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[지렁이, 노벨물리학상, BCI] 과학자들은 진동하는 살아있는 지렁이와 관련된 실험 작업으로 관찰을 통해 인간의 뇌와 컴퓨터를 연결하는 새롭고 안전한 접근 방식의 잠재력을 발견했다. 스마트폰을 사용하여 진동을 생성할 수 있다. 과학자들은 이러한 진동으로 인한 패러데이 파동이 솔리톤 신경자극과 상호작용하여 사고를 제어하는 데 사용될 수 있다고 믿는다.

JM Kim | 기사입력 2020/10/23 [07:32]

[지렁이, 노벨물리학상, BCI] 과학자들은 진동하는 살아있는 지렁이와 관련된 실험 작업으로 관찰을 통해 인간의 뇌와 컴퓨터를 연결하는 새롭고 안전한 접근 방식의 잠재력을 발견했다. 스마트폰을 사용하여 진동을 생성할 수 있다. 과학자들은 이러한 진동으로 인한 패러데이 파동이 솔리톤 신경자극과 상호작용하여 사고를 제어하는 데 사용될 수 있다고 믿는다.

JM Kim | 입력 : 2020/10/23 [07:32]

올해, 나의 동료 안드레이 포토츠키(Andrey Pototsky)와 나는 진동하는 살아있는 지렁이와 관련된 우리의 실험 작업으로 Ig 노벨 물리학상을 받았다. Ig 노벨상은 생각을 자극할 뿐만 아니라 코믹하거나 특이한 과학 연구를 인정하여 매년 수여된다.  

 

우리의 작업은 사람들을 웃고 생각하게 만들었다. 액면가로, 확성기에서 흔들리는 벌레 무리를 관찰하는 것은 단순히 두 명의 연구원이었다. 그러나 이러한 관찰을 통해 인간의 뇌와 컴퓨터를 연결하는 새롭고 안전한 접근 방식의 잠재력을 발견했다.

  

우리가 무엇을 했을까?

 

첫째, 우리는 지렁이를 알코올로 진정시켜 근육을 이완시켰다. 그런 다음 라우드 스피커에서 그들을 진동시키고 레이저 광선을 사용하여 각 지렁이 표면의 잔물결을 관찰했다.

 

이러한 잔물결을 패러데이 파도라고 한다. 자연에서 개구리는 짝을 유인하기 위해 수면에 이러한 파도를 만든다. 패러데이 파도는 진동하는 액체 방울에서도 볼 수 있는데, 진동이 액체의 표면을 불안정하게 만들 정도로 강해진다. 지렁이는 대부분 물로 이루어져 있다. 그래서 우리는 진정된 벌레가 물방울과 비슷하게 진동할 것으로 예상했다.

 

라우드 스피커를 켰을 때 전체 지렁이가 위아래로 움직였다. 그러나 볼륨을 "패러데이 불안정"수준 이상으로 늘렸을 때 예상했던 대로 패러데이 파도가 지렁이 표면에 나타났다.

 

이 비선형 잔물결이 '불안정'하다고 해서 완전히 혼란스럽게 작동하는 것은 아니다. 실제로 패러데이 웨이브는 (많은 시행착오 끝에) 특정 방식으로 작동하도록 "프로그래밍"될 수 있다.

 

하지만 우리는 왜 이것을 할까?

 

신경자극은 신경섬유(또는 "축삭")를 통해 이동하여 신경세포가 서로 통신하도록 한다. 과거의 연구에서는 신경자극이 전기 신호뿐만 아니라 사람이 들을 수 없는 음파로도 움직인다는 가설을 세웠다. 우리는 또한 이것이 사실이라고 믿는다.

 

소리와 진동은 모두 사람의 피부, 뼈 및 조직을 통해 손상 없이 이동할 수 있다. 이것이 의료용 초음파 이미징이 수행되는 방법이다. "초음파"는 단순히 인간의 가청 상한선 보다 높은 주파수를 가진 음파를 의미한다.

 

음파는 "솔리톤"을 형성할 수도 있다. 이들은 먼 거리를 이동하며 변형이 발생하지 않고 서로 지나가는 파동이다. 그들은 모양을 유지한다. 이 비디오에서 볼 수 있듯이 운하의 물결은 솔리톤처럼 움직일 수 있다.

