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[인터뷰] 곽지현 _ 뇌에 정보를 입력시켜 바로 학습하는 게 가능!?🧠 ｜제30회 서울대 자연과학대학 공개강연

서울대학교 뇌인지과학과 신경계산연구실은 뇌가 정보를 처리하는 원리를 수학적으로 규명하는 데 집중하고 있습니다. 동물 실험을 통해 시냅스 신경회로의 신호를 측정하는 동시에, 이를 바탕으로 뇌를 묘사하는 인공신경망 모델을 구축합니다. 이러한 융합적 접근은 실험만으로는 파악하기 어려운 뇌의 정보처리 이론을 정립하고, 복잡한 신경계의 작동 기전을 심도 있게 이해하는 발판이 됩니다. 궁극적으로는 생물학적 뇌와 인공지능 사이의 가교 역할을 수행하며 새로운 과학적 지평을 열어가고 있습니다. 수학에 매료되었던 학부 시절을 거쳐 신경과학의 길로 들어선 과정은 매우 흥미롭습니다. 수학 문제를 풀 때의 쾌감은 뇌가 어떻게 복잡한 계산을 수행하는지에 대한 호기심으로 이어졌습니다. 특히 전기생리학적 신호에 담긴 정보를 해석하는 연구에 매료되어 박사 과정을 마쳤으며, 현재는 수학적 모델링과 뇌과학을 결합한 연구를 수행 중입니다. 과거의 학문적 배경들이 현재의 융합 연구를 지탱하는 강력한 자산이 된 셈이며, 이는 뇌의 신비를 수치화하여 풀어내는 핵심적인 동력이 되고 있습니다. 2014년 노벨 생리의학상을 통해 알려진 장소세포와 격자세포는 우리 뇌 속에 내장된 GPS와 같습니다. 장소세포는 특정 위치를 인식하고, 격자세포는 공간의 좌표를 파악하여 우리가 길을 찾을 수 있게 돕습니다. 이러한 뇌의 공간 정보 처리 회로를 연구하면 인간의 인지 과정을 과학적으로 밝힐 수 있을 뿐만 아니라, 이를 모사한 고도의 자율주행 로봇이나 인공지능 개발 등 4차 산업혁명의 핵심 기술로도 확장될 수 있습니다. 뇌의 센서 기능을 이해하는 것은 곧 미래 기술의 밑거름이 됩니다. 뇌의 길 찾기 메커니즘 연구는 알츠하이머 치매와 같은 질병의 진단과 치료에도 중요한 실마리를 제공합니다. 치매 환자들이 겪는 대표적인 증상 중 하나는 익숙한 길을 잃어버리는 공간 인지 능력의 저하입니다. 따라서 뇌의 공간 정보 처리 회로가 어떻게 손상되는지를 면밀히 분석한다면, 치매의 전조 증상을 조기에 발견하는 진단 기술을 개발할 수 있습니다. 이는 고령화 사회에서 뇌과학이 기여할 수 있는 매우 실질적이고 중요한 연구 분야이며, 많은 환자에게 새로운 희망을 줄 수 있는 기술적 토대가 될 것입니다. 미래의 뇌과학은 뇌 신호를 해석하고 재구성하는 기술을 통해 혁신적인 변화를 맞이할 것입니다. 외부 정보를 뇌 신호로 바꾸는 과정과 발생한 신호에서 정보를 추출하는 기법이 정교해지면, 인간의 인지 능력을 확장하는 새로운 지평이 열릴 것입니다. 이를 위해서는 수학, 인공지능, 심리학, 철학 등 다양한 학문이 하나로 연결되는 융합적 노력이 필수적입니다. 여러 분야의 시너지가 모일 때 비로소 인류는 뇌라는 거대한 신비를 정복할 수 있을 것이며, 이러한 연결은 과학적 발전을 가속화하는 핵심적인 열쇠가 됩니다.

