뇌파를 읽는 반영구 타투, 웨어러블 기술을 끌어올리다

오스트리아 그라츠 공과대학교와 몇몇 다른 유럽 연구소의 연구원들이 머리 문신을 통해, 뇌파를 읽고, 뇌파로 전극을 움직일 수 있는 작업을 진행하고 있습니다. 이 타투는 반영구적으로, 표준 타투 용지를 기질로 사용하여, 잉크젯 프린터로 전도성 폴리머 회로 위에 인쇄하게 됩니다.

Greco/TU Graz

작동방식은 이렇습니다.

 

접착식 타투 전극 중 하나 이상을 두피에 붙입니다. 그러면 타투를 두피에서 바로 발생되는 고품질의 뇌파 신호를 기록하는 데 사용할 수 있습니다. 젤 전극과 대조적으로, 액체 인터페이스가 필요하지 않고 타투가 마를 염려가 없습니다. 심지어 두피와 초박막 사이로 자라는 머리카락도 뇌파 수신에 방해를 주지 않습니다. 

타투의 전극이 정확히 보이지 않는 것은 아니지만 기존의 EEG 전극 헤드셋처럼 타투를 붙인 사람을 불편하게 하지는 않습니다. 심지어 타투를 했다는 사실 조차 잊어버릴 수 있는 재미있는 장점도 있습니다.

 

즉, 이것은 장기적인 측정에 완벽하게 적합하다는 뜻입니다. 이 반영구 타투는 물과 비누로 문지르면 자연스럽게 제거할 수 있습니다. 

 

세계 최고 첨단 타투 스튜디오

Greco의 연구소인 LAMPse는 2015년에 최초로 타투 전극을 개발했습니다. 이 접착식 전달 방법의 첫 번째 사용 사례는 심장 박동수와 근육 활동을 측정하는 것입니다. 반년 동안 Greco와 다른 사람들은 이 기술을 최적화하여 뇌파를 매 순간 효과적으로 측정할 수 있도록 했습니다. 이 연구는 프랑스 양쪽의 연구원들과 함께, 생테티엔느의 Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-étienne에서, 그리고 이탈리아에서는 Scoola Superiore Sant'Annna에 있는 바이오로보틱스 연구소의 Laura Perrarrarria에 의해 수행되었습니다.

Lunghammer - TU Graz

EEG, 즉 뇌파 촬영은 항상 가장 어려운 단계인데, 이 연구 결과는 낮은 진폭과 높은 주파수의 뇌파를 얻을 수 있는 궁극적인 단계에 도달했다는 것을 보여주며, 이런 종류의 활동을 포착하는 것은 매우 어려운 일입니다.  

뇌 데이터를 수집하는 것이 유용한 여러 가지 이유가 있습니다. 하나는 모니터링을 위한 것입니다. 애플 워치의 심전도(ECG) 판독기는 이미 우리의 활력징후를 지속적으로 모니터링하는 웨어러블이 유용한 이유를 설득력 있게 입증했습니다. 애플 워치의 경우, 뇌졸중을 일으킬 수 있는 불규칙한 심장 박동인 심방세동과 같은 상태는 착용자의 심장 박동을 지속적으로 관찰함으로써 발견될 수 있습니다. 문제가 발생하면 스마트워치가 사용자에게 경고를 보내 의료 지원을 요청할 수 있습니다.

 

현재, 정기적인 뇌파 감시 같은 도구가 없습니다. 간질과 같은 신경학적 질환은 EEG 기술을 사용하여 진단할 수 있지만, 환자들이 이후에 정기적으로(또는 심지어 불규칙한) 뇌파 모니터링을 받을 가능성은 낮습니다. 간질의 경우, 정말로 위기를 예측할 수 없기 때문에 보호자가 환자를 감시할 수 있어야 합니다.

 

따라서, 이러한 전극을 통해 가정에서 환자를 모니터하여 임상의사들이 병의 기원과 전파 방법을 이해하고 평가할 수 있습니다.

 

뇌-컴퓨터 인터페이스로 한 단계 나아가기

다른 실제 사용 사례도 있습니다. 이 비침습적 뇌파 모니터링 기술이 뇌-컴퓨터 인터페이스 구축에 있어 중요한 단계를 증명할 수 있을지도 모릅니다. 

 

이들이 연구하려고 하는 것 중 가능한 놀라운 것 중 하나는 뇌로부터 정보를 수집하는 것입니다. 예를 들어, 이 정보를 포착하여 뇌-컴퓨터 인터페이스를 통해 직접 전송하고, 마비된 환자의 근육을 자극하는 데 사용할 수 있습니다. 마비된 환자의 뇌는 완벽하게 기능하고 근육 또한 완벽하게 기능하지만, 이 두 지점 사이에서 신경 통신은 끊어져 있기 때문에 뇌-컴퓨터 인터페이스를 통해 이 단절을 복구하는 것이 가능해집니다. 

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하지만, 아직까지는 이러한 사용 사례는 SF소설의 영역에만 존재하며, 갑자기 그렇게 되지 않습니다.

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뇌-컴퓨터 인터페이스에는 기분이나 욕구를 모니터링하고 적절한 정보를 적시에 끌어 올리는 것과 같은 다른 모든 잠재적인 응용 프로그램이 있습니다. 뇌를 감시하는 타투 전극과 신체의 다른 부위의 근육 활동을 모니터링하는 임시 타투를 결합하는 것도 데이터의 추가 소스로서 가능할 수 있습니다.

일생 동안, 낮은 비용의 웨어러블 타투 센서를 착용하는 것이, 시를 차고 스마트폰을 주머니에 넣는 것만큼 흔한 일이 될 수 있을까요? 사실, 가능할 수 있습니다. 왜냐하면 일상 생활에는 많은 실용적인 적용이 있기 때문입니다.

Greco/TU Graz

위의 사진은 상용화된 상황이 아닌 개념적인 프로토 타입입니다. 이 프로토 타입을 보면, 여전히 전극을 외부 장치에 배선하여 정보 처리를 수행해야 합니다. 하지만, 이제 다른 연구 단체들이 이 정보를 신체에 처리할 수 있는 웨어러블을 개발중입니다. 잠재적으로는 무선으로 스마트폰이나 스마트워치에 전송할 수도 있게 됩니다.

 

이 모든 것이 현재로서는 가정으로 남아 있지만, 요즘 시대의 웨어러블 기기들과 마찬가지로, 이러한 사용 사례들은 SF소설의 영역에만 존재합니다. 갑자기 그렇게 되지 않을 때까지만 말입니다.

이 연구를 설명하는 논문은 npj Flexible Electronics에서 참고할 수 있습니다.

(https://www.nature.com/articles/s41528-020-0067-z)