기계뇌 뉴로 컴퓨터와 뇌의 리버스 엔지니어링

인간처럼 생각하는 컴퓨터

컴퓨터 과학자의 궁극의 꿈은 인간의 두뇌처럼 사고하는 컴퓨터를 실현하는 것이다. 뇌과학자들이 20세기 초에 발견한 뉴런의 작용을 수학적으로 모델링하는 아이디어가 생겨 1985년에 심리학자 프랭크 로젠블랫이 수학적 뉴런 모델을 고안했다. 이 모델은 퍼셉트론이라고 하며, 인공지능 연구도 여기서 시작되었다. 이후 60년 이상 지난 2015년에 뉴런 모델의 소자를 집적화한 IC칩이 개발되었다. 이 칩을 탑재한 컴퓨터가 뉴로컴퓨터이다.

그럼 이 컴퓨터는 기존의 것과 어떻게 다를까? 아주 간단하게 말하면 예를 들어 100번의 연산이 필요할 때 기존 컴퓨터는 성실하게 100번을 계산하지만, 이 컴퓨터는 데이터를 대강 분류하여 필요 없다고 판단한 90번의 계산은 생략하고 필요한 10번의 계산만을 복수의 회로에서 동시에 빠른 속도로 행한다. 이렇게 데이터를 대강 분류하고, 그 분류의 정밀도를 높여가는 로직은 인간의 시각 신경의 작용을 모델화한 딥러닝이라는 추론모델에서 얻었다.

또 한가지, 뇌를 만드는 시도로 주목되는 것은 뇌의 리버스 엔지니어링이다. 기존의 기계를 분해하여 자세한 설계도를 만들고, 미세한 파트부터 직접 만들면서 기계가 작동하는 메커니즘을 이해하는 공업품 제작의 기본 수법을 뇌연구에 응용하려고 하는 것이다. 그러기 위해 뇌과학자들은 뇌를 마이크로 단위로 분해하여 사방으로 뻗은 신경 조직의 상세한 지도를 만드는데 몰두하고 있다. 뇌신경 네트워크를 해명하고, 그곳을 흐르는 정보 경로를 추적하기 위해서는 광유전학에 의한 마킹 수법등, 새로운 지식이 힘이 되어주고 있다.

이런 시도가 성공하면 완치가 어려운 뇌질환도, 뉴런 배열을 복구하여 치료하는 일도, 꿈이 아니게 될지도 모른다. 

그것의 주요목적은 뇌신경세포가 작동하는방식을 해명한다. 뇌 전체의 신경세포 지도를 작성한다. 리얼한 뇌 신경세포의 작용을 관측하는 테크놀로지의 개발, 뇌신경회로에 개입하는룰을 개발한다. 뇌가 사고하는 이론과 데이터 해석 툴을 개발한다. 이런 성과를 토대로 뇌질환 치료 연구를 진행한다. 최종적으로 뇌의 전체 기능을 이애한다. 

인지과학이 밝혀내는 인간의 의식과 사회적 행동의 메커니즘

인간의 사회성을 낳는 사회뇌

예전 경제학자는 수치 그래프를 열심히 들여다보았지만, 요즘 경제학자는 fMRI의 뇌스캔영상을 들여다본다. 신경경제학이라고 불리는 이 새로운 경제학은 인간의 경제활동을 이해하기위해, 인간 뇌의 메커니즘을 알아내려 하고 있는 것이다. 현재, 뇌기능 연구를 통해 인간을 이해하려는 시도는 경제학뿐만 아니라 심리학, 언어학, 철학 등 다양한 분야에서 이루어지고 있다. 뇌신경의 작용에서 마음의 실체를 찾는 인지신경과학도 원래는 심리학의 흐름을 이어받은 것이다. 이처럼 학문의 영역을 뛰어넘어 뇌와 마음의 관계를 해명하려 하는 연구는 인지과학이라고 불리며 fMRI 등 뇌의 활도을 가시화하는 기술의 진보와 더불어 급속히 발전해왔다.

이런 배경을 토대로 기존의 뇌연구 시점에는 없었던 인간의 사회적 행동과 뇌의 관계에도 눈길을 돌리게 되었다. 현재는 집단생활을 영위하는 인간의 뇌에는 사회적 환경에 적응하는 기능이 있는건 아닐까 생각하고 있으며, 사회뇌의 연구가 진행되고 있다.