곽지현

카오스재단서울대자연과학공개강연

뇌인지과학

[강연] 뇌와 하나된 AI, 브레인 3.0 - AI와 뇌공학이 바꿀 인류의 미래 _ by임창환 | 2020 가을 카오스강연 'Ai X' 1강 | 1강

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 우리 뇌에서 발생하는 신호를 분석하여 외부 기계를 제어하거나 의사소통을 가능하게 하는 일종의 '뇌 번역기' 기술입니다. 뇌파를 흔히 '뇌의 목소리'라고 부르는데, BCI는 이 복잡한 신호를 해독하여 우리가 이해할 수 있는 형태로 변환합니다. 이는 단순히 기계를 움직이는 것을 넘어 인간의 뇌 상태를 파악하고 외부 세계와 연결하는 혁신적인 통로가 됩니다. 현대 과학은 이러한 뇌의 목소리를 더 정밀하게 듣기 위해 인공지능 기술을 적극적으로 도입하고 있으며, 이를 통해 인간 인지 능력의 한계를 극복하려는 시도를 지속하고 있습니다. 인공지능은 인간의 뇌 구조를 모방하며 발전해 왔습니다. 대표적인 알고리즘인 합성곱 신경망(CNN)은 인간 시각 피질의 계층적 정보 처리 과정을 닮아 있어, 선과 형태를 거쳐 사물을 인식하는 단계별 구조를 가집니다. 최근에는 이러한 AI 모델을 역으로 활용해 뇌의 청각 정보 처리 메커니즘을 밝혀내기도 했습니다. MIT 연구팀은 인공지능이 소리를 분류하는 과정에서 인간과 유사한 오류 패턴을 보인다는 점을 발견했으며, 이를 통해 뇌가 최적의 성능을 내기 위해 이미 가장 효율적인 신경망 구조로 작동하고 있음을 증명했습니다. 뇌공학의 오랜 숙원 중 하나는 인간의 꿈이나 상상을 시각화하는 것이었습니다. 과거에는 동물의 시각 중추에 전극을 삽입하는 방식이었으나, 이제는 fMRI와 인공지능을 결합해 비침습적으로 뇌 속 이미지를 복원하는 수준에 이르렀습니다. 일본의 연구진은 피실험자가 꿈을 꿀 때의 뇌 활동 데이터를 분석해 꿈속에 등장한 사물을 70% 이상의 정확도로 맞히는 데 성공했습니다. 이는 인공지능이 뇌 신호라는 복잡한 데이터를 학습하여 인간의 내밀한 정신 활동을 구체적인 영상 정보로 번역해낼 수 있음을 보여주는 놀라운 사례입니다. 언어 재활 분야에서도 뇌공학은 혁신적인 변화를 예고하고 있습니다. 입 모양만으로 말을 인식하는 무성 언어 인식을 넘어, 이제는 말하는 상상만으로 음성을 합성하는 기술이 연구되고 있습니다. 뇌에서 발성을 담당하는 운동 영역의 신호를 딥러닝으로 분석하면, 실제 조음 기관의 움직임을 추정하여 소리를 만들어낼 수 있습니다. 이러한 기술은 성대 손상이나 마비로 인해 대화가 어려운 환자들에게 새로운 목소리를 찾아줄 수 있는 희망이 됩니다. 인공지능은 뇌의 미세한 전기 신호를 정교한 언어로 바꾸는 가교 역할을 수행하며 인간의 소통 능력을 회복시킵니다. 뇌의 작동 원리는 다시 인공지능의 성능을 비약적으로 높이는 영감이 됩니다. 공간을 인식하는 '격자 세포'의 원리를 모방한 AI 에이전트는 기존 모델보다 훨씬 뛰어난 경로 탐색 능력을 보여주었으며, 인간처럼 지름길을 찾아내는 전략을 스스로 학습했습니다. 또한 신경 세포를 보조하는 '성상교세포'의 역할을 인공 신경망에 적용하려는 시도도 이어지고 있습니다. 뇌과학의 발견이 인공지능의 구조적 한계를 돌파하는 열쇠가 되는 셈입니다. 이처럼 뇌와 AI는 서로의 비밀을 풀고 성능을 보완하며 함께 진화하는 공생 관계를 형성하고 있습니다. 일론 머스크의 '뉴럴링크'로 대표되는 브레인 3.0 시대는 뇌와 컴퓨터의 완벽한 결합을 꿈꿉니다. 두개골 내에 미세 전극을 삽입하여 뇌 신호를 무선으로 주고받는 이 기술은 인지 능력 강화와 기억력 향상을 목표로 합니다. 마치 라식 수술처럼 간편하게 뇌에 칩을 심어 외부 클라우드와 연결되는 미래는 더 이상 공상 과학 영화 속 이야기가 아닙니다. 물론 복잡한 '뉴럴 코드'를 완벽히 해독해야 하는 과제가 남아 있지만, 기술의 발전 속도는 인류가 예상한 것보다 훨씬 빠르게 뇌와 디지털 세계의 경계를 허물고 있습니다. 하지만 뇌공학의 궁극적인 지향점은 인간의 지능을 인위적으로 높이는 것보다 소외된 이들을 돕는 데 있습니다. 알츠하이머 환자의 기억을 돕기 위한 '해마 칩' 개발이나 시각 장애인을 위한 인공 망막 기술이 그 대표적인 예입니다. 기술 남용에 따른 윤리적 우려와 사회적 격차에 대한 논의는 반드시 필요하지만, 뇌공학이 질병과 장애라는 고통을 덜어줄 강력한 도구라는 점은 부정할 수 없습니다. 인공지능은 인간과 대립하는 존재가 아니라, 뇌의 신비를 밝히고 삶의 질을 높이는 든든한 동반자로서 우리 곁에 머물게 될 것입니다.

