BCI 기술에 AI 접목해 효율 4배 향상

원조 ‘슈퍼맨’의 배우 크리스토퍼 리브, 영국의 물리학자 스티븐 호킹, 영화 ‘아바타’ 속 남자 주인공처럼 전신 마비 환자들의 의사소통을 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. SF에서나 볼 수 있는 것처럼 생각만으로 의사소통하고 사물을 움직이는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’ (BCI) 기술이 대표적이다.

미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 전기·컴퓨터 공학과, 컴퓨터과학과, 신경과학 프로그램 공동 연구팀은 인공지능(AI)이 BCI 기술을 보조하면 마비 환자의 과제 수행 방식을 개선할 수 있다고 밝혔다. ‘AI-BCI’ 기술은 생각으로 컴퓨터 커서를 움직이거나 로봇 팔을 조작하는 등 과제 수행 능력이 4배 이상 향상됐다고 연구팀은 밝혔다. 이번 연구 결과는 인공지능 분야 국제 학술지 ‘네이처 머신 인텔리전스’ 9월 2일 자에 실렸다.

BCI는 뇌 신호를 이용해 사용자가 기기를 제어할 수 있도록 돕는 기술이지만 아직은 정확성이 떨어져 기술의 신뢰성이 낮은 편이다. 많은 일상 행동은 목표 지향적으로, 컴퓨터 사용이나 물건 잡기처럼 예측할 수 있는 패턴을 따른다. 연구팀은 AI가 의도를 해석하고 움직임을 돕는 방식으로 사용자의 제어 능력을 향상할 수 있다는 점에 주목했다.

연구팀은 전극을 통해 뇌 활동을 읽고, 인공지능 기계학습을 활용해 움직임 제어를 개선할 수 있는 비침습적 BCI 시스템을 개발했다. 이 시스템에는 두 가지 AI 보조 조종자가 포함했다. 하나는 컴퓨터 커서 움직임을 돕고, 다른 하나는 눈동자 움직임 같은 시각 입력을 활용해 로봇 팔 작업을 지원한다.

연구팀은 척수 손상으로 다리 마비 환자를 대상으로 실험한 결과, AI 보조 없는 BCI 기술보다 AI-BCI 기술은 컴퓨터 커서 제어 성능이 3.9배 향상된 것으로 조사됐다. 마비가 없는 실험 참가자들도 AI-BCI 기술을 활용하면 BCI 기술만 사용했을 때보다 성능이 2.1배 개선되는 것으로 확인됐다. 또 마비가 있는 참여자는 AI 없는 BCI 기술로는 할 수 없었던 색깔 블록을 지정된 목표 지점으로 옮기는 로봇 팔 조작에도 성공했다.



연구를 이끈 조나단 카오 UCLA 교수는 “이번 기술은 BCI 기술을 일상 사용에 더 실용적이고 효과적으로 만들 수 있으며, AI 시스템이 발전함에 따라 사용자들이 더 복잡한 과제를 수월하게 사용하게 도울 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.