초음파로 냄새를 유도했다

초음파를 이용해 뇌의 후각 처리 영역을 자극하여 사람에게 특정 냄새 감각을 유도한 실험 결과
이마에 트랜스듀서를 부착해 초음파를 후각망울 방향으로 집중시켰으며, 두 사람에게서 네 가지 냄새(신선한 공기, 쓰레기, 오존, 장작불)를 재현
300kHz 저주파 초음파, 약 39mm 초점 깊이, 50~55도 각도로 조정해 자극 위치를 세밀히 제어
실험은 안전성 검증을 위해 압력, 기계적 지수, 열량 등을 측정했으며, 시신경 손상을 피하기 위한 각도 제한도 설정
후각 자극을 통해 비침습적 뇌 정보 입력 채널로서의 가능성을 탐색하며, 향후 ‘의미를 냄새로 인식’할 수 있는 고차원 신경자극 연구로 확장 가능성 제시

실험 개요

초음파 탐촉자를 뇌의 후각 처리 영역(후각망울) 에 조준해 다양한 냄새 감각을 유도
- 서로 다른 초점 위치가 서로 다른 냄새 감각과 대응
- 두 명의 참가자에게 첫 시도에서 재현 성공, 이후 블라인드 테스트로 검증
유도된 감각은 네 가지
- 산소가 풍부한 신선한 공기 냄새
- 썩은 과일 껍질 같은 쓰레기 냄새
- 공기 이온화기 근처의 오존 냄새
- 장작불 타는 냄새

후각망울은 코 윗부분 뒤쪽에 위치해 접근이 어려움
- 코 내부는 평평하지 않고 공기로 차 있어 초음파 전도에 부적합
이마 위에 트랜스듀서를 부착하고 아래 방향으로 초음파를 조준
- 전두동이 신호를 약화시키지만, 위치를 조정해 목표 영역에 도달 가능
초기에는 손으로 탐촉자를 고정했으나 안정성이 낮아 즉석 헤드셋을 제작
- 젤 대신 고체 젤리 형태 패드를 사용해 안정성과 편안함 확보
- 탐촉자에 칼을 테이프로 부착해 기계적 지지 확보 (소프트웨어 오류 방지 이유로 유지)
- 치아를 이용한 마우스가드 방식도 시도했으나 냄새 묘사 불가로 중단

Lev의 MRI 영상을 이용해 초점 위치와 후각망울 정렬 확인
최적 조건
- 주파수: 300kHz (두개골 투과에 적합한 저주파)
- 초점 깊이: 약 39mm
- 조준 각도: 50~55도
- 펄스: 5사이클, 1200Hz 반복률
다른 참가자(Albert)는 MRI 없이도 약간의 위치 조정만으로 동일 효과 확인

출력 필드 측정: 수조에서 압력 150~250kPa, 기계적 지수 최대 0.4
- 일반 tFUS보다 한 자릿수 낮은 강도로, 기계적·열적 안전 기준 내
시신경 회피: 비대칭을 최소화하고, 15도 이하 각도로 조정
- 후각망울이 중앙에서 약간 벗어나 있어 2도 정도 측면 각도 사용

두 참가자 모두 네 가지 감각을 경험
- 냄새는 강하고 코 주변에 국한, 감각은 약하고 확산적
- 흡입 시 가장 강하게 느껴짐
- 한 참가자는 쓰레기 냄새를 맡고 실제 쓰레기차가 온 줄 착각
초점 이동 약 14mm 범위에서 서로 다른 냄새 구분 가능
- 신선함과 불타는 냄새의 초점 차이는 약 3.5mm
청각 마스킹(에어팟 음악 재생) 으로 플라시보 효과 배제
블라인드 테스트에서 초점 위치별 냄새 구분 성공
초점 이동이 작음에도 다른 냄새 유도 가능, 초음파 해상도 이상의 자극 분해능 확인
- 이를 “신경자극의 초해상도(super-resolution) ”로 표현
향후 개선 방향: 안정적 장치, 주파수 증가, 초점 위치·크기·파형 조정

후각 자극은 단순한 VR 냄새 구현을 넘어, 비침습적 뇌 입력 채널로 활용 가능성
- 인간은 약 400종의 후각 수용체를 가지고 있으며, 조합으로 미세한 차이를 구분
두 콧구멍을 합치면 최대 800차원 입력 채널로, LLM의 잠재공간(latent space) 차원과 유사
- 이론적으로 문단의 의미를 400차원 벡터로 인코딩해 ‘냄새로 의미를 이해’ 가능
후각 시스템은 해마(기억) 와 편도체(감정) 에 직접 연결되어 있어 정보 전달 경로가 단순
- 시각 시스템은 중간 처리 단계가 많아 동일한 접근이 어려움
후각은 시각·청각보다 덜 사용되는 감각 채널로, 새로운 신경자극 인터페이스로 적합
현재 네 가지 냄새를 구현했으며, 후각 자극 비트레이트 향상을 통해 더 많은 냄새 및 의미 표현 가능성
- “400개의 기저 벡터를 모두 제어하면 의미를 냄새로 느낄 수 있음”
- 현재는 그 첫 1%를 달성