네이처 일렉트로닉스에 발표된 획기적 성과
중국 연구진이 뇌의 자연스러운 움직임에 맞춰 역동적으로 적응하는 신축성 미세전극을 개발했다. 침습형 뇌-컴퓨터 인터페이스의 임상 적용을 오랫동안 가로막아 온 핵심 기술 장벽을 해결한 것이다. 중국뇌과학연구원 베이징의 팡잉이 이끈 연구 결과는 2026년 2월 6일 학술지 네이처 일렉트로닉스에 게재됐다. 이번 혁신은 신경기술의 근본적인 난제를 다룬다. 기존의 유연 전극은 휘어질 수는 있지만 늘어나지는 않는다. 이 때문에 심장 박동에 따라 뇌가 맥동하거나 두개골 안에서 위치를 바꿀 때 전극이 신경 조직에서 밀려나는 문제가 생긴다. 새 전극 구조는 나선형 설계로 늘어나는 힘을 조직에 해가 없는 굽힘 움직임으로 바꿔, 기기가 뇌의 움직임을 거스르지 않고 함께 움직이도록 한다. 나선 구조의 전극은 용수철처럼 늘어나고 압축돼 뇌의 규칙적인 움직임을 수용하면서도 섬세한 신경 조직에 손상을 일으키는 전단력을 전달하지 않는다.
팡 연구팀은 약 4년 전 비인간 영장류 실험을 하던 중 이 문제를 처음 발견했다. 팡은 단독 인터뷰에서 뇌의 움직임 때문에 유연 전극이 밀려날 실질적인 위험이 있다는 점을 확인했다고 밝혔다. 이에 연구팀은 주변 조직에 손상을 주는 힘을 가하지 않고도 늘어나는 전극을 구현할 새로운 구조적 접근법을 모색했다.
유연성만으로는 부족한 이유
전극이 밀려나는 문제는 2024년 일론 머스크의 뉴럴링크가 첫 번째 임상시험 참가자의 뇌에 이식한 유연 전극 1,024개 중 약 85%가 몇 주 만에 이탈했다고 보고하면서 국제적인 주목을 받았다. 뇌는 정지된 기관이 아니다. 심장 박동 주기마다 약 100마이크로미터 움직이며, 호흡이나 머리 움직임에 따라서도 위치가 달라진다. 기존의 직선형 전극은 휘어질 수는 있지만 이처럼 끊임없이 이어지는 움직임을 수용할 만큼 유연하지 않다. 전극의 한쪽 끝이 두개골에 고정되고 다른 쪽 끝이 뇌 조직에 고정되면, 두 부위 사이의 상대적인 움직임이 장력을 만든다. 기존 설계는 이 장력에 따라 조직에서 멀어지는 방향으로 당겨져 신호 손실과 염증 반응을 유발하고, 이식 부위 주변에 흉터 조직을 형성한다. 이러한 기계적 불일치는 침습형 BCI의 장기적인 안정성을 저해하는 가장 끈질긴 장벽 가운데 하나였다. 신경교 흉터로 알려진 흉터 조직은 전극과 주변 뉴런을 분리해 신호 품질을 점차 떨어뜨리고, 결국 기기를 사실상 쓸 수 없게 만든다.
나선형 구조
해법은 전극의 기하 구조를 근본적으로 다시 설계하는 데 있다. 연구팀은 곧거나 단순히 휘어진 전선 대신 초박형 나선 구조로 전극을 만들었다. 핵심 혁신은 기기가 기계적 응력을 다루는 방식에 있다. 뇌가 움직이면 나선 구조는 인장력을 에너지가 적게 드는 좌굴 변형으로 바꾼다. 즉, 조직에서 당겨져 빠져나가는 대신 휘고 감긴다. 이 구조 덕분에 움직임을 수용하는 데 필요한 힘이 크게 줄어든다. 팡에 따르면 기존의 직선형 전극을 100마이크로미터 늘리는 데는 약 4밀리뉴턴의 힘이 필요하다. 새 신축성 전극은 37마이크로뉴턴만 필요해, 필요한 힘이 약 100분의 1로 줄었다. 기계적 응력이 줄어들면 이식 부위의 조직 손상과 면역 반응도 직접적으로 감소한다.
