인공적인 촉각이 향상됨

피츠버그대학교 의과대학 과학자들은 사지마비 환자의 잃어버린 촉각을 회복할 수 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 개발에 한 걸음 더 다가갔습니다.

사용자들은 인공적으로 만들어진 촉각을 통해 디지털로 표현된 사물을 탐색하면서, 가르랑거리는 고양이의 따뜻한 털, 문 열쇠의 매끄럽고 단단한 표면, 그리고 사과의 시원하고 둥근 모양을 묘사했습니다. 피트와 시카고 대학교의 공동 연구로 이루어진 이 연구는 오늘 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재되었습니다.

인공 촉각이 종종 불분명한 윙윙거림이나 따끔거림처럼 느껴지고 물체마다 차이가 없었던 이전 실험과 달리, 과학자들은 BCI 사용자들이 촉각 감각을 생성하는 전기 자극의 세부적인 부분을 스스로 결정할 수 있도록 했습니다. 이 중요한 혁신은 참가자들이 직관적으로 느끼는 촉각을 재현할 수 있도록 했습니다.

"촉각은 비언어적 사회적 의사소통의 중요한 부분입니다. 촉각은 개인적이고 많은 의미를 지닌 감각입니다."라고 텍사스 대학교 사우스웨스턴 캠퍼스 신경외과 및 생체의공학 조교수이자 피트 재활 신경공학 연구실의 전 박사후 연구원인 세시 베르바르스코트 박사(본 연구의 주저자)는 말했습니다.

"BCI 사용자는 스스로 감각을 설계함으로써 사물과의 상호작용을 더욱 현실적이고 의미 있게 느낄 수 있으며, 이를 통해 사용하기에 즐겁고 직관적인 신경 보철 장치를 개발하는 데 한 걸음 더 다가갈 수 있습니다."

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 뇌 활동을 신호로 변환하여 근육 운동과 같이 뇌가 일반적으로 제어하는 ​​신체 기능을 대체, 회복 또는 향상시킬 수 있는 시스템입니다. BCI는 또한 뇌를 직접 자극하여 손상된 신체 피드백을 복구하고 상실된 감각을 회복하는 데 사용될 수 있습니다.

지난 10년간의 연구를 통해 피트 과학자들은 마비 환자가 마인드 컨트롤 로봇 팔을 통해 촉각을 경험할 수 있도록 도왔고, 이 인공 촉각이 로봇 팔을 더욱 효율적으로 움직일 수 있도록 함을 보여주었습니다. 그러나 이러한 촉각적 감각은 불완전했고, 질감이나 온도가 다른 물체들 사이에서도 비슷하게 느껴졌습니다. 누군가의 손을 흔드는 것은 단단하고 단단한 돌을 들어 올리는 것과 같은 느낌이었습니다.

이제 연구자들은 직관적인 촉각을 만들어내는 목표에 한 걸음 더 다가갔습니다.

새로운 연구에 따르면, BCI 사용자는 컴퓨터 화면에 표시된 다양한 물체에 대해 서로 다른 촉각적 경험을 설계할 수 있었으며, 불완전하기는 하지만 감각만으로 물체를 추측할 수 있었습니다.

완벽한 촉각을 찾는 것은 마치 무한한 촉각 감각이 펼쳐지는 어두운 방에서 "따뜻함과 차가움" 게임을 하는 것과 같았습니다. 과학자들은 척수 손상으로 손 감각을 잃은 연구 참가자들에게 디지털 방식으로 제시된 물체를 탐색하면서 고양이를 쓰다듬거나 사과, 열쇠, 수건, 토스트를 만지는 것과 같은 자극 매개변수의 조합을 찾아달라고 요청했습니다.

세 명의 연구 참여자는 모두 논리적으로 이해가 되는 풍부하고 생생한 용어로 사물을 묘사했지만 동시에 독특하고 주관적이기도 했습니다. 한 참여자는 고양이가 따뜻하고 "촉촉한" 느낌을 주었고, 다른 참여자는 매끄럽고 비단결 같은 느낌을 주었습니다.

이미지를 제거하고 참가자들이 자극에만 의존하도록 했을 때, 참가자들은 5개의 물체 중 하나를 35%의 확률로 정확하게 식별할 수 있었습니다. 우연의 일치보다는 나았지만 완벽과는 거리가 멀었습니다.

"이 연구는 달을 목표로 설계하여 궤도에 진입시켰습니다."라고 피츠버그 대학교 물리의학 및 재활학과 부교수이자 이 연구의 수석 저자인 로버트 곤트 박사는 말했습니다. "참가자들은 촉각만으로 물체를 구별하는 매우 어려운 과제를 수행했지만, 상당히 성공적으로 수행했습니다. 실수를 하더라도 그 실수는 예측 가능했습니다. 고양이와 수건은 둘 다 부드러워서 구분하기 어렵지만, 고양이를 열쇠로 착각할 가능성은 낮았습니다."

이 연구는 마비된 사람의 손에 정확한 촉각을 불러일으키고, 사람의 고유한 감각 세계에 완벽하게 통합되는 인공 사지를 만드는 데 중요한 진전을 보여줍니다.

이 연구의 다른 저자로는 피츠버그 대학의 바하그 카라페티얀 박사(MD, Ph.D.)와 마이클 보닝거 박사, 시카고 대학의 찰스 그린스폰 박사(Ph.D.)와 슬리만 벤스마이아 박사, 그리고 마스트리흐트 대학의 베티나 소거 박사가 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250501122459.htm