OpenWater: 혁신적인 오픈 소스 웨어러블 MRI 및 BCI 장치

2018년에 OpenWater 에 관한 Mary Lou Jepsen의 TED 강연을 처음 봤을 때 저는 즉시 이 기술과 사랑에 빠졌습니다. 발표를 듣다보니 ' 마이너리티 리포트 '의 한 장면이 떠올랐는데, 그곳에서 두 사람이 기술에 대해 간략하게 이야기를 나눴습니다. 이 장면에서 프리코그는 욕조에 누워 미래에 대한 비전을 꿈꾸며, 빛을 사용해 뇌에서 미래의 비전을 읽습니다. 정말 터무니없다고 생각했어요. 빛은 뇌 조직을 통과할 수 없습니다. 생각을 읽는 데 어떻게 사용될 수 있습니까? 글쎄요, Jepsen의 강연은 빛이 실제로 뇌 조직뿐만 아니라 두개골까지 통과할 수 있다는 것을 밝혔습니다. 문제는 너무 많이 흩어져서 전혀 사용할 수 없게 된다는 것입니다. OpenWater의 뛰어난 기술이 탄생하는 곳입니다…

Jepsen과 그녀의 팀은 적절하게 구조화된 빛을 사용하여 살아있는 조직을 통해 빛의 초점을 맞추는 솔루션을 찾았습니다. 본질적으로 그들은 렌즈 시스템이 살과 뼈로 만들어진 현미경을 만들었습니다. 이상하게 들리네요. 그러나 그것이 바로 그것이다. 그들은 살아있는 조직 자체를 시스템의 일부로 다루면서 인체를 들여다볼 수 있습니다. Jepsen은 TED 강연에서 이를 아름답게 보여줍니다. 레이저 경로에 조직 조각을 배치하면 산란된 빛 대신 벽에 초점이 맞춰진 점이 나타납니다. 이것이 어떻게 가능한지 이해하기 위해 Jepsen의 특허를 살펴보겠습니다.

다이어그램의 왼쪽에는 레이저 방출기(105/103)와 특수 디스플레이(113)로 구성된 "홀로그램 프로젝터"(110)가 있습니다. 이 디스플레이는 이를 통과하는 광선의 위상을 적절하게 조정합니다. 그런데 왜 "홀로그램 프로젝터"라고 불리는 걸까요?

홀로그램 기술 의 핵심은 사진판에 광선의 강도를 포착하는 대신 위상을 기록한다는 것입니다. 이 과정에서 색상 정보가 손실되는 반면, 기록에 사용된 것과 동일한 레이저로 조명을 비추면 광선이 실제 물체에서 나오는 것과 동일한 위상으로 나타납니다. 이것이 바로 우리가 홀로그램을 3차원으로 인식하는 이유입니다. Jepsen의 특허에서 디스플레이는 홀로그램의 사진 판과 동일한 역할을 하지만 사진 판은 정적이지만 이 디스플레이는 동적입니다. 기존 홀로그램과 달리 이러한 홀로그램은 인간의 눈으로 이해할 수 없습니다. 그러나 인간의 조직을 통해 빛을 집중시킬 수 있는 가능성을 제공합니다. 선명하고 초점이 맞춰진 사진을 얻기 위해 흐릿한 이미지 앞에 렌즈를 놓는 것과 비슷합니다. 단, 여기서 렌즈는 인간의 살과 뼈로 만들어졌습니다.

다이어그램의 오른쪽에는 '홀로그램'을 촬영한다는 점에서 기존 카메라와 다른 '홀로그램 카메라'(160)가 표시되어 있습니다. 이는 프로젝터와 마찬가지로 빛의 강도 대신 빛의 위상을 기록한다는 의미입니다. 시스템의 작동은 기준 레이저를 사용하여 사진 판에 기존 홀로그램을 기록하는 방법과 매우 유사하지만 여기서는 사진 판 대신 이미지 픽셀 어레이(170)가 있습니다. 이 설정을 통해 카메라는 빛의 미묘한 위상 정보를 캡처할 수 있습니다.

