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Start Up Innovation / Science
뇌활동을 파악해 영어 능력을 UP
무의식적으로 맞춘 ‘정답’, 본인에게 전달

뇌의 정보를 학습 및 의료에 활용하는 기술 개발이 추진되고 있다. 이것은 ‘뉴로 피드백(Neurofeedback)이라고 불리는 기술로, 뇌파계 등을 활용해 뇌활동을 파악. 영어 학습이나 재활 등의 효과를 높일 수 있다. 사원 교육 및 의료 현장 등에서 새로운 비즈니스를 창출할 것으로 기대를 모으고 있다.

도쿄 중앙에 위치한 시스템 개발업체 JSOL의 본사 사무실. 머리에 뇌파계를 착용한 사원이 컴퓨터 화면을 보며 앉아있다. 이곳에서는 시험적으로 2017년 10월부터 사원 교육용 영어학습 프로그램을 시작하고 있다.

-- L과 R 발음을 구별 --
이 프로그램에서는 헤드폰에서 영어의 ‘R’과 ‘L’의 발음이 랜덤으로 나오고, 컴퓨터 화면에는 크거나 작은 동그라미 표시가 나타난다. 사원은 “되도록 큰 동그라미가 나오도록 생각해주세요”라고 지시를 받는다. 이 프로그램을 통해 일본인에게는 어렵다고 알려져 있는 ‘L’과 ‘R’의 발음을 구별하는 능력이 향상된다고 한다.

이 프로그램에서 활용된 것은 ‘뉴로피드백’이라고 불리는 기술로, 뇌파계 등을 통해 수집된 뇌활동을 본인에게 전달해 능력 향상을 도모하는데 이용된다. 듣기 학습에 이용하는 이 기술은 정보통신연구기구와 오사카대학, NTT 데이터경영연구소가 공동으로 개발했다.

공동 개발팀이 이 새로운 기술에서 주목한 것은 소리의 차이에 따라 뇌파가 미묘하게 변하는 ‘Mismatch negativity’라고 불리는 뇌활동이다. 본인에게는 발음을 구별했다는 자각은 없지만, 사실은 뇌에서는 구별했을 때에 특징적인 뇌파의 패턴이 만들어진다. 이것을 뇌파계로 측정, 화면에 커다란 동그라미로 표시해 본인에게 알린다. 정보통신연구기구의 나루세(成瀨) 뇌정보공학 연구실장은 “무의식의 뇌활동을 당사자에게 전달해 듣는 능력을 향상시킬 수 있다”라고 설명한다.

JSOL이 대학 졸업자 수준의 영어 능력을 가진 20~30대 사원 14명을 대상으로 시험해본 결과, 듣는 능력 향상에 효과가 있었다고 한다. JSOL의 모테기 (茂木) 집행위원은 “사원 교육 및 영어 교재로 활용해 비즈니스를 추진해나갈 계획이다”라고 하며 기존과는 전혀 다른 뇌 과학을 활용한 영어 학습법 판매를 목표로 하고 있다고 밝혔다.

뉴로피드백은 최근 의료 분야에서도 주목 받고 있다. 시마즈(島津)제작소와 야마사키(山崎)의과대학의 미하라(三原) 특임교수는 뇌졸중 환자의 재활에 뉴로피드백을 활용하는 연구를 추진. 시마즈제작소가 제품화하는 근적외분광법(NIRS)이라고 하는 기술을 이용해 뇌활동을 조사하고 있다. NIRS는 파장 700~850나노미터의 근적외광을 머리에 조사해 그 반사광을 측정하는 것이다. 이를 통해 대뇌피질의 활동을 간단히 알 수 있다.

미하라 특임교수는 이 시스템을 뇌졸중으로 손발이 생각대로 움직이지 않게 된 환자의 재활에 이용. NIRS를 통해 뇌 활동을 조사하고 그것을 본인에게 알려 손발을 움직이도록 하는 훈련을 2주 간에 걸쳐 시행했다. 총 20명을 대상으로 실험한 결과, 일반 훈련에 비해 개선 효과가 높았다고 한다. 미하라 특임교수는 “환자에게 부담이 적은 재활이 될 것이다”라며 기대감을 나타냈다. 곧 실용화를 향한 임상시험을 시작할 계획이다.

-- 정신질환 치료에 활용 --
질병 치료에 활용하려는 움직임도 있다. 국제전기통신기반기술연구소(ART, 교토)는 정신질환 진단 및 치료에 뉴로피드백을 활용하는 연구를 추진하고 있다.

우선 환자의 뇌활동을 기능적 자기공명영상장치(fMRI)로 측정. 수집한 병 특유의 뇌 활동 데이터에서 인공지능(AI)의 하나인 기계학습을 통해 특유의 패턴을 산출한다. 환자에게 다시 fMRI에 들어가게 해 흥분 할 것 같은 사진을 보이고 이 때의 뇌 활동이 정상인지 아닌지를 본인에게 알린다. 이것을 반복함으로써 무의식 중에 뇌가 정상적인 패턴을 학습해 감정을 컨트롤하기 쉬워져 병 상태가 호전되는 것이다.

지금까지의 연구에서는 거미나 뱀과 같은 특정 생물을 보면 흥분 상태가 되는 동물 공포증을 통해 병 상태가 호전되는 효과가 있었다고 한다. ATR은 심적 외상 후 스트레스(PTSD) 및 우울증, 정신분열증, 자폐증 등에서도 치료를 위한 연구를 추진할 계획이다.

ATR의 가와히토(川人) 펠로우는 “근거 있는 효과적인 정신질환 치료법이 될 것이다”라고 강조한다. 정신질환 치료는 투약 및 인지행동 요법이 일반적이다. 하지만 이 둘 모두 치료 효과 파악이 어려워 효과적이지 못한 치료로 환자에게 부담을 줄 수 있다는 우려도 있다. 뉴로피드백을 이용할 경우 객관적으로 그 효과를 파악할 수 있기 때문에 기존과는 전혀 다른 새로운 치료법으로서 보험 적용이 인정될 가능성도 있다.

가와히토 펠로우는 연구 성과를 실용화하기 위해 스스로 자금을 투자해 스타트업기업 ‘XNef’를 2017년 8월에 설립했다. 현재 제약회사 등과 공동으로 새로운 치료법으로서 실용화를 추진하고 있다.

뉴로피드백 연구는 세계적으로도 가속화되고 있다. 가와히토 펠로우에 따르면, 전세계에 발표된 뉴로피드백에 관한 논문 수는 연간 약 300건으로 과거 5년 간 3배로 증가했다. 구미(歐美)에서도 정부 주도의 프로젝트가 추진되고 있어, 과학 연구와 실용화 모두 활발히 진행되고 있다. 뇌활동을 활용한 새로운 비즈니스가 곧 탄생될 전망이다.

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