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오늘부터 몇 차례 새로운 미래의 인간의 뇌를 닮은 새로운 컴퓨터 칩과 컴퓨터, 그리고 이들이 미칠 사회적 파장에 대해서 이야기를 하고자 한다. 그동안 인공지능과 관련해서 다양한 연구들이 진행되어 왔고, 수퍼컴퓨터를 이용해서 뛰어난 인공지능 프로젝트들이 진행되어 온 것들은 널리 알려져 있지만, 어떤 수퍼컴퓨터의 인공지능도 인간의 뇌와 같이 유연한 사고를 하고, 동시에 여러 가지의 일을 하며, 감성적이면서도 직관적인 특징을 흉내내지는 못하고 있다. 이는 컴퓨터의 구조자체가 인간의 뇌와 다르기 때문이다. 그런 측면에서, 최근에 다양한 방식의 인간의 뇌를 흉내내기 위한 새로운 연구들을 주목할 필요가 있다. 크게 나누어서 인간의 뇌의 구조를 현재의 수퍼컴퓨터를 이용해서 시뮬레이션하는 방식으로 접근하거나, 인간의 뇌의 구조를 닮은 새로운 형태의 브레인 칩을 개발하는 것, 그리고 인간의 뇌에 심을 수 있는 형태로 접근하는 방식 등이 현재 시도되고 있다. 사회적으로는 컴퓨터에게 모든 것을 맡기는 것이 아니라, 소셜 네트워크와 집단지성까지 활용해서 컴퓨터 인공지능과 사람들이 가지고 있는 인지기능을 같이 협업하는 접근방법도 최근 시도되고 있다. 이번 주에는 그 중에서 인간의 뇌를 현재의 컴퓨터로 흉내내는 방식에 대해 간단히 알아보고자 한다



수많은 컴퓨터를 연결해서 인간의 뇌를 흉내내다 


뇌는 수조개의 시냅스와 수십억 개의 신경세포들, 그리고 수백만 종류의 단백질과 수천 종류의 유전자로 구성되어 있다. 실제로 컴퓨터를 이용해서 뇌를 흉내내는 가장 원시적인 접근방법은 수많은 컴퓨터 보드를 병렬로 계속 연결해서 이렇게 많은 연결을 흉내내도록 하는 방법일 것이다. 이렇게 인간의 뇌를 컴퓨터로 복제하는 프로젝트는 로산네(Lausanne)에 위치한 스위스 연방기술연구소(Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne)가 주도가 되어 2002년에 설립된 Brain Mind Institute (BMI) 에 의해 진행이 되고 있다. 


이 연구소에서는 수퍼컴퓨터에 지난 수십 년간 수집한 뇌가 동작하는 방식에 대한 정보의 조각들을 모아서 모델로 정립하고, 연구자들이 뇌의 전기-자기-화학적 패턴을 이해함으로서 우리 뇌의 인지능력이 어떻게 변화하는지 이해해 나가는 작업을 진행 중에 있다. BMI에서는 2005년부터 IBM 수퍼컴퓨터들의 도움을 받아서 뇌의 분자/세포 수준의 동작방식에 대해서 이해를 하고, 이를 그대로 복제를 하는 역공학이라는 기법을 이용해서, 컴퓨터에 뇌의 작용을 담아내려는 시도를 하고 있는데, 이 프로젝트의 이름은 블루브레인프로젝트(Blue Brain Project)이다. 


이 프로젝트의 궁극적인 목표는 우리 뇌의 모든 부분을 수퍼컴퓨터 내에 모델링하는 것이라고 한다. 무모하게 보이는 이 프로젝트는 앞으로 10년 이내에는 어느 정도 가시적인 성과를 낼 것으로 기대하고 있는데, 현재까지 구축된 수퍼컴퓨터에 들어간 마이크로 칩의 수는 2,000개가 넘고, 이들이 수행하는 연산의 양은 약 22.8조 개 정도를 초당 수행할 수 있다. 2009년에 있었던 TED Global 미팅에서 이 프로젝트를 이끌고 있는 헨리 마크램은 인간의 뇌의 신피질 컬럼(neocortical column)의 일부를 시뮬레이션 하는 수준의 성과가 나왔다고 발표했다. 


이는 약 1만 개의 신경세포와 3천 만개의 시냅스(신경 간의 연결)를 구축한 것인데, 이를 활용한 다양한 연산수행이 가능하다. 조만간 쥐의 뇌 전체를 시뮬레이션 할 수 있을 정도로 키울 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 이 때에는 모바일 로봇을 이 뇌를 이용해서 움직이려는 계획을 가지고 있다고 한다. 아래는 헨리 마크램의 TED 강연영상이다.