전극은 초박형 유연 필름으로 제작되며, 높은 처리량의 신경 신호 수집 능력과 생체역학적 유연성을 결합했다. 연구팀은 마카크원숭이에게 1,024채널 고밀도 배열을 시험해 대규모 신호 수집과 장기 안정성을 모두 입증했다. 이 규모는 상용 시스템의 핵심 사양에 맞먹으면서도 살아 있는 조직과의 기계적 통합은 더 뛰어나다.
실험실에서 환자에게
이번 전극 개발은 중국의 침습형 BCI 연구가 전반적으로 빠르게 진전되는 가운데 나왔다. 2025년 3월 중국과학원 뇌과학·지능기술 우수혁신센터는 푸단대학교 부속 화산병원과 협력해 중국 최초의 침습형 BCI 시스템 인체 임상시험을 시작했다. 이로써 중국은 미국에 이어 침습형 뇌-컴퓨터 인터페이스를 임상 단계까지 진전시킨 두 번째 국가가 됐다. 수술팀은 고정밀 내비게이션 시스템을 활용해 운동피질에 밀리미터 단위의 정확도로 전극을 배치해 수술 중 손상을 최소화했다.
첫 번째 참가자는 13년 전 고압 전기 사고로 사지를 모두 잃은 남성으로, 2025년 3월 25일 전극을 이식받았다. 2~3주간 훈련한 뒤에는 생각만으로 전자기기를 제어해 레이싱 게임과 체스 프로그램을 능숙하게 조작할 수 있었다. 2022년 중증 척수 손상을 입은 장 씨로 알려진 두 번째 환자는 더 주목할 만한 기능을 익혔다. 2025년 6월 WRS01 무선 이식 장치를 받은 뒤 스마트 휠체어와 로봇 개를 제어하고, 자판기 제품을 확인하는 원격 유급 업무도 할 수 있게 됐다. 그는 신경 신호만으로 유급 취업에 성공한 것으로 알려진 최초의 BCI 임상시험 참가자가 됐다.
사고가 난 지 3년이 넘었는데, 이제야 다시 일을 할 수 있게 됐습니다.
환자는 생각으로 컴퓨터 커서를 움직이는 인턴 분류 담당자로서 자신의 업무를 설명했다. 시스템은 신경 신호를 처리하고 움직이려는 의도를 해석해 수십 밀리초 안에 제어 명령을 생성한다. 눈을 깜빡이는 것보다 빠른 속도다.
확장되는 중국 BCI 생태계
학계 연구를 넘어 상용화 움직임도 빠르게 진행되고 있다. 팡잉이 공동 창업한 즈란메디컬은 최근 A라운드에서 3억 위안이 넘는 자금을 유치해 침습형 BCI 기술의 임상 전환을 추진하고 있다. 이 회사는 최대 1,024채널을 지원하는 완전 이식형 무선 시스템을 개발했다. 동전 크기의 프로세서를 적용해 이전 설계보다 전력 소비를 75% 줄였다. 회사는 베이징에 신축성 전극을 대량 생산할 수 있는 의료기기 기준 제조 시설도 갖췄다.
다른 기업들도 상호 보완적인 접근법으로 시장에 진입하고 있다. 스테어메드 테크놀로지는 사람 머리카락 굵기의 100분의 1에 불과한 초유연 전극을 개발해 뇌세포가 전극의 존재를 거의 느끼지 못하게 했다. 이 회사는 30~40명이 참여하는 다기관 임상시험을 계획하고 있으며, 2028년 시장 승인을 목표로 한다. 한편 상하이 브레인 타이거 테크놀로지는 256채널 유연 전극 배열을 선보였으며, 정보 전송률은 뉴럴링크가 공개한 데이터와 비슷한 수준이다.
