출처: https://www.defense.gov/News/Article/Article/1164793/darpa-funds-brain-stimulation-research-to-speed-up-learning/

달빠가 연구 중인 선별적 신경가소성 훈련기술은 크게 다음의 3단계로 이루어진다:

1. 신경자극기기로 말초신경을 자극한다.

2. 해당 자극으로 분비된 신경조절물질이 시냅스 가소성을 높인다.

3. 시냅스 가소성이 높아지면 신경 연결이 변화하여 인지능력을 개선한다.

The Defense Advanced Research Projects Agency is working with seven U.S. universities and elements of the Air Force and Army on research that seeks to stimulate the brain in a non-invasive way to speed up learning.

달빠가 미국 대학교 7곳과 미 공군/육군과 손잡고 비침습적 방법으로 뇌를 자극하여 학습 속도를 높이는 기술을 연구하고 있다.

DARPA announced the Targeted Neuroplasticity Training, or TNT, program last March, and work now has begun on the effort to discover the safest and most effective ways to activate a natural process called “synaptic plasticity.”

지난 3월에 달빠는 "선별적 신경가소성 훈련" 또는 TNT라 불리는 연구사업을 발표하였으며, 시냅스 가소성을 활성화시킬 수 있는 가장 안전하면서도 효율적인 방법을 찾기 위해 본격적인 연구에 들어갔다.

Plasticity is the brain’s ability to strengthen or weaken its neural connections to adapt to changes in the environment. For TNT Program Manager Dr. Doug Weber, such plasticity is about learning.

여기서 가소성이란 주변환경의 변화에 적응하기 위해 신경연결을 강화시키거나 약화시킬 수 있는 뇌의 능력을 말한다. TNT사업의 담당자인 더그 웨버 박사의 말에 따르면, 이러한 가소성은 학습과 관련이 있다.

“We're talking about neural plasticity, or how the neurons, which are the working units in the brain, how their function changes over time as we train on new skills,” he said during a recent interview with DoD News.

"우리가 다루는 주제는 신경가소성, 즉 뇌의 기본단위인 신경의 기능이 새로운 능력을 훈련시키는 과정에서 어떻게 변화하는지에 대한 것입니다"라고 더그 웨버 박사가 인터뷰에서 밝혔다.

Targeted Neuroplasticity Training

선별적 신경가소성 훈련

TNT research focuses on a specific kind of learning called cognitive skills training. People use cognitive skills to do things like pay attention, process information, do several things at once, detect and understand patterns, remember instructions, organize information and much more.

TNT 연구는 인지능력 훈련에 초점을 맞추고 있다. 사람들은 인지능력을 통해 집중을 하거나, 정보를 처리하거나, 여러가지 일을 동시에 해내거나, 특정 패턴을 감지 및 이해하거나, 지시를 기억하거나, 정보를 조직화하는 등의 업무를 수행한다.

TNT researchers will try to identify physiological mechanisms that might allow them to enhance natural learning by electrically stimulating peripheral nerves -- those that connect neurons in the brain and spinal cord to organs, skin and muscles -- to make the brain more adaptive during key points in the learning process, according to a DARPA announcement about TNT.

TNT 연구진은 말초신경을 전기로 자극하여 학습능력을 개선할 수 있도록 하는 생리기제를 발견하려 노력하고 있다. 여기서 말초신경이란 뇌와 척주의 신경을 장기, 피부, 근육과 연결하는 신경을 말한다. DARPA는 최근에 있었던 TNT 사업 발표에서 말초신경 전기자극을 통해 학습과정의 주요지점에서 뇌의 적응성을 높일 수 있을 것이라고 밝혔다.

“The mechanisms underlying this enhancement are not well understood,” Weber said, “but we believe that neurostimulation boosts the release of neurotransmitters such as acetylcholine, norepinephrine and others that play a role in modulating cognitive processes related to learning.”

더그 웨버 박사는 "학습능력 개선을 유발하는 기제는 아직 분명히 밝혀지지 않았습니다"라고 말했다. "그러나 저희는 신경자극이 아세틸클로린이나 노르에피네프린과 같은 신경조절물질의 분비를 촉진하여 학습과 관련된 인지과정을 조절하는 것으로 확신하고 있습니다".

There’s probably no single "silver bullet," he added, “but rather there are multiple processes involved. Thus, a primary goal of TNT is to tease apart the various mechanisms to understand the links between neurostimulation, neurotransmitter release, and resulting changes in plasticity.”

계속해서 그는 "이에 대한 만병통치약은 존재하지 않을 것이며, 대신 다양한 과정들이 관여하고 있을 것으로 여겨집니다. TNT의 주요 과제는 다양한 기제들을 구체적으로 분석하여 신경자극, 신경조절물질 분비, 그리고 그로 인한 신경가소성의 변화 간 연결고리를 이해하는데 있습니다"라고 덧붙였다.

To activate the peripheral nerves, researchers will compare non-invasive electrical stimulation through the skin with an invasive form of stimulation -- using an implanted device -- to see which is more effective.

말초신경을 활성화하기 위해 연구진은 피부를 통한 비침습적 전기자극과 이식장치를 이용한 침습적 자극을 비교분석하여 어떤 방식이 더 효율적인지 밝혀낼 계획이다.

But Weber envisions a device that can promote plasticity by using electricity to stimulate peripheral nerves through the skin, DARPA says.

The program is starting with the basic science of brain plasticity and will conclude, if the research is successful, with human trials in healthy volunteers.

그러나 더그 웨버 박사는 피부를 통해 말초신경을 전기로 자극하여 신경가소성을 개선시키는 장치를 구상 중에 있다고 달빠 측이 밝혔다. 해당 연구사업은 뇌 가소성에 대한 기초과학에서 시작하여, 만일 연구가 성공적으로 완료된다면, 인간 지원자를 대상으로 실험에 들어갈 예정이다.

Understanding Plasticity

가소성 이해하기

In TNT’s first half, researchers will work on determining neural mechanisms that underlie how nerve stimulation influences brain plasticity. They’ll also try to discover physiological indicators that show stimulation is working, and identify and minimize the side effects, if any, of nerve stimulation, DARPA says.

TNT 연구사업 전반기에는 신경자극이 뇌 가소성에 영향을 기치는 신경적 기제를 밝혀내는데 초점이 맞춰질 예정이다. 또한 연구진은 신경자극의 효과를 보여주는 생리학적 지표를 파악하는 동시에 신경자극으로 인한 부작용이 있을 경우 이를 발견하고 최소화하는 작업을 진행할 것이라고 달빠 측은 밝혔다.

In the program’s second half, researchers will use neurostimulation technology in different kinds of training exercises to measure improvements in the rate and extent of learning.

TNT 연구사업의 후반기에는 신경자극 기술을 다양한 종류의 훈련 프로그램에 적용하여 학습속도 및 학습범위의 개선이 이루어지는지를 측정할 계획이다.

At the same time, some of the research teams will work with military intelligence analysts and foreign language specialists to understand how they now train, so the TNT platform can be fine-tuned to meet their needs.

이와 동시에 일부 연구진은 군사정보 분석가 및 외국어 전문가와 협력하여 현재의 훈련방식을 이해하고 TNT 기술이 해당 전문가들의 요구에 부합할 수 있도록 조정하게 된다.