'텔레파시(telepathy)'란 '오감(시각, 청각, 후각, 미각, 촉각)'을 사용하지 않고 생각이나 감정을 주고받는 기술을 말한다. 우리의 뇌는 전기를 띠고 있으며, '전자기파(Electromagnetic wave)'의 일종인 '라디오파(약 1m 이상의 파장)'를 방출하고 있다. 그러나 이 신호는 너무 약하기 때문에 다른 사람들에게 전달되지 못한다. 전달된다고 하여도 우리의 신체는 라디오파를 감지할 능력이 없기 때문에 이를 알아차리지 못한다. 하지만 뇌에서 나오는 라디오 파를 감지하는 센서를 이용하면 이를 다른 사람이 인지할 수 있는 형태로 변환시킬 수 있다. 이 방식을 이용하여 커뮤니케이션을 하는 것이 '텔레파시'이다.
0. 목차
- 공상과학물에서의 텔레파시
- 생각 읽기
- 받아쓰기
- '뇌-기계 인터페이스' 연구
- MEG로 EEG 센서의 단점 보완하기
- 두뇌에 '나노탐침' 삽입하기
1. 공상과학물에서의 텔레파시
1-1. 소설 '슬랜'에서의 '텔레파시'
캐나다 태생의 SF 소설가 '앨프리드 엘튼 밴보트(Alfred Elton van Vogt, 1912~2000)'의 소설 중에는 '슬랜(Slan)'이라는 작품이 있다. 이 작품에는 '텔레파시(telepathy)'의 무한한 능력과 함께 그것이 얼마나 공포스러운 무기가 될 수 있는지를 잘 보여주고 있다. 이 소설의 주인공 '저미 크로스(Jommy Cross)'는 '슬랜(Slan)'이라 불리는 멸종해가는 초지성인의 일원으로, 텔레파시를 주고받는 능력을 가지고 있다.
그의 부모는 격노한 군중들의 손에 비참하게 죽었다. 사람들은 텔레파시를 발휘하는 초지성인들을 두려워한 나머지 그들에게 심한 반발심을 갖게 되었고, 결국에는 짐승을 사냥하듯이 닥치는 대로 슬랜족을 잡아죽이기 시작했다. 슬랜족은 머리 부위에 덩굴 같은 것이 자라기 때문에 외관만으로 쉽게 구별될 수 있었다. 일부 슬랜족은 자신을 멸종시키려는 인간들을 피해 외계로 달아날 계획을 세우고, 주인공 '저미 크로스'는 이들과 접촉을 시도핸다.
1-2. 소설 '파운데이션'에서의 '텔레파시'
'아이작 아시모프(Isaac Asimo, 1920~1992)'의 작품 '파운데이션(Foundation)'은 텔레파시를 소재로 한 장편 소설로서, 역대 최고의 공상과학 소설로 평가된다. 수천 년 동안 지속되어 왔던 은하제국이 멸망할 위기에 처했다. 과학자들로 구성된 비밀단체 '제2 파운데이션'은 복잡한 방정식을 풀던 끝에, 그들이 제국이 멸망하여 향후 3만 년 동안 암흑에 휩싸인다는 섬뜩한 사실을 알게 된다. 그래서 과학자들은 복잡한 방정식에 기초하여 제국의 암흑기를 수천 년으로 줄이는 정교한 계획을 세운다. 그러나 이 방정식은 중요한 하나의 사건을 놓치고 있었다. 멀리 있는 생명체의 마음을 읽고 제국의 운명을 좌지우지하게 될 돌연변이 '뮬(Mule)'의 탄생을 예견하지 못한 것이다. 돌연변이의 텔레파시 능력을 저지하지 못하면 은하제국은 3000년 동안 완전히 혼동상태에 빠지게 된다.
2. 생각 읽기
2-1. MRI로 피험자가 본 영상을 복원할 수 있다.
UC 버클리의 '잭 갤런트(Jack Gallant)' 박사는 다음과 같은 연구를 진행했다. 먼저 피험자를 최신형 MRI에 넣고 몇 시간 동안 수백 개의 짧은 동영상을 시청하게 하였다. 그리고 피험자들이 동영상을 보는 동안 MRI를 이용하여 두뇌의 혈류 흐름도를 3차원 영상으로 제작하였다. 갤런트 박사의 MRI는 성능이 좋아서 2~3천 개의 영역을 식별할 수 있는 '복셀(Voxel: 2차원적인 픽셀을 3차원의 형태로 구현한 것)'이라는 점으로 된 영상을 만들 수 있었다. 이 복셀은 신경 에너지가 발생한 위치를 나타내고 복셀의 색은 혈류의 강도를 의미한다. 예를 들어 붉은 점은 신경 활동이 활발하다는 뜻이고, 푸른 점은 그 반대이다.