이러한 상업 활동은 국가 정책의 뒷받침을 받고 있다. 중국은 제15차 5개년 계획에 BCI 개발을 포함했다. 2025년 3월 국가의료보장국은 침습형 BCI 이식과 제거에 대한 구체적인 의료비 항목을 마련해 임상 진료비 청구와 보험 적용을 위한 제도적 기반을 구축했다.
글로벌 기술 경쟁
이번 개발로 중국은 생각으로 제어하는 기기의 상용화를 둘러싸고 특히 뉴럴링크 등 미국 기업과 직접 경쟁하게 됐다. 미국이 칩 통합과 시스템 제품에서 우위를 유지하는 가운데, 중국은 유연 전극 소재와 최소침습 수술 기법에서 뚜렷한 강점을 확보했다. 중국 전극의 단면적은 뉴럴링크 기기의 5분의 1에서 7분의 1 수준이며, 유연성은 경쟁 제품보다 100배 이상 뛰어나다.
기술적 접근법에는 상당한 차이가 있다. 뉴럴링크의 완전 침습형 시스템은 두개골 일부를 제거하고 단단하거나 반경성인 전극 배열을 이식해야 해 수술 위험이 더 크다. 중국 연구팀은 작은 두개골 절개와 초유연 탐침을 활용하는 최소침습 기법을 강조해 왔다. 화산병원 신경외과 의사 루쥔펑은 스포츠에 비유해 BCI 접근법의 차이를 설명했다. 비침습형 기기는 경기장 밖에 설치한 마이크처럼 관중의 소음만 포착한다. 반침습형 기기는 경기장 위에 매달려 더 선명한 소리를 담는다. 침습형 기기는 선수에게 직접 붙어 모든 말을 또렷하게 듣는다.
중국 시스템은 통신 인프라에서 중국이 가진 강점도 활용한다. WRS01 시스템은 최적화된 무선 통신 프로토콜을 이용해 종단 간 지연 시간을 100밀리초 미만으로 줄여, 사용자가 자연스럽고 즉각적으로 느끼는 제어를 구현한다.
남아 있는 기술적 과제
이러한 진전에도 침습형 BCI가 일상적인 의료 치료로 자리 잡기까지는 상당한 과제가 남아 있다. 장기 생체 적합성은 여전히 핵심 우려 사항이다. 단기 시험에서 면역 반응이 거의 나타나지 않더라도, 수년 또는 수십 년에 걸쳐 뇌가 이물질에 어떻게 반응하는지는 계속 관찰해야 한다. 기기를 업그레이드하는 문제도 해결해야 한다. 외부 전자기기와 달리 이식형 시스템은 추가 수술 없이 쉽게 교체할 수 없다.
기술 발전에 따라 윤리와 보안 문제도 제기된다. 침습형 BCI는 뇌로 직접 연결되는 통로를 만들어 신경 데이터의 사생활 보호와 무단 접근 차단에 대한 우려를 낳는다. 의료윤리 전문가들은 신원 인증, 정보 암호화, 뇌 데이터 오용 방지에 관한 엄격한 기준이 필요하다고 강조한다. 또한 환자는 자신의 생각을 해석하는 기계에 적응해야 하므로 신중한 심리 평가도 필요하다.
핵심 내용
- 중국 연구진이 네이처 일렉트로닉스에 신축성 전극 설계를 발표해 뉴럴링크 첫 인체 임상시험 전극의 85%가 실패하게 만든 이탈 문제를 해결했다
- 나선형 전극은 기존 설계의 100분의 1에 해당하는 힘만으로 늘어나 조직 손상과 면역 반응을 줄인다
- 중국은 2025년 3월 첫 침습형 BCI 임상시험을 시작해 미국에 이어 이 단계에 도달한 두 번째 국가가 됐다
- 환자들은 생각으로 컴퓨터와 휠체어, 로봇 개를 제어했으며, 참가자 한 명은 원격 유급 업무에 복귀했다
- 즈란메디컬과 스테어메드를 비롯한 여러 중국 기업이 2028년 상용 승인을 목표로 개발을 진행하고 있다
- 이 기술은 중국의 차기 제15차 5개년 계획에 포함됐으며 BCI 시술에 대한 구체적인 의료비 항목도 마련됐다
