스웨덴 연구팀이 인공지능(AI)을 이용해 절단 환자의 신경 신호로부터 다리 움직임을 직접 해독하는 데 세계 최초로 성공하며, 보다 자연스러운 의족 개발의 길을 열었다.
19일(현지시간) 스웨덴 샬메르스 공과대학교가 이끈 공동 연구팀은 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 발표한 논문에서 신경 임플란트와 AI 알고리즘을 통해 무릎 위 절단 환자의 다리 움직임 의도를 정밀하게 해독했다고 밝혔다.
현재 상지 의수(인공 팔)는 남아있는 근육 신호를 이용하지만, 이는 주요 부위 절단 시 사용이 불가능하다. 의족(인공 다리)은 대부분 사용자의 능동적 제어 없이 기계적 시스템과 내장 센서에 의존한다.
연구팀은 무릎 위 절단 환자 2명의 좌골 신경에 머리카락 굵기의 초박형 신경 임플란트 4개를 삽입했다. 이후 환자가 '유령 다리'를 움직이려고 할 때 발생하는 신경 신호를 기록했다.
기록된 신호는 '스파이킹 신경망'(SNNs) 기반의 AI 알고리즘으로 해독됐다. SNN은 뇌 신경세포(뉴런)의 정보 전달 방식과 유사한 '스파이크' 신호를 처리해 기존 AI보다 효율적으로 신경 신호를 분석할 수 있다.
엘리사 도나티 스위스 취리히 연방 공과대학교 교수는 "우리 연구는 신경계의 언어를 존중할 때 말초 신경 활동 해독이 가장 잘 작동한다는 것을 보여준다"고 설명했다.
이 기술을 통해 연구팀은 무릎, 발목 움직임은 물론, 이전에는 해독이 불가능했던 발가락을 꼼지락거리는 의도까지 높은 정확도로 예측했다. 자코모 발레 샬메르스 공대 조교수는 "신경 소통의 암호를 해독한 것"이라고 말했다.
또한 이 기술은 단일 임플란트로 운동 제어와 감각 복원이 모두 가능한 양방향 시스템이라는 장점이 있다. 임플란트를 통해 신경계와 양방향으로 소통하며 움직임을 제어하고, 동시에 외부 감각을 뇌로 전달할 수 있다.
이번 연구는 기술의 실현 가능성을 입증한 '개념 증명' 단계다. 연구팀의 다음 목표는 이 기술을 실제 의족에 통합해 사용자가 직접 제어하고 자연스러운 감각을 느낄 수 있도록 하는 것이다.