 

 

그러나 인간의 신경에서 솔리톤을 감지하는 것은 어렵다. 그렇기 때문에 연구자들은 효과적인 모델인 지렁이의 신경에서 그것들을 조사한다.

 

초음파 진동이 생각을 전달할 수 있을까?

 

미래의 연구에서 신경자극이 실제로 신경 섬유를 솔리톤으로 이동하는 것을 확인할 수 있다면 진동하는 웜에서 패러데이 파동을 발견하는 것이 훨씬 더 중요해 진다.

 

이것은 뇌에서 신경자극을 생성하고 수정할 가능성을 나타낼 수 있다. 예를 들어 모바일 장치와 같이 서로 다른 주파수에서 초음파를 외부에서 생성하면 뇌 조직에서 패러데이 파를 트리거 할 수 있다.

 

우리는 이것이 뇌의 신경 자극과 상호작용하고 "생각"에 해당하는 특정 신호를 활성화해야 한다고 생각한다.

 

신경자극이 솔리톤으로 뇌를 통해 이동하면 과정 내내 형태를 유지한다. 그리고 이것은 전달된 "생각"이 뇌에 의해 처리될 때까지 일관되게 유지되도록 한다.

 

위의 과정은 인간의 생각을 "프로그래밍"하는 것과 같다.

 

 

스마트폰을 사용하여 진동을 생성할 수 있다. 우리는 이러한 진동으로 인한 패러데이 파동이 솔리톤 신경자극과 상호작용하여 사고를 제어하는 데 사용될 수 있다고 믿는다. Ivan Maksymov

 

-컴퓨터 인터페이스의 잠재력

 

인간의 뇌와 컴퓨터를 연결하려는 시도가 많이 있었다. 엘런 머스크(Elon Musk)의 뉴럴링크(Neuralink)를 포함한 점점 더 많은 첨단 기술 회사는 이를 달성하기 위해 바늘 전극을 인간의 뇌에 이식할 계획이다.

 

이를 통해 헬리콥터를 조종하거나 외국어를 말하는 방법과 같은 지식을 컴퓨터에서 사람의 뇌로 단 몇 분만에 직접 전달할 수 있다. 물론이 복잡한 작업을 실제로 수행하는 방법을 알기에는 아직 멀었다.

 

 

 

프로그래밍 된 지식을 인간의 두뇌로 거의 즉각적으로 전달하는 것은 1999년 공상 과학 영화 매트릭스의 주제였다.

 

그러나 이 접근법은 매우 침습적이며 뇌 조직의 염증이나 뇌 손상과 같은 심각한 건강 위험을 초래한다. 우리는 더 자세한 연구를 기다리고 있는 우리의 결과가 안전하지 않은 바늘 전극 없이 작동하는 인간의 뇌와 컴퓨터 사이에 더 안전한 건전한 연결을 만드는 데 도움이 될 것이라고 믿는다.

 

최근에는 광섬유의 솔리톤을 사용하여 세계 기록적인 데이터 전송을 달성했다. 따라서 솔리톤으로 움직이는 신경 신호는 높은 데이터 속도를 인간의 뇌로 전송할 수 있어야한다.

 

지금 무슨 일이 일어나는가?

 

현재 우리는 패러데이 파동이 지렁이의 자연적인 신경 자극과 상호 작용할 수 있다는 확실한 과학적 증거가 있다고 주장할 수 없다. , 우리 모델은 패러데이 파동 진동의 주파수가 신경자극의 주파수와 일치할 때 두 파동 사이에 강한 상호 작용이 있어야한다고 제안한다.

 

현재 모델은 이러한 상호작용을 허용하는 데 필요한 주파수를 정확하게 예측할 수 없다. 잠재적으로 이것을 알아내기 위해 많은 시행착오 테스트를 수행해야한다.

 

지금까지 우리는 여러 신경 생물학 연구 커뮤니티에 아이디어를 전달했으며 전반적으로 긍정적인 피드백을 받았다. 결국 우리는 우리의 작업이 첨단 기술 회사와 유사한 질문을 조사하는 동료에게 유용할 수 있기를 바란다.

 

 
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