[사이언스프리즘] ‘뇌연구 타임머신’

뇌연구 아카이브 공개 구축
전 세계 흩어진 정보 한곳에
첨단기술 접목 연구발전 가속화
과거 인물들과 대화 가능할 수도

아무리 어린아이라도 ‘쉭’ 하는 위협적인 소리를 내며 공이 날아오면 몸을 숙여 피한다. 그런데 가장 진보된 인공지능(AI)조차 어린아이도 쉽게 하는 이런 동작을 따라 하기 쉽지 않다. 왜냐하면 간단해 보이는 이 동작에도 시각과 청각을 통해 위협을 감지하고 종합적으로 판단해 반응하는 상당히 정교한 뇌의 메커니즘이 필요하기 때문이다. 이 때문에 많은 연구자들은 뇌를 이해하고 이를 모방해 좀 더 사람과 가까운 기계를 만드는 기술개발에 매진한다.

지난 6월, 유럽의 인지과학자, 로봇공학자, 신경생물학자들이 두뇌를 모방해 감각하고 학습하는 매우 단순한 생체 모방 로봇을 선보였다. 이들은 유럽 미래신기술위원회가 선정해 10년간에 걸쳐 10억 유로를 지원하는 플래그십 프로젝트의 하나인 인간 뇌 프로젝트(HBP)의 지원을 받아 연구를 수행했다. HBP는 스위스 연방공대(EPFL)가 수행하는 스위스 국가 뇌연구 프로젝트인 블루브레인 프로젝트(BBP)의 연장선으로 볼 수 있다. BBP의 목표는 쥐의 뇌를 디지털로 재구성하고 시뮬레이션을 통해 뇌 구조와 기능의 기본 원리를 이해하는 것이다. 즉 그동안 밝혀진 많은 뇌연구 결과를 바탕으로 가상 뇌를 만들어 실제 동물의 희생 없이 다양한 환경과 조건하에서 뇌를 연구할 수 있다.

문제일 대구경북과학기술원 교수 뇌·인지과학

2013년 스위스 EPFL을 방문해 BBP를 총괄하는 헨리 마크램 교수를 만나 이 프로젝트에 대해 이야기할 기회가 있었는데, 이때 마크램 교수로부터 BBP와 궤를 같이하는 EPFL의 또 하나의 흥미로운 프로젝트에 대해 들을 수 있었다. 그것은 스위스 EPFL이 이탈리아와 함께 수행하는 ‘베니스 타임머신’이란 국제프로젝트였는데, 이는 1000년 이상의 역사를 가진 도시 베니스의 문화유산 공개 디지털 아카이브를 구축하고, 이를 통해 베니스의 다차원 모델을 시각화하는 야심찬 계획이다.

기록의 다양성, 방대함 그리고 정확성이 뛰어난 베니스의 행정 문서를 모두 모아 빅 데이터를 구축하고 정보를 결합함으로써 완전한 역사, 정치, 심지어 건물과 동네 전체의 외관과 같은 도시의 과거를 재구성하는 것이다. 즉 ‘베니스 타임머신’ 프로젝트는 과거 우리가 원하는 시점의 베니스 방문을 가능케 한다.

그런데 이 프로젝트의 놀라움은 그 결과물에 있는 것이 아니라 이러한 목표를 달성하기 위해 도입된 많은 새로운 기술이다. 방대한 양의 문서를 스캔하는 자동화를 위해 새로운 로봇 자동화기술이 도입됐고, 손으로 작성된 문서 해독은 새로운 그래픽 인식 알고리즘 기술이 해결했으며, 고문서 보존을 위해 책을 펼치지 않고 내용을 판독하기 위해서 X선 싱크로트론 방사선 기술이, 또 반복되는 단어 문자열의 재배열은 기존 단백질 구조분석 알고리즘 기술이 활용됐다. 1000년을 지나는 동안 파편화된 정보는 이런 과정을 통해 디지털문서로 정리되고, 다시 거대한 그래픽 하에 정리돼 비로소 인류 문화유산으로 재탄생됐다. 세계에 흩어져 있는 많은 뇌연구 정보도 BBP를 통해 연결돼 인류 지식유산으로 재탄생되길 기대한다. 같은 논리로 이 과정에서 많은 새로운 기술이 등장해 뇌연구의 발전을 가속화할 것이다.

뇌는 여전히 인체에 남은 유일한 미지의 영역인 것은 분명하다. 그러나 그동안 많은 전세계 뇌연구자의 노력으로 그 미지의 영역이 조금씩 모습을 드러내고 있다. 또 현대의 정보통신기술(ICT)은 흩어진 정보의 집성과 연구자 간의 소통을 지원한다. 이를 적극 활용해 공개 뇌연구 아카이브를 구축하고 이를 통해 축적된 뇌연구 결과를 정리해 가시화한다면, 우리는 ‘뇌연구 타임머신’을 타고 과거로 날아가 ‘의학의 아버지’라 불리는 히포크라테스가 “뇌는 인간의 지성과 감정을 관장하는 기관이다”라 이야기하는 모습을 지켜보거나, 1906년 노벨생리의학상을 수상한 골지 교수와 카할 교수가 신경세포들이 마치 그물과 같은 구조를 이룬다는 ‘신경그물설’과 신경세포가 특정한 정보에 대응한다는 ‘시냅스설’을 놓고 벌이는 논쟁을 생생하게 관전하다 논쟁에 참여하는 것도 가능하지 않을까. 이런 몽상도 가능케 하는 것이 뇌라는 것은 여전히 신비롭다.

문제일 대구경북과학기술원 교수 뇌·인지과학