[📪정보] 뇌의 비밀을 밝혀내고 있는 BCI 장치.nature

[익명(182.230)]

https://www.nature.com/articles/d41586-024-00481-2

Mind-reading devices are revealing the brain’s secrets

의수 움직이기. 말하는 아바타 제어하기. 빠르게 타이핑하기. 이 모든 것들은 마비된 사람들이 생각만으로 작동하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 사용하여 터득한 것입니다.

이러한 장치는 뇌에 내장된 수십에서 수백 개의 전극을 사용하여 신경 활동을 포착합니다. 디코더 시스템은 해당 신호를 분석하여 명령으로 변환합니다.

이 연구의 주요 원동력은 마비 환자의 기능을 회복하는데 도움을 주는 것이지만, 이 기술은 또한 연구자들에게 인간의 뇌가 어떻게 구성되어 있는지 탐구할 수 있는 독특한 방법을 제공하며 대부분의 다른 방식보다 더 높은 해상도를 제공합니다.

과학자들은 이러한 기회를 이용하여 뇌에 대한 몇 가지 기본적인 교훈을 배웠습니다. 그 결과는 뇌 해부학에 대한 기존의 가정을 뒤집고 있으며, 종종 생각했던 것보다 훨씬 더 모호한 경계가 있음을 보여줍니다. 이러한 연구는 또한 연구자들이 BCI 자체가 뇌에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 결정적으로 장치를 개선하는 방법을 알아내는 데 도움이 되고 있습니다.

모호한 경계

교과서는 종종 뇌 영역을 별개의 경계나 구획으로 설명합니다. 하지만 BCI 기록은 이것이 항상 그런 것은 아니라는 것을 시사합니다.

작년에 Willett과 그의 팀은 운동 신경 질환(근위축성 측삭 경화증)이 있는 사람에게 음성 생성용 BCI 임플란트를 사용했습니다. 그들은 중심앞이랑(precentral gyrus)이라 불리는 운동 조절 영역의 뉴런이 턱, 후두, 입술, 혀 등 어느 안면 근육에 조율되어 있는지에 따라 그룹화될 것이라고 예상했습니다. 실제로는, 서로 다른 목표를 가진 뉴런들이 뒤죽박죽으로 섞여 있었습니다. Willett은 "해부학적으로 매우 혼합되어 있었다"고 말합니다.

그들은 또한 브로카 영역(언어 중추. 음성 생성 및 조음 역할을 하는 뇌 영역)에 단어, 또는 음소라는 음성 단위에 대한 정보가 거의 없거나 전혀 없다는 것을 발견했습니다. “말 생성 자체에는 실제로 관여하지 않는다는 사실이 놀랍게 보입니다.”라고 Willett은 말합니다. 다른 방법을 사용한 이전의 연구 결과는 보다 더 미묘한 그림을 암시했습니다.

2020년 운동에 관한 논문에서 Willett과 그의 동료들은 손의 움직임을 담당하는 전운동 피질에 초점을 맞춰 운동 능력이 다른 두 사람의 신호를 기록했습니다. 그들은 BCI를 사용하면서 이 영역에 이전에 추정했던 것처럼 손뿐만 아니라 팔다리 모두에 대한 신경 코드가 포함되어 있음을 발견했습니다. 이는 각 신체 부위가 대뇌 피질에 지도처럼 표현되어 있다는 고전적인 생각, 즉 거의 90년 동안 의학 교육에 내재되어 있던 이론에 도전합니다.

Willett은 “이것은 인간의 단일 뉴런 활동을 기록할 수 있는 경우에만 볼 수 있는 일입니다.”라고 말합니다

임페리얼 칼리지 런던의 신경과학자 Juan Álvaro Gallego는 "우리의 뇌는 세부적인 면에서 다르게 보입니다" 라고 말합니다.

유연한 사고

BCI 기술은 또한 연구자들이 뇌가 생각하고 상상하는 방식에 대한 신경 패턴을 밝히는 데 도움이 되었습니다.

네덜란드 마스트리흐트 대학의 전산 신경 과학자인 Christian Herff는 뇌가 상상의 말을 어떻게 인코딩하는지 연구합니다. 그의 팀은 참가자가 입술을 움직이거나 소리를 내지 않고 말하는 것을 상상할 때 실시간으로 말을 생성할 수 있는 BCI 임플란트를 개발했습니다. 속삭이는 말과 머릿속으로 상상하는 말 모두에서 BCI 장치가 포착한 뇌 신호는 음성의 뇌 신호와 유사했습니다. 그들은 활동 영역과 패턴을 공유하지만 동일하지는 않다고 Herff는 설명합니다.

Herff는 직접 말하기를 할 수 없더라도 머릿속으로 말하기를 상상하는 것으로 BCI를 작동할 수 있다는 것을 의미한다고 말합니다. Herff는 “이는 임상적으로 이러한 음성 BCI를 사용할 수 있는 사람들을 대폭 증가시킵니다” 라고 말합니다.

신체가 더 이상 반응할 수 없는 경우에도 마비된 사람들이 말하기 또는 움직임 프로그램을 유지한다는 사실은 연구자들이 뇌가 얼마나 가소적인지, 즉 신경 경로를 재형성하고 리모델링할 수 있는 정도에 대한 결론을 내리는 데 도움이 됩니다.

뇌의 부상, 외상 및 질병은 뉴런 사이의 연결 강도를 변경하고 신경 회로를 재구성하거나 새로운 연결을 만들 수 있다는 것이 알려져 있습니다(뇌 가소성). 예를 들어, 척수 손상이 있는 쥐에 대한 연구에서는 한때 마비된 팔다리를 제어하던 뇌 영역이 여전히 기능하는 신체 부위를 제어할 수 있음을 보여주었습니다.

그러나 BCI 연구는 이 그림을 흐리게 했습니다. 펜실베니아 피츠버그 대학의 신경 공학자인 Jennifer Collinger와 그녀의 동료들은 척수 손상이 있는 30대 남성에게 피질 내 BCI를 사용했습니다. 그는 여전히 손목과 팔꿈치를 움직일 수 있지만 손가락은 마비되어 있습니다.

Collinger의 팀은 손의 원본 지도가 여전히 그의 뇌에 보존되어 있음을 발견했습니다. 남자가 손가락을 움직이려고 했을 때, 팀은 그의 손이 실제로 움직이지 않았음에도 불구하고 운동 영역에서 활동을 목격했습니다.

"부상 전후에 변화가 있었는지 여부는 알 수 없습니다." 그렇다고 해서 뇌에 가소성이 전혀 없다는 의미는 아니라고 Collinger는 지적합니다. 그러나 일부 뇌 영역은 다른 영역보다 좀 더 유연할 수 있습니다. "예를 들어 운동 피질보다 감각 피질에서의 가소성이 더 제한적인 것 같습니다."라고 그녀는 덧붙입니다.

요약

1. BCI 기술은 뇌를 연구하는데 많은 도움이 되고 있다.

2. 이전까지는 뇌가 다양한 전문 영역으로 뚜렷하게 나뉘어 있다고 생각했지만 실제로는 경계가 모호하고 좀 더 균일한 것 같다.

3. 뇌는 생각보다 덜 유연할 수 있고 부위마다 유연성의 차이가 있는 것 같다.

[디시콘발사대(fcbjsjmu1t9f)]

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