머리카락 두께 칩으로 뇌 읽는다…전극만 6만여개 초소형 BCI 등장

머리카락 두께 칩으로 뇌 읽는다…전극만 6만여개 초소형 BCI 등장

 

조가현 기자

입력2025.12.08. 

 

머리카락 두께의 단일 칩에 6만5000개 전극을 담은 초소형 무선 뇌-컴퓨터 인터페이스가 개발됐다. Columbia Engineering 제공

 

 

머리카락만큼 얇은 단일 칩으로 뇌 신호를 읽고 쓰는 초소형 뇌·컴퓨터 인터페이스(BCI)가 개발됐다. 뇌와 두개골 사이에 종잇장처럼 밀어 넣을 수 있을 만큼 작지만 6만 개가 넘는 전극으로 뇌 표면의 미세한 전기 신호를 촘촘하게 포착한다. 연구팀은 간질이나 운동 장애 등 다양한 신경 질환 치료에 새로운 돌파구 역할을 할 것으로 보고 있다.

미국 컬럼비아대와 스탠퍼드대, 펜실베이니아대 등 공동 연구팀은 단일 실리콘 칩으로 구성된 뇌 이식형 BCI ‘대뇌피질 생체 인터페이스 시스템(BISC, Biological Interface System to Cortex)’을 개발했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 8일(현지시각) 공개됐다.

BISC는 뇌 신호를 읽는 장치와 뇌에 자극을 주는 장치를 모두 ‘한 장의 칩’ 안에 넣은 기술이다. 6만5536개의 전극이 뇌의 미세한 전기 신호를 받아들이고 이 중 1024개는 동시에 신호를 기록한다. 1만6384개 전극은 필요한 위치에 아주 약한 전기 자극을 보내는 데 쓰인다.

부피는 약 3㎣로 기존 이식형 BCI 장치보다 1000분의 1가량 작다. 칩이 매우 얇고 유연해 뇌와 두개골 사이 공간에 그대로 삽입할 수 있다.

연구팀은 “칩이 뇌 표면에 젖은 티슈처럼 밀착된다”며 “외부 전선이나 케이블 없이 작동해 조직 반응을 줄이고 장기적 신호 안정성을 높였다”고 설명했다.

BISC는 몸 밖에 착용하는 작은 중계기 무선으로 연결된다. 초광대역(UWB) 기술을 써서 뇌의 신호를 초당 100메가비트(Mbps) 속도로 전송할 수 있는 무선 연결 기술이다. 이는 기존 무선 BCI보다 최소 100배 빠른 전송 속도다. 중계기는 다시 WiFi로 컴퓨터와 연결되기 때문에 사실상 ‘뇌–인터넷’ 통로가 만들어지는 셈이다.

연구팀은 전송 용량이 커지면서 AI가 뇌에서 나오는 운동·지각·언어 신호를 더 선명하게 받아들일 수 있어 복잡한 뇌 활동을 해석하는 정확도가 크게 높아진다고 설명했다.

뉴욕-프레스비테리언병원 신경외과팀은 이 칩을 동물 실험에서 작은 절개만으로 뇌 표면에 넣는 데 성공했다. 뇌를 찌르는 전극이나 두개골에 고정하는 선이 없어 주변 조직을 덜 자극한다는 점도 확인됐다. 연구진은 현재 수술 중 잠시 장치를 올려 신호를 확인하는 초기 인체 실험도 진행하고 있다.

연구팀은 NIH(미국 국립보건원) 지원을 받아 약물치료에 반응하지 않는 간질 환자에게 BISC를 적용하는 연구도 시작했다. 뇌 표면에서 발작 신호가 어떻게 나타나는지 고해상도로 살피고 필요할 때 아주 약한 전기 자극을 보내 발작을 조절하는 방식이다.

상용화 준비도 이뤄지고 있다. 연구진은 스핀오프 기업 ‘캄프토 뉴로테크(Kampto Neurotech)’를 설립해 전임상용 제품 개발에 들어갔다.

켄 셰퍼드 컬럼비아대 교수는 “반도체 기술 덕분에 거대한 컴퓨터가 손바닥 크기 스마트폰으로 줄어든 것처럼 이식형 의료 장치도 더 작고 성능은 더 강해지는 방향으로 발전하고 있다”고 말했다.

조가현 기자