외선과 MRI 기술을 활용하여 뇌의 혈류를 측정, 활동을 분석합니다.
  • PET: 핵 영상 기술로, 뇌의 혈류, 신진대사, 신경 전달 물질 등의 과정을 관찰할 수 있습니다.

XR 기기와 BCI의 접목 시도

1955년 일본의 SF 애니메이션 영화 ‘공각기동대’의 전뇌 (출처: 나무위키)

근미래를 배경으로 한 SF 콘텐츠에서는 가상현실과 뇌 기술이 심심찮게 등장합니다. 일례로 일본의 SF 애니메이션 영화 ‘공각기동대’에서는 인간의 두뇌를 몸과 분리하여 컴퓨터화하는데, 이를 통해 별도의 장비 없이 네트워크에 연결하여 사람들과 원격 대화를 나누며, 임무 수행 시 작전 지도를 증강하는 등 미래적인 모습을 그려내기도 하였습니다.

이러한 장면들이 대중매체에 여럿 오르내리는 현상으로 미루어 짐작할 때, 두 기술의 융합은 어찌 보면 필연적일 수 있겠습니다. 실제로도 BCI 기술과 XR 기기를 접목하려는 시도는 다수 존재하는데, 여기에서는 그중 두 가지의 기기를 소개드리고자 합니다.