갤런트 박사의 연구팀은 수년간의 연구 끝에 'MRI의 복셀'과 '피험자가 시청하는 영상의 관계'의 패턴을 찾는데 성공하였다. 그리고 이 둘의 관계를 나타내는 수학공식을 개발하였다. 이를 역으로 생각하면 MRI로 찍어보면 어떤 영상을 보고 있는지 혹은 어떤 생각을 하고 있는지도 알아낼 수 있다는 뜻이다. 갤런트 박사는 여러 명의 피험자에게 수많은 동영상을 보여주면서 이 공식을 꾸준히 보완해왔으며, 지금은 컴퓨터를 이용하여 모든 종류의 그림을 MRI 복셀로 변환할 수 있다. 다시 말해서 MRI 복셀의 특정 패턴과 다양한 영상 사이의 관계를 알아낸 것이다.
'사전(Dictionary)'이 어느 정도 완성된 후 피험자에게 새로운 동영상을 보여주면, 컴퓨터는 MRI가 찍은 영상을 근사적으로 복원할 수 있다. 컴퓨터는 수백 개의 동영상 클립 중에서 피험자가 봤던 것과 가장 비슷한 영상을 골라낸 후, 이로부터 본래 영상을 근사적으로 만들어내는 것이다. 센서와 컴퓨터가 유선으로 연결되었다는 점만 제외하면 '텔레파시'와 다를 것이 없다. 갤런트 박사가 개발한 수학공식은 용도가 매우 다양하며, MRI 복셀을 모아서 그림을 만들 수도 있고, 반대로 그림으로부터 MRI 복셀을 만들어낼 수도 있다.
2-2. MRI로 머릿속으로 상상하는 이미지도 복원할 수 있다.
이 프로그램은 피험자가 본 광경을 재현할 수 있을 뿐만 아니라, 눈을 감고 상념에 잠겼을 때, 머릿속에서 맴도는 이미지를 그림으로 나타낼 수 있다. 예컨대 '모나리자' 그림을 머릿속에 떠올렸다고 가정해 보자. 이런 상황에서 당신의 머리를 MRI로 찍어보면, 그림을 직접 보고 있지 않아도 시각 피질이 활성화되어 있다. 여기에 '잭 갤런트' 박사의 프로그램을 적용하면 컴퓨터는 이미 저장된 데이터에서 가장 비슷한 그림을 찾아낸다.
2-3. 현실과 MRI의 상호 관계 패턴을 '라이브러리'로 구축한다.
이 연구의 목적은 현실 세계에 존재하는 모든 물체와 두뇌의 MRI 영상 패턴을 빠르게 연결하는 '사전'을 작성하는 것이다. 그래서 '잭 갤런트' 박사는 현실 세계에 있는 모든 것들과 MRI의 영상의 상호 관계 패턴을 '라이브러리(Library)'로 구축하기를 원하고 있다. 세세한 부분까지 연결하려면 꽤 오랜 시간이 걸리것이다. 그리고 미래에 MRI의 성능이 더 좋아지면 라이브러리의 정확도도 더 올라갈 것이다. 머지않아 MRI는 휴대전화 크기로 줄어들 것이고, 뇌 밖으로 나온 전류 신호를 감지하는 EEG 스캐너보다 해상도가 훨씬 좋은 MRI가 상용화될 것이다.
그런데 우리가 머릿속에 떠올리는 영상이 과연 사진처럼 선명한 해상도를 갖고 있을까? 어떤 형상을 머릿속에 떠올릴 때 원본의 정보가 누락되어 있지는 않을까? 지금까지 알려진 바로는 그렇다. 뇌를 스캔해보면, 눈앞에 놓인 꽃을 직접 바라보는 사람의 MRI 사진과, 꽃을 상상하는 사람의 MRI 사진을 비교해 보면, 전자가 후자보다 훨씬 선명하다. 즉 인간의 기억은 '대략적인 근사치'에 불과하다. 그래서 MRI의 사진을 비교해 보면 상상한 것보다 직접 본 것이 훨씬 해상도가 선명하다는 한계는 있다.
