뇌와 뇌 소통의 시대가 도래했습니다. 방법을 보여드리겠습니다.

여러분들은 아마도 신경학자 미구엘 니코렐리스(Miguel Nicolelis)를 기억하실 겁니다-그는 뇌로 통제되는 외골격을 이용해 마비가 된 사람이 2014년 월드컵의 첫 공을 찰 수 있게 했습니다. 그가 지금 무슨 일을 하냐구요? 두 정신이 (현재로서는, 쥐와 원숭이) 뇌에서 뇌로 메시지를 전달하는 방법을 만들고 있습니다. 당신의 '상상력의 한계'에 도달하도록 하는 실험을 위해 끝까지 시청하십시오

2014년 6월 12일,
정확히 3시 33분에,

브라질, 상파울로의
훈훈한 겨울 오후,

남미의 평범한 겨울 오후죠.

여러분이 보시는 이 청년은
마치 골을 넣은 듯 기뻐합니다.

29세인 줄리아노 핀토가
엄청난 일을 해냈습니다.

6년 전 형를 잃었던
차 사고 때문에마비가 되고

가슴 중간부터 발끝까지 감각이 없어서

줄리아노는 완전한
척수 손상으로 휠체어에 탔지만,

줄리아노는 그 사건으로 일어났고
그 날 무언가를 했습니다.

대부분의 사람들이 그가 6년간
못 할 것 같다고 했던 것을요.

줄리아노 핀토는
2014년 브라질 월드컵에서

그저 생각만으로
오프닝 킥을 날렸습니다.

그는 자신의 신체를
움직일 수는 없었지만,

공을 차는 모습을 상상할 수 있었죠.

절단 전에 그는 운동 선수였고
현재 장애인 운동 선수 입니다.

몇년후에는 세계 장애인 올림픽에
참여하기를 저는 바랍니다.

이 척추손상이 줄리아노에게서
빼앗지 못한 것은

바로 꿈을 꿀 수 있는 능력이었습니다.

그날 오후 그가 꿈꿨던 것을,

7만 5천명이라는 관중들과

10억의 TV 시청자들
앞에서 이뤘습니다.

그의 슛은 30년 동안의 연구성과로

우리의 두 귀 사이에 있는
이 놀라운 세계에서

천억이 넘는 원소들이 전기적인
뇌파를 통해 소통하기 때문에,

우리 머리 위에 있는 우주하고만
비교할 수 있는 이 우주에 대해

줄리아노가 15년의 계획과

30년의 상상을 마친 연구를

결국 끝마쳤습니다.

15년 전, 존 채핀과 저는

뇌-기계 인터페이스라는

무언가를 만들기로 했습니다.

이것은 동물이나 사람이

얼마나 떨어져있는가와 상관 없이,

오로지 상상을 통해서
기계를 움직을 수 있도록

기계와 뇌를 연결하는 것입니다.

우리의 학우들은 정신 의학 전문가의

도움이 필요하다고 했지만,

그럼에도 스코틀랜드인과
브라질인들은 밀어붙였습니다.

그것이 우리가 고향에서
자라난 방식이니까요.

그리고 12년, 15년 동안,

우리는 이것이 가능하다는 것에 대한
입증에 입증을 거쳤습니다.

뇌-기계 인터페이스는
로켓 과학이 아니라,

그저 뇌에 관한 연구일 뿐입니다.

이것은 그저 척추가 받아들여야 할

모터의 제어 명령을 생성시키기 위해

뇌가 생성하는 전기적인
뇌파를 읽기 위해

센서를 이용하는 것 뿐입니다.

그래서 우리는 수백에서 수천의
뇌세포를 동시에 읽어내고

뇌가 모터가 움직이도록
생성시키는 전기 신호를

추출해낼 수 있으며,

실제로 우리가 움직일 수 있도록

센서를 사용했습니다.

그것을 통해, 우리는 주체가

뇌의 명령을 따르는 기계를
움직이도록 상상할 수 있게,

이 뇌의 전기 신호를 기계적, 전기적,

혹은 가상의 기계가 알아들을 수 있는

전자 명령으로 변환시켰습니다.