의식은 정보의 통합에 의해 깃든다.

물질인 뇌가 어떻게 의식이나 마음을 가질까? 이 철학적인 질문에 현대의 뇌과학은 뇌의 정보 처리라는 논리로 답하려하고 있다. 그것의 하나이자 현재 널리 지지를 받고 있는 것이 미국 정신과의사 줄리오토노니팀이 주장하는 의식의 통합정보이론이다.

이 이론은 의식을 수학적으로 이해하려 하는것으로, 의식이 생성되려면 정보와 통합이 필요하다고 본다. 디지털 카메라는 많은 양의 영상 정보를 처리할수있지만, 본 것을 의식하지는 못한다. 반면 인간의 뇌는 신경세포들이 정보를 주고받으며, 그것들이 통합되기 위해 의식이 생겨난다고 보는것이 IIT의 생각이다. 통합된 정보량은 의식의 양과 대응한다는 가설도 있으며, 이것이 옳다면 의식이 없는것처럼 보이는 식물 상태 등에도 의식 수준을 측정할 가능성이 있음을 시사하고 있다.

이통합된 의식이 만들어지는 과정에는 감정적으로서 의식되기 전의 정동 등, 전신에서 모여든 무수한 정보가 있다는 것을 설명했다. 뇌과학자들은 가까운 미래에 정교하고 치밀한 신경회로도를 작성하여 통합된 의식과 그것을 만들어내는 무의식의 작용을 거기에 재현할지도 모른다. 우리들 인간의 마음을 아는 일은 거기에서 시작될지도 모른다. 

뇌연구의 앞날에 있는 거대한 갈림길

예전에 해부학자인 요로 다케시 도쿄대 명예교수는 자신의 책 유뇌론에서 뇌와 신체에 대해 이렇게 지적했다. 뇌는 그것의 발생 모체인 신체에 의해, 결국은 반드시 소멸된다. 그것이 죽음이다. 라고 말이다. 그책이 나온지 30여 년이 지난 지금, 세계적 베스트셀러 사피엔스 저자인 유발하라리는 이어서 출간한 호모데우스에서 생명과학의 가까운 미래에 대해 어두운 뉘앙스로 이렇게 말했다.

앞날이 보인다. 사회경제적 평등은 낡은 것이 되고, 불사가 유행하게 될 것이다. 그예로 미국의 거대 IT기업 구글의 AI 개발 책임자 레이 커츠와일로 대표되는 낙관적인 발언을 인용한다.

2050년 시점에서 건전한 육체와 풍부한 자금을 갖고 있는 사람이라면 누구든지 죽음을 10년 단위로 연장할 수 있는 일이 가능하다고 말이다. 그들은 유전자 코드를 조작하여 뇌의 회선을 변경하고, AI컴퓨터와 연결하여 유기체의 한계, 즉 죽음을 뛰어넘는 존재가 된다는것이다. 요로 교수의 지적을 넘어서 신체는 뇌에 의해 버림받는것이다. 

이 미국 IT기업이 지향하는 미래에 대해 날카롭게 경고하는 사람들이 있다. 마이클 가자니가, 안토니오 다마지오로 대표되는 뇌신경학 권위자들이다. 그들은 인간의 뇌와 신체는 떼려야 뗄수 없는 것으로 취급한다. 그리고 인간다움이란 무엇일까,인간의 행복이란 무엇일까, 인간이 세계에서 공생하기 위한 제도란 무엇을까 등을 인간의 뇌에서 찾아내려 하고 있다. 타인에게 공감하는 마음, 예술이나 문학작품에 감동하는 마음, 그리고 사회에 대해 선을 베풀려고 하는 본능의 거처를 뇌에서 찾고 있다.

뇌과학의 미래에 대한 양쪽의 차이는 대단히 상징적이다. 뇌가 인지혁명으로 만들어낸 가상의 세계로 그대로 돌진할까? 다시한번 자연의 신체라는 리얼한 신체와 만날까? 인류는 어느쪽 미래를 희망할지 궁금하다.