서울대병원, ‘양방향 Brain-to-Robot’ 뇌 칩 이식 임상 총괄

서울대병원(병원장 백남종)은 뇌와 신체 사이에 끊어진 신경 연결을 인공적으로 복원하여 중추신경계 손상 환자의 움직임과 감각을 되찾게 하는 ‘양방향 Brain-to-Robot(뇌-로봇)’ 기술 연구개발 컨소시엄에 참여해, 핵심 분야인 뇌신경 인터페이스 뇌-BCI 칩 이식 임상을 총괄한다고 16일 밝혔다. 

이번 연구는 「범부처 첨단 의료기기 연구개발사업」의 플래그십 과제로, 서울대병원은 최근 관련 협약을 완료하고 본격적인 연구에 착수한다. 2026년부터 2032년까지 총 7년간 국비 202.5억 원을 포함해 총 약 300억 원의 예산이 투입되는 대규모 프로젝트다. 이를 통해 척수손상, 외상성 뇌손상, 뇌졸중, 파킨슨병 등 기존 치료만으로 회복이 어려웠던 환자들에게 새로운 희망을 제시할 것으로 기대된다. 

국내 산학연병 연합으로 구성된 컨소시엄에서 각 기관은 전문 역량을 바탕으로 역할을 분담한다. 주관기관인 ㈜엔젤로보틱스(공경철 CTO)가 전신형 외골격 로봇 제작을 맡고, DGIST(장경인 교수)와 ㈜엔사이드가 피질삽입형 전극을, KAIST(김정 교수)가 체성감각 센서와 AI 신호처리를 담당한다. 또한 뇌신경 인터페이스 뇌-BCI 칩 이식 임상은 서울대병원 신경외과(백선하 교수)가 총괄하며, 외골격 로봇 임상은 세브란스병원 재활의학과(나동욱 교수)를 비롯해 강남세브란스병원·삼성서울병원·부산대병원이 공동으로 수행한다. 

최근 두뇌에 이식한 전극으로 스마트폰 등 외부 기기를 제어하는 B2X(Brain-to-X) 기술이 주목받고 있으나, 이번 프로젝트가 지향하는 ‘Brain-to-Robot’ 기술은 이를 넘어선 고난도의 영역이다. 환자의 대뇌 피질에 행동 의도를 읽는 ‘디코딩 전극’과 물리적 감각을 주입하는 ‘인코딩 전극’을 별도로 이식해야 하기 때문이다. 뇌 신호로 로봇을 구동하는 동시에, 로봇이 움직일 때 발생하는 힘과 압력 등의 감각 정보를 수십 마이크로초(100만분의 1초) 안에 환자의 뇌로 다시 돌려보내는 완전한 양방향 폐루프(Closed-loop) 구조를 완성하는 것이 이번 과제의 목표다. 

이러한 양방향 동기화를 통해 환자가 단순히 로봇을 움직이는 것을 넘어, 손끝의 감각과 발바닥의 촉감을 다시 느끼며 일상생활을 수행할 수 있도록 돕는 것이 이번 프로젝트의 궁극적인 지향점이다. 아직 전 세계적으로 이 수준의 완전한 양방향 시스템을 구현한 사례는 없다. 

이 시스템의 안전한 인체 적용을 위해 서울대병원 신경외과는 고해상도 MRI, MRA, DTI, PET 영상을 통합 분석하는 첨단 수술 계획 시스템을 활용해 환자별 뇌 구조와 혈관 지도를 3차원으로 재구성하고 최적의 전극 삽입 경로를 정밀하게 설계한다. 또한, 운동 피질과 감각 피질에 초고밀도 전극을 이식하는 고도화된 수술 전략을 개발하며, 수술 중 실시간 뇌신호 분석을 수행해 1mm 이하 수준의 정밀도로 전극 삽입 위치를 제어함으로써 세계 최고 수준의 수술 정확성을 확보할 예정이다. 더불어 이번 임상시험을 통해 시스템의 안전성과 유효성을 철저히 검증할 계획이다. 

이번 연구 개발은 총 3단계로 진행된다. 1단계(2026~2027)에서 고밀도 피질삽입형 전극과 로봇 핵심 요소를 확보하고, 2단계(2028~2029)에서 하드웨어와 소프트웨어를 통합해 인체 임상을 추진한다. 최종 3단계(2030~2032)에서는 뇌신경 인터페이스, 인코딩·디코딩 AI, 전동식 외골격 로봇을 초저지연 통신으로 통합한 ‘조합형 의료기기’의 식약처 인허가와 상용화를 완료할 예정이다. 

서울대병원 신경외과 백선하 교수는 “이번 연구는 단순한 의료기기 개발 사업을 넘어 기존의 기술적 한계를 극복하는 중대한 프로젝트”라며 “중추신경계 손상으로 운동 기능을 잃은 환자들이 다시 움직이고, 다시 느끼고, 다시 독립적인 삶을 살아갈 수 있는 미래를 만들기 위해 임상에 최선을 다하겠다”고 말했다.