이 기계에 여러가지
센서를 장착함으로써,

잠시후 보시게 될텐데,

이 메세지들을 다시 뇌로 재전송 시켜

이 종속 모터가 움직이게
하도록 한 것이 맞는지

주체가 어디에 있든,
바로 옆, 문 너머,

혹은 지구 반대편에
있든 간에 확인 받습니다.

그리고 이 메세지가 뇌에
다시 피드백을 주기 때문에,

뇌는 자신의 목표를 깨닫습니다:
우리를 움직이게 하는 것입니다.

이것은 우리가 몇 년 전,
진행한 실험으로,

원숭이가 자신의 몸을 움직이지 않고,

아바타 팔, 실제로
존재하지 않는 가상의 팔을

움직이는 법을 배웠습니다.

여러분이 듣고 있는 것은
원숭이 뇌의 소리로,

가상의 공간에서 세 개의 구를
관찰할 때 나는 소리입니다.

원숭이가 좋아하는오렌지 주스
한 모금을 받기 위해,

원숭이는 이 세 원들 중 하나를
선택하여 건드려야 합니다.

그저 보는 것이 아니라,
만지는 것입니다,

이 가상의 손이 이
물건들을 만질 때마다,

물체 표면의 질감에 대해

이 동믈의 뇌로 전기 신호를
되돌려 보내기 때문에,

동물은 어느 물건을 잡아야 할지
판단하여 옳은 물건을 선택하고,

그리고 그렇게 한다면, 근육을 하나도
움직이지 않은채 보상을 받는 셈입니다.

매우 완벽한 브라질인 점심입니다:

손 하나 까딱하지 않고
오렌지 주스를 받는 것이죠.

우리는 이 결과를 보고,

15년 전 우리가 제안했던
아이디어를 다시 불러왔습니다.

이 종이를 다시 개정했습니다.

장롱 속에서 다시 꺼내,

동물 뿐만이 아니라 사람도
뇌-기계 인터페이스를 통해

이동성을 회복할 수
있다고 제안했습니다.

아이디어는 만약 누군가가
장애에 시달린다면-

이것은 누군가에게나
일어날 수 있습니다.

말씀드리자면, 찰나입니다.

충돌사고의 1/1000초에 불과한,

당신의 인생을 완전히
바꿔 놓는 교통사고입니다.

척추에 병변이 있으면,

뇌파들이 근육까지 전달
되지않아 움직일 수 없습니다.

그럼에도 머릿속에서는
뇌파들이 계속 생성됩니다.

대마비 환자, 사지 마비 환자들은

매일 밤 움직이는 꿈을 꿉니다.

그들 머릿속에는 그런 생각들이 있어요.

문제는 그 생각을 어떻게 끄집어 내어
다시 움직이게 할 것이냐는 겁니다.

그래서 저희가 제안한 것은
새로운 몸을 만드는 것이었습니다.

로봇식 조끼를 만들자!

줄리아노가 생각만으로 그 공을

찰 수 있었던 정확한
이유는 그것이었습니다,

대마비 환자, 사지 마비 환자들이
사용하여 다시 움직이고,

다시 피드백을 받을 수 있는
첫 뇌 제어 로봇 조끼를

입고 있었기 때문입니다.

그것은 15년 전의 아이디어였습니다.

제가 지금부터
여러분에게 보여드릴 것은,

어떻게 25개 나라,
156명의 사람들,

아름다운 지구의 5개 대륙에서,

자신의 인생과 특허,

자신들의 강아지,
부인, 아이들, 학교, 직업,

모든 것을 제쳐두고
이 꿈을 이루기 위해

18개월 동안 브라질에 모였습니다.

왜냐하면 브라질이
월드컵을 유치하고 얼마 후,

브라질 정부가 개회식때

무언가 의미있는 일을
하고 싶다고 들었습니다,

축구를 다시 태어나게 하고
완성시킨 이 나라에서 말입니다.

물론, 독일인을 만나기 전까지요.

(웃음)

하지만 그것은 다른 이야기입니다,

그리고 다른 신경 과학자가
이야기를 할 수 있을겁니다.

하지만 브라질이 원했던 것은

전혀 다른 나라를 쇼케이스
하는 것이었습니다.

과학과 기술을 가치하는 나라 말입니다.

그리고 척수외상으로
더이상 움직이지 못하는

25만명의 사람들에게
선물을 줄 수 있는 나라 말입니다.