2-4. 두개골을 절개하여 격자망을 삽입했다.
'브라이언 파슬리(Brian Pasly)' 박사팀은 EEG 스캔 대신 두개골을 거치지 않고 두뇌에서 직접 신호를 수신 받을 수 있는 ECOG 스캐너를 사용했다. 운 좋게도 '브라이언 파슬리' 박사의 연구팀은 보호자의 동의를 얻어 발작 증세를 보이는 간질병 환자들을 대상으로 ECOG 스캔을 할 수 있었다. 그리고 이를 위해 두개골의 일부를 절개하여 64개의 전극이 설치된 8×8 격자망을 삽입하였다.
연구팀은 두뇌에 전극을 삽입한 뒤에 특정 단어를 들려주었고, 두뇌에서 전극을 통해 들어오는 신호를 컴퓨터를 통해 받아낼 수 있었다. 그리고 연구팀은 두뇌에서 나오는 신호와 단어의 관계 패턴을 분석하여 '생각 단어사전'을 만들었다. 이후 피험자가 특정 단어를 언급했을 때 '생각 단어사전'에 기록되어 있는 두뇌 신호와 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 예컨대 사전이 완성된 후, 환자가 'Elon Musk'이라는 단어를 언급했을 때 나타나는 두뇌 신호의 패턴을 분석해 보면, 이미 사전에 등록된 'school'의 신호 패턴과 일치한다. 또는 환자가 특정 단어를 말하지 않고 머릿속에 떠올리기만 해도 ECOG와 컴퓨터는 그 단어를 알아낼 수 있다. 이 기술을 이용하면 텔레파시와 다름없는 방식으로 대화를 나눌 수 있다. 이 방법을 이용하면 뇌졸중으로 전신이 마비된 환자들도 각 단어의 두뇌 신호 패턴을 인식하는 음성분석기만 있으면 정상적인 대화를 나누는 것이 가능해진다.
이 기술을 이용하면 텔레파시와 다름없는 방식으로 대화를 나눌 수 있다. 이 방법을 이용하면 뇌졸중으로 전신이 마비된 환자들도 각 단어의 두뇌 신호 패턴을 인식하는 음성분석기만 있으면 정상적인 대화를 나누는 것이 가능해진다. 그리고 기술이 더 발전해 더 많은 전극을 삽입할 수 있다면, 신호의 해상도가 높아질 것이기 때문에 정확도도 높아질 것이다. 그런데 최근에 '일론 머스크(Elon Musk)'가 이끄는 '뉴럴링크(Neuralink)'에서 전극의 크기를 머리카락 단면의 10분의 1 굵기로 줄여 꽂을 수 있는 전극의 개수를 최대 10000개까지 늘리는데 성공하였다.
2-5. 생각만으로 글자 입력하기
미국 미네소타주에 있는 '메이요 클리닉(Mayo Clinic)'의 '제리 시(Jerry Shih)' 박사팀도 간질병 환자의 머리에 ECOG 센서를 부착하여 '마음으로 파이프를 치는 실험'을 진행하였는데, 원리는 다음과 같다. 먼저 사용하여 특정 단어를 보여주어 머릿속에서 발생한 신호를 컴퓨터에 저장해 ‘알파벳 사전’을 만들었다. 그리고 여기에 워드 프로그램을 연결하면, 오직 생각만으로 문서를 작성할 수 있다. 글자 입력의 정확도도 거의 100%까지 끌어올리는데 성공하였다.
제리 시 박사의 다음 목표는 글자 입력을 넘어 그림까지 입력하는 것이라고 한다. 이러한 방법으로 연구가 계속된다면 텔레파시로 문장을 통째로 입력하는 것도 가능해질 것이다. 그뿐만 아니라 음악가의 악상까지 기록하는 것도 가능해질 것으로 보고 있다. 더 나아가 이 기술이 실시간 번역기와 결합한다면 다른 언어를 가진 외국인과의 '텔레파시'도 충분히 가능해질 것 같다.
