EPFL, AI로 뇌 영역 동기화 읽는 이식형 칩 개발

스위스 로잔연방공대(EPFL) 연구진이 뇌 영역 사이의 동기화를 머신러닝으로 읽어 특정 인지·감정 상태를 감지하면 자극 신호를 내보내는 이식형 칩을 개발했다고 학교 측이 10월 23일 밝혔다. 'LogSync'라는 이름의 이 칩은 크기가 약 4×2mm이고 소비전력은 200마이크로와트(µW) 미만이다.

핵심 정리

• 칩이 뇌파의 진동 세기와 영역 간 동기화라는 두 가지 생체지표를 직접 뽑아내고, 머신러닝 알고리즘이 이를 바탕으로 뇌 상태를 분류한다.
• 과거 정신의학 실험의 사람 뇌 기록 데이터에서 신경 신호만으로 인지적 몰입과 감정적 각성을 구분해 냈다.
• 연구는 IEEE 고체회로저널(JSSC)에 실렸고, 미국 국립정신건강연구소(NIMH)의 660만 스위스프랑 규모 연구비로 진행됐다.

AI 뇌 칩 LogSync, 어떻게 작동하나

LogSync는 뇌 활동을 기록한 뒤 원시 신호를 외부 컴퓨터로 보내지 않고 칩 안에서 네트워크 수준의 특징을 계산한다. 뇌 리듬이 얼마나 강하게 진동하는지, 서로 다른 영역의 신호가 얼마나 박자를 맞춰 움직이는지를 추적한다.

이어 머신러닝 분류기가 이 특징으로 사람의 인지·감정 상태를 추정한다. 목표 상태가 감지되면 칩이 자극을 위한 트리거 신호를 만든다.

개발은 EPFL 공과대학과 뉴로-X 연구소 소속 마흐사 쇼아란(Mahsa Shoaran) 교수가 이끄는 통합신경기술연구실(INL)이 맡았다. 논문 제목은 'LogSync: A Low-Power Logarithmic SoC for Cross-Regional Synchrony Extraction and Adaptive Psychiatric State Classification'이며 제1저자는 대니 알렉스(Daney Alex)다.

왜 '뇌 영역 간 소통'인가

설계의 출발점은 쇼아란 교수의 표현대로 "정신질환은 뇌 영역 간 소통의 교란에서 더 많이 비롯된다"는 가설이다. 영역 간 동기화를 재는 것은 이 소통을 포착하기 위한 장치다.

이식형 기기의 빠듯한 전력 한도에 맞추려고 연구진은 알고리즘과 회로를 함께 설계했다. 쇼아란 교수는 "시스템 전체를 공동 설계했다"고 말했다.

실험 결과

연구진은 과거 정신의학 실험에서 얻은 사람 데이터 두 종류를 썼다. 하나는 정신 과제를 수행하는 동안의 인지적 몰입, 다른 하나는 영상을 보는 동안의 감정적 각성 기록이다. EPFL에 따르면 알고리즘은 신경 기록만으로 두 상태를 구분했다.

미국 미네소타대에서 진행한 쥐 실험에서는 칩이 진행 중인 뇌 진동을 추적하며 미리 정한 위상에 맞춰 자극을 유발했다. 다만 EPFL은 LogSync의 채널 수나 분류 정확도 수치는 공개하지 않았다.

배경: 상시 자극에서 '맞춤형 자극'으로

미국 국립정신건강연구소(NIMH)에 따르면 현재의 뇌심부자극(DBS)은 이식한 전극으로 특정 뇌 부위에 전기 펄스를 보내며, 전원은 가슴 위쪽에 심은 발생기가 공급한다. DBS는 처음에 떨림, 파킨슨병 같은 운동장애 치료용으로 개발됐다.

NIMH는 미국 식품의약국(FDA)이 치료 저항성 중증 강박장애에 대해 인도적 기기 면제(HDE)로 DBS를 허가했다고 설명한다. 우울증에서는 2022년 '혁신 의료기기' 지정을 받았지만 여전히 실험적 치료로 분류된다.

LogSync는 연구실의 앞선 성과를 잇는다. EPFL 연구 저장소 인포사이언스에 따르면 대체로 같은 연구진이 2025년 일본 교토에서 열린 IEEE VLSI 심포지엄에서 뇌 연결성 추출과 정신 증상 분류용 32채널, 196µW 칩을 발표한 바 있다.

전망

연구진은 이 방식을 운동장애용 적응형 DBS, 폐회로 비침습 자극, 집속 초음파 인터페이스에 적용할 계획이다. 미리 정한 생체지표 대신 원시 신경 기록에서 직접 학습하는 머신러닝 기법도 개발 중이며, ICML 2026에서 발표한 자기지도학습 모델 'RECTOR'가 그 예다.

쇼아란 교수는 연구실 기술의 임상 적용을 목표로 하는 EPFL 스핀오프 '인페라 뉴로(Infera Neuro)'를 공동 창업했다.

자주 묻는 질문

환자에게 바로 쓸 수 있나? 승인 발표는 없었다. EPFL이 밝힌 것은 기존 사람 데이터와 쥐 실험 결과이며 임상시험은 아니다.

기존 뇌심부자극과 무엇이 다른가? 기존 DBS는 자극을 지속적으로 보낸다. LogSync는 칩에서 특정 뇌 상태를 감지했을 때만 자극을 유발하도록 설계됐다.

연구는 어디에 실렸나? IEEE 고체회로저널(JSSC)에 2026년 9월 자로 게재됐다.

참고 자료

• Neural chip decodes interactions between brain regions — EPFL(2026년 10월 23일)
• Brain Stimulation Therapies — 미국 국립정신건강연구소(2024년 3월 검토)
• A 32-Channel 196-μW Logarithmic SoC for Brain Network Connectivity Extraction and Adaptive Psychiatric Symptom Classification — EPFL 인포사이언스(2025년)