"확산 매체"(130)로 표시된 중앙에는 우리가 관찰하려는 인체 조직이 있습니다. 이것은 홀로그램이 투사되는 매체이며, 관찰된 영역의 조직이 빛의 초점을 맞출 때까지 보정됩니다. 조직에서 나오는 빛은 카메라에 포착되어 필요한 정보를 추출할 수 있습니다. 간단히 말해서 Jepsen의 현미경(살과 뼈로 제작됨)이 작동하는 방식은 다음과 같습니다. 시스템에 대한 더 깊은 이해에 관심이 있는 분들은 특허 를 읽어 보시기를 권합니다. (2019년에 이 주제에 대한 더 자세한 기사 도 있었습니다.)

이 독창적인 장치를 사용하면 MRI보다 뛰어난 해상도로 인체의 이미지를 만들 수 있으며, 거대한 자석과 값비싼 장비가 필요하지 않습니다. Jepsen의 도구는 저렴하고 모든 사람이 접근할 수 있으며 휴대폰 크기의 상자에 들어가거나 하루 종일 의류에 통합될 수도 있습니다. 그런데 왜 누군가는 MRI와 같은 장치를 하루 종일 착용하고 싶어할까요?

암의 진짜 치료법이 무엇인지 아시나요? 아니요, 특별한 약이 아니라 조기발견이 가능한 약입니다. 암은 하나의 배신자 세포로서 악의적인 삶을 시작합니다. 조용히 자라며 오랫동안 무해합니다. 문제는 이 바이러스가 눈에 띄지 않게 인체 전체에 은밀하게 퍼지며, 발견되었을 때는 너무 늦는 경우가 많다는 것입니다. 모든 사람이 매일 MRI로 자신을 스캔할 수 있다면 암이 해를 끼치기 전에 제때에 암을 발견할 수 있어 누구도 암으로 사망할 필요가 없습니다. 그러나 이는 암에만 해당되는 것이 아닙니다. 많은 심각한 질병은 조기에 발견하면 쉽게 치료할 수 있습니다. 주요 사망 원인을 고려할 때 이와 같은 시스템은 거의 모든 사람에게 더 길고 더 나은 삶의 질을 제공할 수 있습니다. 따라서 OpenWater의 개발은 단순한 도구가 아니라 Jepsen과 그녀의 팀이 "실리콘 병원"이라고 부르는 의료의 완전한 개혁입니다.

OpenWater가 의료 분야에서 제공하는 기능은 매우 흥미롭지만 이 기술에 대한 나의 열정은 다른 곳에 있습니다. 내 기사를 정기적으로 읽는 사람들은 내가 BCI(Brain-Computer Interfaces)의 열렬한 팬이라는 것을 알고 있습니다. 저는 인터넷과 모바일 통신(아마도 VR 혁명)에 이은 다음 주요 기술 혁명은 BCI 혁명이 될 것이라고 믿습니다. OpenWater는 이를 위해 매우 유망한 솔루션을 제시합니다. 그 장치는 비침습적 방식으로 뇌의 뉴런 수준 관찰을 허용하기 때문입니다(예를 들어 Neuralink와 달리 수술이 필요하지 않음). 현재 fMRI 데이터를 기반으로 꿈 , 시각적 이미지 또는 인간의 음성을 재구성하는 실험이 진행 중입니다. 이 실험은 매우 유망하지만 환자가 큰 튜브(fMRI 기계) 안에 누워 있어야 합니다. Jepsen의 기술은 이것을 간단한 캡으로 대체할 것입니다. 우리가 자는 동안 꿈을 기록할 수 있는 넷캡을 상상해 보세요.

또 다른 매우 흥미로운 가능성은 뇌 대신 척수에 초점을 맞추는 것입니다. 생각해 보십시오. 우리 뇌에서 몸 전체에 이르는 모든 정보는 직경 약 4제곱센티미터(척수)의 "전선 묶음"을 통과합니다. 뇌는 이를 통해 우리의 팔다리, 장기, 몸 전체를 제어합니다. 이 정보를 해석할 수 있다면 마비된 사람들의 보행 능력을 회복하거나 그들이 완전한 삶을 살 수 있는 가상 현실을 구축할 수 있을 것입니다. 이는 뇌 전체보다 작은 영역이기 때문에 이를 관찰하는 것이 뇌 전체를 관찰하는 것보다 훨씬 간단할 수 있으며 가능성은 매우 매력적입니다.