하지만 ECOG 문자 입력기는 환자의 두개골을 절개해야 한다는 점이 커다란 단점으로 남아있다. 이런 점에서 보면, EEG를 이용한 문자 입력기가 더 실용적이다. 물론 ECOG 문자 입력기보다 정확도는 떨어지겠지만, 장치가 단순해서 의사 처방 없이도 어디서나 판매할 수 있다. 오스트리아에 있는 '구거 테크놀로지(Guger Technologies)'의 연구자들은 무역 박람회에서 EEG 문자 입력기를 선보였는데, 사용법을 익히는데 10분이면 충분하고, 1분당 5~10자를 입력할 수 있다고 한다.
3. 텔레파시 받아쓰기
그다음 단계는 모든 대화 내용을 한꺼번에 전송하는 것이다. 낱개로 보내는 것보다 묶어서 보내는 편이 훨씬 빠르다. 문제는 수천 개의 단어를 EEG나 MRI나 ECOG의 신호 사전과 일일이 대조해야 한다는 점인데, 이것은 단어를 집합적으로 인식하면 해결할 수 있다. 예컨대 수백 개의 단어로 이루어진 두뇌 신호를 한 번에 인식한다면, 일상적인 대화를 빠르게 전송할 수 있다. 한 문장이나 단락 단위로 단어를 상상하면, 컴퓨터가 그 문장을 출력하는 식이다.
이 기술은 기자, 작가, 시인, 예술가들에게도 유용할 것이다. 가만히 앉아서 생각만 하면 컴퓨터가 알아서 받아쓴다. 컴퓨터가 '정신적 비서'의 역할을 하는 셈이다. 당신이 저녁 메뉴, 여행 일정, 휴가 계획 등을 생각만 하면, 그 내용이 로봇 비서에게 전달되고, 자잘한 일은 비서가 알아서 처리해 줄 것이다.
앞으로는 문장뿐만 아니라 음악까지 텔레파시 받아쓰기를 통해 기록되지도 모른다. 작곡가가 머릿속으로 간단한 멜로디를 흥얼거리면, 컴퓨터가 그것을 완벽한 악보 형태로 출력하는 식이다. 이런 시스템을 구현하려면 우선 피험자에게 다양한 멜로디를 떠올리게 한 후, 두뇌에서 발생한 전기신호를 토대로 '악보 사전'을 만들어야 한다. 그 후에 임의의 악상을 떠올리면 컴퓨터가 알아서 악보로 출력해 줄 것이다.
4. '뇌-기계 인터페이스' 연구
지금 전 세계의 뇌과학자들은 '뇌-기계 인터페이스(BMI: Brain-Machine Interface)' 연구에 박차를 가하고 있다. 2011년에는 유타대학교 연구진도 16개의 전극으로 이루어진 격자망을 '안면운동피질(facial motor cortex)'과 언어정보를 처리하는 '베르니케 영역(Wernicke's area)'에 삽입하여 '브라이언 파슬리' 박사팀과 비슷한 성과를 올렸다.
이들의 연구는 다음과 같은 식으로 진행된다. 우선 환자에게 'yes', 'no', 'hot', 'cold', 'hungry', 'thirsty', 'hello', 'good-bye', 'more', 'less' 등 일상적인 단어를 말하도록 유도한 후, 각 단어를 발음할 때 생성된 두뇌 신호를 컴퓨터에 저장한다. 이것을 데이터로 삼아 단어와 컴퓨터 신호를 연결하는 '대략적인 사전'을 작성한 후, 환자가 특정 단어를 발음할 때 발생하는 신호를 사전에서 찾아낸다. 당시 유타대학교 연구팀의 정확도는 76~90%정도였다. 앞으로 더 많은 전극을 격자망에 설치하면, 신호의 해상도를 높일 수 있을 것이다.
5. MEG로 EEG센서의 단점 보완하기
텔레파시가 사용화되려면 외과수술이 필요 없고, 휴대 가능하면서도, 정확해야 한다. 이에 뉴욕대학교의 '데이비드 포펠(David Poeppel, 1964~)' 박사는 두개골을 절개하는 ECOG 대신 뇌 안의 전기현상에 의해 생기는 미세 자기장에 주목하였다. 그는 미세 자기장을 측정하는 MEG를 사용하여 '텔레파시 헬멧'을 개발 중이다. MEG는 뇌 안의 전기현상에 의해 생기는 미세 자기장을 머리 밖에서 측정하는 뇌기능 진단법이다. MEG는 최대 1밀리 세컨드의 시간 해상도로 변화를 측정할 수도 있다. 그래서 코펠 박사는 MEG를 통해 EEG 센서의 단점을 보완하는 것에 목표를 두고 있다. 하지만 MEG는 현재 크기가 너무 크고 정확도가 낮기 때문에 상용화 시점까진 시간이 더 걸릴 것으로 생각된다.