그래서 저희는 브라질 정부와
FIFA에 제안을 했습니다:

"2014 브라질 월드컵의 킥오프를

브라질 대마비 환자에게 맡기고,

그 사람이 공을 차고,
공을 느낄 수 있도록

뇌 제어 외골격을 사용합시다."

그들은 저희를 미친사람 처럼 쳐다보며

말했습니다. "그래요, 해봅시다."

저희는 모든 것을 맨 처음부터

18개월 이내에 끝마쳐야 했습니다.

외골격도, 환자들도 없었기에
아무 것도 하지 못했습니다.

이 사람들이 다함께 모여,

18개월 만에, 8명의
환자를 훈련시키고.

이 친구도 밑바닥 부터 만들었습니다.

바로 브라질-산토스 듀몬트 1입니다.

첫 뇌 제어 외골격은

브라질에서 가장 유명한 과학자의
이름을 따서 만들어졌습니다.

알베르토 산토스 듀몬트
(Alberto Santos Dumont),

그는 1901년 10월 19일,
첫 비행선을 만들어

만명의 사람들이 볼 수 있도록
파리 상공을 날았습니다.

미안해요, 나의 미국 친구들,
저는 노스 캐롤라이나에 사는데,

이는 라이트 형제가 노스 캐롤라이나
해안을 난 것보다 2년 앞선 것입니다.

(박수)

항공 관제는 브라질 겁니다. (웃음)

그래서 저희는 이들과 함께 가서

이 외골격을 함께 만들어냈습니다,

15도의 자유 주압기계를 말이죠,

이것은 뇌 신호를 통해 제어되고,

뇌파 전위 기록술이라고
불리는 비외과 기술로 기록되며,

환자들이 기본적으로 동작을 상상하고,

그 명령을 제어부와 동작부에 전송하고,

실제로 할 수 있도록 해줍니다.

이 외골격은 관절과 바닥에
닿는 발을 느낄 수 있도록,

또한 이 느낌을 환자에게
전달할 수 있도록

인공 피부로 씌워졌는데,

이것은 뮌헨에 사는 제 친구
고든 쳉이 발명했습니다.

이것은 미세 진동 요소를
이용한 스마트 셔츠로,

뇌를 피드백하고 속임을 통해

자신이 가진 기계가
움직이는 느낌이 아니라,

마치 자기 자신이
다시 걷는 느낌을 줍니다.

여러분이 다음에 보실 것은,

부르노라는 환자가
처음으로 걷는 모습입니다.

우리가 다 맞추어 놓아서 그가 걷는데
몇초가 걸리지 않습니다.

그리고 여러분은 헬멧 앞에
파란빛이 보이실 겁니다.

왜냐하면 브루노는 자신이
할 동작을 상상할 것이고,

컴퓨터가 분석하고,
브루노는 확인한 후,

그 명령이 완전히 승인되었을 때,

브루노의 뇌에서 내린 지령으로
기계가 움직이기 시작합니다.

그가 제대로 했습니다.

그가 걷기 시작하는 겁니다.

9년동안 한발짝도 움직이지 못했던
그가 혼자서 다시 걷습니다.

그것보다 더한 것은--

(박수)

걷는 것 보다 더 한것은
그가 땅을 느낄수 있다는 것입니다,

그리고 외골격의 속력이 올라가면

산토스에 모래 위를
다시 걷고 있다고 말합니다,

사고 나기 전에 자주
갔던 휴양지 말입니다.

이것이 브루노의 머릿속에서
새로운 느낌을 만들어내는 이유입니다.

그래서 그는 걷죠, 다 걷고난후에--

벌써 시간이 없네요--

그가 말합니다, "있잖아요,

결혼할때 이것 좀 빌려야겠어요.

왜냐하면 내 스스로 주례 앞까지 걸어서

나의 신부를 보고 그녀와
함께 서있고 싶었거든요."

물론 그가 언제든지 원할 때
그럴 수 있을 겁니다.

저희는 이것을 월드컵때
보여주고 싶었는데 못했어요.

무슨 이유에서인지 FIFA가
방송량을 반으로 줄였거든요.