참고자료:


Wikipedia Blue Brain Project 홈페이지

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by Hljod.Huskona from Flickr


우리의 뇌를 잘 이해하기 위해서는 어떻게 하면 될까요?  한가지 방법은 디지털 모델을 하나 만들어서 우리 뇌의 모든 기능을 복제한 뒤에 이를 분석하는 방법이 있을 것입니다.  최근의 과학의 발전으로 이러한 작업이 앞으로 10년 이내에는 가능하리라는 전망이 나오고 있습니다.

뇌는 수조개의 시냅스와 수십억 개의 신경세포들, 그리고 수백만 종류의 단백질과 수천 종류의 유전자로 구성되어 있습니다.  실제로 우리의 뇌를 컴퓨터로 복제하는 프로젝트는 Lausanne에 위치한 스위스 연방기술연구소(Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne)가 주도가 되어 2002년에 Brain Mind Institute (BMI) 를 설립하면서 실체화 되기 시작했습니다.  이 연구소에서는 수퍼컴퓨터에 지난 수십년간 수집한 뇌가 동작하는 방식에 대한 정보의 조각들을 모아서 모델로 정립하고, 연구자들이 뇌의 전기-자기-화학적 패턴을 이해함으로서 우리 뇌의 인지능력이 어떻게 변화하는지 이해해 나가는 작업을 진행 중에 있습니다.  예를 들어, 우리의 눈으로 무엇인가를 본다고 하는 것은 실제로는 우리의 뇌에 투사가 된 것을 인지하는 것으로 해석할 수 있습니다.  

BMI에서는 2005년부터 IBM 수퍼컴퓨터들의 도움을 받아서 뇌의 분자/세포 수준의 동작방식에 대한 역공학(reverse engineering) 기법을 이용해서 컴퓨터에 담아내는 Blue Brain Project를 시작했습니다.  이 프로젝트의 궁극적인 목표는 우리 뇌의 모든 부분을 수퍼컴퓨터 내에 모델링하는 것입니다.  무모하게 보이는 이 프로젝트도 10년 이내에는 어느 정도 가시적인 성과를 낼 것으로 기대하고 있습니다.

미국에서는 DARPA(The Defense Advanced Research Projects Agency)가 IBM의 Almaden 리서치 센터에서 작년부터 $490만 달러 정도의 연구자금을 들여 "SyNAPSE"라는 프로젝트를 시작했습니다.  이 프로젝트 역시 뇌의 컴퓨터 연산 능력을 역공학하는 형태의 접근을 하고 있는데, 특히 뇌가 어떻게 다양한 자극에 대한 감각을 감지하고, 인지하고, 행동하는지에 초점을 맞추고 있습니다.  현재까지는 뇌가 어떻게 동작하는지 제대로 이해하고 있지는 못하지만, 이제는 모아둔 정보를 한데 모아서 시뮬레이션을 해볼 수 있는 수준의 많은 데이터와 정보들이 축적되었다고 합니다.  이들 과학자들의 견해에 따르면, 아마도 2018년 정도면 슈퍼컴퓨터를 이용해서 우리의 뇌를 시뮬레이션하는 프로젝트가 시작될 수 있을 것으로 예측했습니다.

제가 박사학위 과정을 공부했던 USC에도 이와 비슷한 프로젝트를 진행하던 그룹이 있었습니다.  기억력 칩을 연구하던 Dr. Berger 그룹입니다.  이들은 뇌에서 단기 기억력을 지배하는 해마(hippocampus) 지역에 대한 연구를 집중적으로 수행하고 있습니다.  연구방식은 역시 역공학 방법을 이용하는데, 쥐의 뇌의 해마 지역의 신호를 면밀하게 기록했다가, 연결부위를 파괴한 뒤에, 그 부위에 FPGA 칩을 박아서 그동안 기록된 신호들을 바탕으로 파괴가 된 부분을 칩이 대신할 수 있도록 하는 연구를 하고 있습니다.  이미 상당한 성과를 내고 있지만, 제대로 결과가 나오려면 앞으로 10년 정도는 소요될 것으로 예상하고 있습니다.

이와 같이 아직은 우리가 우리의 뇌가 어떻게 이해하고, 동작하는지 제대로 모르지만, 인간이 가지고 있는 컴퓨팅 환경이 빠른 속도로 발전하면서 점점 시뮬레이션에 의해 비슷하게 동작하도록 하는 방식의 접근이 현실화되고 있습니다.  앞으로 10년 뒤 정도면 훨씬 빨라진 컴퓨팅 파워와 메모리를 바탕으로 우리 인간과 비슷하게 생각하는 거대한 슈퍼컴퓨터가 등장하게 될지도 모릅니다.  너무 SF 소설 같나요?  그렇지만, 소설에 나오던 것은 대부분 이루어집니다.  2001 스페이스 오디세이에 나오는 HAL 9000 을 볼 날이 머지 않은 듯 합니다.


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