IEEE Spectrum에 흥미로운 기사가 떠서 번역했다. (출처 : New Startup Aims to Commercialize a Brain Prosthetic to Improve Memory)

기억을 도와주는 뇌내삽입 보조장치 상용화를 추진하는 스타트업

by Eliza Strickland
2016. 8. 16

그동안 베일에 싸여 있던 스타트업 Kernel이 기억 관련 장애가 있는 사람들을 대상으로 일선에서 바로 써먹을 수 있는 뇌내 삽입 보조장치를 개발하겠다는 야심 찬 목표를 밝혔다. 알츠하이머나 치매 환자부터 뇌졸중이나 트라우마성 뇌질환을 앓고 있는 환자까지 넓은 범위를 커버한다.

Kernal이 개발에 성공한다면 의사는 이 초소형 보조장치를 환자의 뇌, 그중에서도 해마라고 알려진 부위에 이식할 수 있게 될 것이다. 이 보조장치의 전극으로 해마 내부의 특정 뉴런을 자극해 외부 정보를 장기 기억으로 전환하는 기능을 도울 것이다.



그림 1. 해마는 뇌의 여러 부위 중 기억의 형성과 저장과 관련된 핵심적인 영역이다.(from Wikimedia Commons)



Kernal의 보조장치는 서던 캘리포니아 대학 신경공학센터장인 테드 버거(Theodore W. Berger) 교수의 연구에 기반한다. 버거 교수는 본 지와의 인터뷰에서 실험용 쥐와 영장류를 대상으로 한 실험에서 자신감을 얻었고, 이제 의료기구로 개발할 때가 도래했다고 밝혔다. “이제 인간을 대상으로 실험하고 있어요. 그리고 좋은 결과를 얻고 있습니다. 우리는 이제 보조장치의 상업화를 목표로 할 거예요.” 버거 교수의 이야기이다.

그의 기억 보조장치 개발 연구는 앞서 본 매체에서 “신체·감정·지능 장애를 해결하려는 시도”라는 주제로 기사화한 적 있다.

해마 내 보조장치의 전극은 무언가를 배우고 기억으로 전환할 때 생기는 특정 뉴런의 전기 신호를 기록한다. 이 전기 신호는 뉴런이 신경전달물질을 특정 패턴으로 “발사”하는 과정에서 나온다. 버거 교수는 학습과 관련된 전기 신호가 어떻게 장기 기억 정보와 관련된 신호로 바뀌는지에 대해 연구했다. 그러기 위해 그의 연구팀은 학습 신호와 기억 신호를 입출력으로 하는 수학적 모형을 설계했다.

해마에 이식된 기억 보조장치는 학습 과정을 기록할 수 있는 연산용 마이크로프로세서 전극과 정보를 기억의 형태로 변환할 수 있는 뉴런을 자극하는 전극으로 구성되어 있다.

장기기억을 형성하는 데 어려움이 있는 사람들에게 이 보조장치가 도움이 될 것이다. “우리가 이 기억 코드를 받아서 증폭한 다음 다시 뇌에 넣는 것이죠.” 버거 교수의 말이다. “만약 이걸 일관되게 할 수만 있다면 그때가 바로 준비 완료인 셈이죠.”

버거 교수와 다른 신경 공학자는 미방위고등연구계획국(DARPA)의 지원을 받아 10년 내 상용 기억 보조장치 개발을 목표로 선행연구를 수행했다.

하지만 신생 스타트업 Kernal 뒤에는 2013년에 페이팔을 8억 달러에 매각했던 브라이언 존슨(Bryan Johnson)이 있다. 그는 인류를 위해 “삶의 운영체제를 다시 쓴다는” 목표로 벤처 펀드인 ‘OS 펀드’를 설립했다. 버거 교수는 존슨이 “Kernel에 투자해 8억 달러를 벌려고 하는 것이 아니라”고 말한다. 참고로 존슨은 Kernel의 CEO로 재직할 예정이다. “그는 인류 앞에 놓인 가장 큰 도전이 바로 어떻게 뇌를 개선하는가라고 생각해요.” 버거 교수의 말이다.


그림 2. 뇌내 이식장치로 정보를 기억으로 변환하는 기능을 하는 해마가 제대로 작동하지 않는 사람들을 도울 수 있을 것이다.
(from Ted Berger)


재정 확보로 더욱 많은 입원 간질 환자를 대상으로 일시적으로 했던 전극 이식 시험을 정기적으로 할 수 있게 될 것이다. 임상시험이 진행됨에 따라 기억 테스트에 반응하는 해마의 활동을 기록하고, 그것을 기반으로 해마를 전기적으로 자극해 환자의 기억 능력을 강화할 수도 있게 될 것이다.

기억 형성의 과학적 원리에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 것이 많지만, Kernel의 설립자들이 상용 기억 보조장치 개발을 목표로 한다는 점이 주목할 만하다. 기억을 구성하는 공통 코드가 있는 걸까? 두 사람이 같은 종류의 단어를 외운다면 그들의 머릿속 전기 신호는 서로 일치하는 걸까? 아니면 기억으로 변환할 때 각기 특별한 패턴의 신호를 사용하는 걸까?

버거 교수는 연구자들이 실험용 쥐를 대상으로 한 실험에서 “의미심장한 공통 코드”를 찾아냈지만 영장류를 대상으로는 찾을 수 없었다고 말한다. 그러나 영장류 대상으로는 조금밖에 연구하지 못했기 때문에 분석할 만한 데이터를 충분히 모으지 못했다고 덧붙인다. 또 인간에 대해서는 “일반화할 수 있는 기억 코드가 존재한다고 하더라도 우리가 지금 가진 도구로는 찾기 힘들 것이라고” 한다.

문제는 인간의 뉴런 수가 쥐보다 훨씬 더 많다는 점이다. 쥐는 2억 개지만 인간은 860억 개다. 따라서 해마에 이식하는 전극으로는 상대적으로 적은 수의 뉴런의 신호만 기록할 수 있다. 버거 교수는 “우리가 얻는 정보는 우리가 정보를 얻는 뉴런의 위치에 따라 편향될 수밖에 없을 거라”고 말한다. 보다 많은 뉴런을 기록할 수 있도록 전극을 촘촘히 배열하여 이식할 수 있도록 하는 것이 그의 또다른 목표다.

Kernel이 이것을 실제 제품으로 만들어 내는데 성공한다고 하더라도 첫 번째 뇌내 이식 장치가 되지는 못할 전망이다. 이미 파킨슨 병, 우울증, 신경심리장애 치료에 사용되는 심부뇌자극술(deep brain stimulation, DBS)에서 이미 뇌내 이식을 활용하고 있기 때문이다. 그리고 이미 2013년에 기관에서 간질 발작을 모니터하고 막을 수 있는 뇌내 이식 장치를 승인했다. 


바이오닉 브레인의 시대에 온 걸 환영한다.