여러분이 다음에 재빨리 보실 것은

줄리아노 핀토가
외골격을 입고 공을 찼는데

우리가 이것을 설명하기 전에

엄청난 군중들 앞에서
실제로 했습니다.

여기서 보시는 빛은
기계의 작동을 의미합니다.

여기서 파란 불이 깜박거리는 것은
작동할 준비가 됐다는 겁니다.

이것은 생각을 받아들이고,
피드백을 보내며

줄리아노가 공을 차기로 결심했을 때

초록색과 노란색의 두 줄기의 빛이

헬멧에서 다리로
이어지는 것을 보실겁니다.

이것은 외골격이 받아들인 정신적 명령이

실제로 행해지고
있다는 것을 의미합니다.

13초 만에 줄리아노는
실제로 해냈습니다.

여러분은 명령을 보실겁니다.

그는 준비가 되었고,
공도 준비가 되었으며,

그는 공을 찹니다.

그리고 가장 놀라운 것은
그가 공을 차고 10초 뒤에

경기장에 있는 우리를 바라보며
스스로를 자축하며 한 말입니다.

"공을 느꼈어요."

너무나 소중한 순간이었습니다.

(박수)

이것이 이후에 무엇을 할 수 있을까요?
저에게 2분이 남았습니다.

그리고 이것이 여러분
상상력의 한계까지 갈 것입니다.

뇌 구동 기술은 여기에 있습니다.

이것이 가장 최신입니다:

우리는 1년 전 첫 뇌 대 뇌
인터페이스를 발표했습니다.

이것은 두 동물이 정신적
명령을 주고 받음으로써,

한 동물이 주변 환경에서 받아들인 것을

다른 동물에게 정신 SMS인 어뢰,
신경 생리학적인 어뢰를

보낼 수 있도록 해줍니다

그리고 두번째 동물은
자신이 행해야 할 동작을

명령은 첫번째 동물에게서 오기 때문에

명령이 어떤 환경에서 오는지
알 필요도 없이 행하게 됩니다.

이것이 첫번째 시제품입니다.

여러분에게 최신제품을
빨리 보여드리겠습니다.

여러분이 여기서 보시는 것은

우리의 왼쪽의 반짝거리는
불빛을 통해 자신이

왼쪽 우리를 눌러야 보상을
받는다는 것을 알게 된 쥐입니다.

쥐는 그리로 가서 그렇게 하죠.

그리고 동시에 그는 정신적 명령을

불빛을 보지 못한
두번째 쥐에게 보냅니다.

70%의 두번째 쥐는

망막에 표시되는 불빛을 본 적도 없이

왼쪽 레버를 잡아당겨 보상을 받습니다.

우리는 이것을 조금 더
큰 단위로 진화시켰고,

원숭이들의 뇌 상호작용과 같이

뇌 활동을 공유하고,

제가 보여드렸던 가상의 팔을
움직이기 위해 종합하는 것입니다.

여러분이 여기서 보시는 것은,

두 원숭이가 처음으로
자신들의 뇌를 종합시키고,

완전히 동시에 움직이게 하여

이 가상의 팔을
움직이게 하는 것입니다.

한 원숭이가 X축을 제어하고 있고,

또 다른 원숭이가
Y축을 제어하고 있습니다.

여기서 세 원숭이를 가지고
실험하게 되면 흥미로워지는데,

한 원숭이가 X,Y 축을,

두번째 원숭이가 Y,Z 축을,

세번째 원숭이가
X, Z 축을 제어하도록 하여

유명한 브라질 오렌지 주스를
얻기 위해 3D 팔을 움직이는

게임을 같이 하도록 하면
실제로 그렇게 한다는 것입니다.

검은 점은 뇌들이 실제로 평행하게
움직이는 평균입니다.

이것은 생물학적 컴퓨터가
뇌 활동에 의해 소통하고

모터의 목표를 이루는 것의 정의입니다.

이것이 어디까지 발전할까요?
우리는 알 수 없습니다.

우리는 그냥 과학자일 뿐이거든요.

(웃음)

한계 너머에 뭐가 있는지 발견하기 위해
돈을 받고 어린아이가 되는 겁니다.