6. 두뇌에 '나노 탐침' 삽입하기
ECOG는 센서를 부착해야 하는 번거로움이 있지만 이를 해결할 수 있는 방법이 있다. 바로 나노 기술을 이용하여 나노 탐침으로 이루어진 망을 두뇌의 특정 행위를 관장하는 부위에 삽입하는 것이다. 나노 탐침은 전기가 잘 통하는 '탄소나노튜브(CNT: Carbon nanotube)'로 만들면 된다. 나노 탐침은 ECOG처럼 두개골을 절개할 필요도 없고, 겉모습만 봐서는 알 수 없는 미세수술만을 통해 두뇌에 삽입할 수 있다.
예를 들어, 나노 탐침을 좌 측두엽에 삽입하면 언어와 관련된 정보를 얻을 수 있고, 시상과 시각피질에 삽입하면 시각과 관련된 정보를 얻을 수 있을 것이며, 편도체와 대뇌번연계에 삽입하면 감정 상태를 분석할 수 있을 것이다. 이렇게 나노 탐침에서 얻은 정보는 무선으로 컴퓨터로 전송되고 인터넷으로도 전송이 가능할 것이다. 결국 우리의 뇌는 기계 뇌로 모두 교체되지 않더라도, 이러한 방식으로 충분히 '클라우드(cloud)'에 연결될 수 있는 것이다.
7. 프라이버시 문제
7-1. 원거리 독심술은 가능한가?
타인의 생각을 읽는다고 하면, 많은 사람들은 프라이버시 문제를 떠올릴 것이다. 기계가 허랃고 없이 내 생각을 읽는다고 생각하면 마음이 별로 편치 않다. 몰래카메라는 행동을 엿보는 게 전부였지만, 생각마저 엿보는 것은 사생활을 침해하는 정도가 훨씬 심각하다. 인간은 미래를 시뮬레이션하는데, 정화학 결과를 얻어야 하므로 어쩔 수 없이 비도덕적이나 불법적인 영역으로 들어가야 한다.
그런데 불편한 헬멧이나 외과수술 없이 휴대 가능한 기계장치만으로 멀리 떨어져 있는 사람의 마음을 쉽게 읽을 수도 있지 않을까? 그러나 물리 법칙은 여기에 별로 협조적이지 않다. 라디오파 신호가 두뇌 밖으로 나오면 강도가 빠르게 감소하여, 몇 m만 떨어져 있어도 무슨 내용인지 도저히 판독할 수가 없기 때문이다. 자기장은 거리의 세제곱 또는 네제곱에 반비례하기 때문에 MRI와의 거리가 두 배로 멀어지면 자기장의 세기는 1/8 또는 1/16로 감소한다. 게다가 두뇌 신호가 밖으로 나오면 주변의 다른 신호와 섞이면서 한층 더 희미해진다. 과학자들이 뇌파와 관련한 실험을 할 때, 실험실을 외부와 차단하는 것은 이런 이유 때문이다. 그러나 실험실을 제아무리 완벽하게 차단해도, 임의의 시간에 두뇌에서 발생한 신호로부터 알 수 있는 것은 몇 개의 알파벳이나 단어, 또는 불완전한 영상뿐이다. '마음을 읽는 기계'가 사용화되려면 수십 년은 족히 기다려야 할 것이다.
7-2. 원거리 독심술 기계에 대한 대응
앞으로 미래에 '원거리 독심술 기계'를 개발한다고 해도 프라이버시를 보호할 방법은 있다 '패러데이 상자(Faraday Cage)'같은 차폐장치를 머리에 두르면 당신의 가장 은밀한 생각이 다른 사람의 손에 들어가는 불상사를 방지할 수 있다. 이것은 1836년에 영국의 물리학자 '마이클 패러데이(Michael Faraday)'가 발명한 장치로서, 그 성능은 '벤저민 프랭클린(Benjamin Franklin)'이 처음으로 확인하였다. 전기는 금속 상자 안에서 빠르게 퍼지기 때문에, 상자 내부의 전기장은 순식간에 0으로 감소한다.