"마비환자의 생각을 즉시 말로…실시간 음성변환 장치 개발"
美 연구팀 "생각-음성 시간차 0.08초 구현…언어상실 마비환자 의사소통 기여"
미국의 뇌공학 연구팀이 인간의 ‘생각’을 거의 실시간으로 ‘말소리’로 바꿔주는 획기적인 장치를 개발해 전 세계 의료·과학계의 주목을 받고 있다. 특히 이 기술은 언어 능력을 상실하거나 전신 마비로 인해 의사소통이 불가능한 환자들에게 새로운 희망을 제시하고 있다는 점에서 그 의미가 크다.
1) 생각에서 말로…시간차 단 0.08초
미국 스탠퍼드대학교의 신경과학 및 생체공학 공동연구팀은 최근 인간의 뇌파를 실시간으로 해석해 이를 음성으로 변환하는 ‘생각-음성 인터페이스(thought-to-speech interface)’ 장치를 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 뇌에서 일어나는 언어적 사고 과정을 디코딩하여, 사용자가 실제로 목소리를 내지 않아도 마치 말을 하고 있는 것처럼 음성으로 출력할 수 있게 한다.
연구팀은 특히 이번 연구에서 ‘생각에서 음성 출력까지’의 시간 지연을 평균 0.08초로 줄이는 데 성공했다고 강조했다. 이는 인간이 실제로 말을 할 때의 뇌-입 움직임 시간 차와 거의 동일한 수준이다. 기존의 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술이 1초 이상의 지연을 보였던 것에 비해 혁신적인 진전이다.
스탠퍼드대 생명공학부의 에밀리 최 박사는 “우리가 목표로 했던 건 단지 생각을 음성으로 바꾸는 게 아니라, 그 과정을 실제 말하는 것처럼 자연스럽게 만드는 것이었다”며 “이제는 단순한 타이핑 수준을 넘어서, 거의 실시간 대화가 가능한 수준에 도달했다”고 설명했다.
2) 언어상실증 및 마비환자에 ‘새로운 목소리’
이 장치는 특히 루게릭병(ALS), 뇌졸중, 외상성 뇌손상 등으로 인해 언어 표현 능력을 상실하거나 전신 마비 상태인 환자들을 위한 용도로 설계되었다. 연구팀은 이 장치를 활용해 언어기능을 상실한 30대 여성 환자의 의도를 실시간으로 음성 출력하는 데 성공했으며, 환자는 약 1000개 이상의 단어를 자유롭게 표현할 수 있었다.
이 기술은 뇌에 소형 전극을 삽입하여 사용자의 뇌파를 실시간으로 수집하고, 딥러닝 알고리즘을 통해 이를 해석한다. 특히 연구팀은 각 개인의 고유한 뇌 신호 패턴을 인공지능이 학습할 수 있도록 맞춤형 모델을 적용해 정확도를 높였다.
의사소통이 극히 제한되었던 환자들은 이제 이 장치를 통해 가족이나 의료진과 실시간으로 감정, 요구, 생각을 교환할 수 있게 되었으며, 이는 환자의 삶의 질에 획기적인 변화를 불러오고 있다.
3) 기술의 원리와 작동 방식
연구에 사용된 장치는 뇌의 언어 영역에 위치한 특정 뉴런의 신호를 포착하는 미세전극 어레이를 통해 작동한다. 사용자가 ‘속으로 말하고자’ 하는 생각을 하면, 뇌는 실제 발성을 하지 않더라도 발화 계획에 해당하는 신호를 생성한다. 이 신호는 전극을 통해 디지털 신호로 전환되며, 알고리즘이 이를 해석해 음성으로 출력한다.
흥미로운 점은, 연구팀이 이 알고리즘을 훈련시키는 과정에서 환자가 과거에 사용했던 말의 억양, 속도, 언어 습관 등을 반영해 ‘환자 고유의 목소리’를 재현했다는 것이다. 이는 단순한 기계음이 아닌, 환자 개인의 특징이 살아 있는 음성을 제공함으로써 정서적 연결감을 더욱 강화시킨다.
4) AI와 뇌과학의 융합, 새로운 인터페이스 시대
이번 기술의 핵심은 단순한 뇌파 분석에 그치지 않고, 최신 인공지능 기술과 신경언어학적 연구가 융합된 결과라는 점이다. 특히 자연어처리(NLP) 기술의 발전과 초고속 데이터 처리 알고리즘은 실시간 변환을 가능케 한 주요 요소다.
또한 해당 기술은 음성 외에도 글자나 표정 등의 시각적 표현으로 확장할 수 있는 가능성도 가지고 있다. 연구팀은 장기적으로는 생각을 통해 가상현실 환경에서 자유롭게 대화하거나, 원격 회의에 참여할 수 있는 ‘생각 기반 커뮤니케이션 플랫폼’을 개발하는 것을 목표로 하고 있다.
5) 윤리적, 사회적 논의도 본격화
한편 이 기술은 그 혁신성과 함께 윤리적 문제도 동반하고 있다. 개인의 ‘생각’이 디지털화되고 외부로 표현될 수 있다는 점은 사생활 침해나 비자발적 정보 노출의 위험을 동반할 수 있기 때문이다.
이에 대해 연구팀은 “현재 장치는 사용자의 자발적인 생각 표현만을 인식하도록 설계되어 있으며, 의도하지 않은 생각은 필터링된다”고 설명했다. 그럼에도 불구하고 향후 이러한 기술이 상용화될 경우, 인간의 사적인 영역에 대한 기준과 법적 보호 장치 마련이 필요하다는 전문가들의 지적이 이어지고 있다.
미국 생명윤리학회는 최근 이와 관련된 윤리 가이드라인 초안을 발표하며, “뇌-기계 인터페이스 기술은 인간의 자유의지와 정체성에 직결되는 문제이기에 사회적 합의와 투명한 규제가 병행되어야 한다”고 밝혔다.
6) 앞으로의 전망
이번 연구는 단지 과학기술의 진보를 넘어, 인간의 삶의 방식 자체를 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 마비 환자뿐만 아니라, 노화로 언어 능력을 잃어가는 고령자, 청각·언어장애인, 심지어는 미래의 증강 인간 인터페이스 개발에도 활용될 수 있다.
현재 연구팀은 미국 FDA(식품의약국)의 임상 시험 승인을 받아, 보다 광범위한 환자 집단을 대상으로 임상 데이터를 수집하고 있으며, 향후 3~5년 내에 상용화가 가능할 것으로 보고 있다.
에밀리 최 박사는 “우리는 단지 기술을 개발한 것이 아니라, 말할 수 없던 사람들에게 ‘다시 말할 수 있는 능력’을 돌려주었다”며 “이 기술이 더 많은 사람들의 삶을 변화시키길 바란다”고 말했다.