제가 아는 한가지는:

십년안에 어느 날,

우리 손자가 생각만으로
인터넷 검색을 하고

엄마가 앞을 보지 못하는
맹인 아이를 위해 시력을 기증하고

누군가가 뇌 대 뇌
우회를 통해 말을 하고

여러분들 중 몇명은 한 겨울 오후에
브라질 축구 경기장에서

불가능한 슛과 함께 시작되었다는
것을 기억하실 겁니다.

감사합니다.

(박수)

감사합니다.

(박수)

감사합니다.

브루노 지오사니: 어려운 시간
내주셔서 감사합니다.

더 알아보고 싶은 점 몇가지가 있어서

사실 당신에게 몇분
더 드리고 싶은데요.

이것의 작동상황을 알려면
연결된 뇌가 필요한 것 같습니다.

그러니까 이 모든 것들을
연결지어 봅시다.

제가 올바르게 이해하고 있다면,

한 원숭이가 실제로
신호를 받는 것이고

다른 원숭이가 신호에
반응하는 것입니다.

왜냐하면, 첫번째
원숭이가 신경적 자극을

받아들이고 변환시키는
것이기 때문입니다.

미구엘 니코렐리스:
아니오, 조금 다릅니다.

어떤 원숭이도 다른 두 원숭이의
존재를 알지 못합니다.

그들은 2차원의 피드백을 받고 있지만,

그들이 수행해야 하는
작업은 3차원 입니다.

그들은 3차원에서
팔을 움직여야 합니다.

하지만 각각의 원숭이는 영상에서

자신이 제어하는
2차원을 볼 수 있습니다.

그리고 이것이 가능하게 하려면,

최소한 두 마리의 뇌가
연결된 원숭이가 필요하지만

가장 안정적인 것은 세 마리입니다.

따라서 우리가 발견한 것은
한 원숭이가 느려지기 시작하면

그 원숭이가 다시 돌아오도록

다른 두 원숭이가 자신들의
동작을 향상시킨다는 것입니다.

이 조정은 역동적으로 이루어지지만
전체적인 연결은 그대로 유지됩니다.

원숭이 몰래 각각 제어해야 할
축을 뒤집어버린다면

이처럼 X, Y축을 제어 하던 녀석에게

지금부터 Y, Z축을
제어하라고 한다면

바로 동물의 뇌는
이전의 축은 잊어버리고

새로운 축에 집중하기 시작합니다.

따라서 제가 말씀드리고
싶은 것은 어떤 튜링 기계도

어떤 컴퓨터도 뇌가 무슨
일을 할지 알지 못합니다.

그래서 우리는 기술을 우리
생활의 일부로 녹여낼 것입니다.

기술은 우리를 절대 집어
삼키지 않을 것입니다.

그저 불가능합니다.

BG: 이것을 얼마나
실험해 보셨습니까?

그리고 몇번이나 성공하셨습니까?

MN: 오, 여러번 해봤죠.

세 원숭이로요? 물론이죠,
여러번 해봤습니다.

몇번 해보지 않았다면

아마 여기서 말씀드리지도
못했을 겁니다.

그리고 시간 때문에 말씀
드리는 것을 깜빡 했는데

3주 전에, 유럽인 그룹이

사람의 뇌 대 뇌 연결을
처음으로 성공시켰습니다.

BG: 어떻게 작동하는 겁니까?

MN: 정보의 한 부분이 있었습니다--

큰 아이디어는 소박하게 시작하죠--

뇌 활동은 한 주체에서 시작되지만,

두번째 주체로 비외과적인
기술을 통해 전달됩니다.

따라서 쥐와 같이 첫번째 주체가
시각적 명령을 받고

두번째 주체로 이것이 전달됩니다.

두번째 주체는 시각령에서
자기장을 받아들입니다,

또는 다른 파동, 아니면
다른 두 파동 말입니다.

한 파장에서는 주체가 무언가를 봅니다.

다른 파장에서는 다른 무언가를 봅니다.

그리고 그는 첫번째 주체가 대륙을 건너
인터넷을 통해 무엇을 보내고 있는지

말로써 표현할 수 있습니다.

사회자: 와. 알겠습니다.
우리가 거기까지 가는 거네요.

다음 TED 강연 주제는 바로 이겁니다.

미구엘 니코렐리스, 감사합니다.
MN: 브루노, 감사합니다.