더욱 흥미로운 점은 집중된 빛을 통해 인체를 들여다볼 수 있을 뿐만 아니라 인체 내부의 변화도 유도할 수 있다는 점입니다. 예를 들어, 우리 몸에 이미 암이 발생했다면 빛을 이용해 암세포를 파괴하거나 암세포만을 표적으로 삼는 빛 활성화 독소를 전달할 수 있습니다. 마찬가지로 우리는 빛으로 뉴런을 활성화할 수 있어 생각을 읽는 것뿐만 아니라 이미지를 뇌에 직접 투영하는 것도 가능합니다. 공상 과학 소설처럼 들리지 않나요?

2008년에 DARPA는 차세대 비수술 신경기술(N3) 프로그램을 시작했습니다. 이 프로그램에서 지원되는 프로젝트 중 하나는 시각적 텔레파시 달성을 목표로 하는 라이스대학교 MOANA 프로젝트 입니다. 이 프로젝트는 DARPA로부터 1,800만 달러의 자금을 지원 받았습니다. OpenWater의 접근 방식과 유사한 이 솔루션은 빛을 사용하여 뇌의 상태를 읽고 자기장을 사용하여 뉴런을 활성화합니다. 그러나 여기에는 벡터 바이러스와 유전 공학을 사용하여 뇌 세포가 자기장에 의해 활성화될 수 있도록 수정하는 것이 포함됩니다. 이 후자 부분은 그다지 매력적으로 들리지 않을 수도 있지만 아마도 그럴 필요는 없을 것입니다. OpenWater의 기술을 사용하면 빛만으로도 뉴런에 쓰고 읽는 데 충분할 수 있습니다.

성공적인 기술이 무엇이든, 많은 사람들이 BCI(Brain-Computer Interface) 기술을 매우 진지하게 받아들이고 개발에 수백만 달러를 투자하고 있다는 것은 분명합니다. 이러한 기술은 잠재적으로 실명을 치료할 수 있고, 보철물을 뇌와 직접 통합할 수 있으며, 심지어 완전히 몰입되는 가상 현실 경험을 가능하게 할 수도 있기 때문에 이는 놀라운 일이 아닙니다. 아마도 현재 연구자들이 더 나은 VR 헤드셋(예: 고해상도 소형 디스플레이, 전용 프로세서 등)을 위해 개발하고 있는 바로 그 기술이 미래에는 레이저를 사용하여 우리 뇌에 직접 이미지를 투사하는 데 사용될 수 있을 것입니다. 이러한 첨단 영상 기술과 신경 기술의 결합은 의료뿐만 아니라 기술 자체와 상호 작용하는 방식에도 혁명을 일으킬 수 있습니다.

누군가가 그러한 중요한 기술을 보유하고 있다면 그 세부 사항을 철저히 보호되는 비밀로 보호하여 상당한 금액의 돈이 있어야만 액세스할 수 있다고 생각할 수도 있습니다. 그러나 OpenWater는 다른 길을 선택했습니다. 2024년 1월에 하드웨어 청사진, 소스 코드, 특허, 측정 데이터 등을 포함하여 기술을 오픈 소스로 만들겠다고 발표했습니다. 무엇이 더 혁신적인지 판단하기는 어렵습니다. 즉 기술 자체입니다. 또는 그 뒤에 숨은 철학과 비즈니스 모델. 이러한 접근 방식은 다른 사람들이 기술을 구축하고 개선할 수 있도록 하여 혁신을 가속화할 뿐만 아니라 액세스를 민주화하여 잠재적으로 의료 및 컴퓨팅뿐만 아니라 다양한 분야에 광범위한 응용 프로그램을 적용할 수 있습니다.

연구원, 개발자, BCI 전문가 또는 단순히 기술에 관심이 있는 사람이라면 GitHub 및 회사 웹사이트 의 모든 내용에 액세스할 수 있습니다. 저는 OpenWater와 조금이라도 관련이 있는 분야의 모든 사람이 자료를 검토하고 기술 개발에 기여할 것을 권장합니다. 이는 인류 전체에 변화를 가져올 수 있는 진정한 돌파구입니다.

나는 2024년이 이제 막 시작되었다는 것을 알고 있지만 OpenWater의 약속이 유효하다면 Jepsen이 쇼를 훔쳤다고 감히 말하고 싶습니다. OpenWater를 오픈소스로 만드는 것은 2024년의 가장 중요한 기술 발표일 수 있습니다.