임창환

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[인생과학책 #4] 인생 과학영화 특집!

과학은 때로 영화라는 매체를 통해 우리에게 가장 강렬한 질문을 던집니다. 1999년 개봉한 영화 '매트릭스'는 우리가 인식하는 현실이 사실은 뇌로 전달되는 전기 신호에 불과할지도 모른다는 뇌과학적 화두를 던졌습니다. 주인공 네오가 가상 세계와 현실 사이를 오가며 겪는 혼란은 단순한 상상력을 넘어, 인간의 감각 체계가 어떻게 외부 세계를 해석하는지에 대한 과학적 고찰을 담고 있습니다. 이는 플라톤의 '동굴의 비유'처럼 오래된 철학적 질문을 현대 과학의 언어로 재해석한 명작으로 평가받습니다. SF 영화의 진정한 묘미는 미래 사회의 모습을 미리 엿보고 기술적 영감을 얻는 데 있습니다. '스타트렉' 시리즈는 1960년대라는 시대적 한계를 뛰어넘어 오늘날 우리가 일상적으로 사용하는 휴대폰이나 화상 통화 기술의 개념을 최초로 제안했습니다. 당시에는 거대한 무전기조차 생소했던 시절이었지만, 영화 속 상상력은 엔지니어들에게 새로운 목표를 제시하며 현실의 기술 발전으로 이어졌습니다. 미지의 영역을 탐구하고 불가능을 가능케 하려는 도전 정신은 과학과 공학이 지향해야 할 본질적인 가치를 잘 보여줍니다. 외계 지성체와의 만남을 다룬 영화 '컨택트'는 언어학과 물리학의 절묘한 조화를 보여줍니다. 이 영화는 고전역학적 사고방식에 익숙한 인류가 양자역학적 사고방식을 하는 외계 지성체와 소통하는 과정을 심도 있게 그려냅니다. 단순히 외계 지성체와의 전쟁을 다루는 기존의 SF 영화들과 달리, 사고방식의 차이가 어떻게 세계관의 변화를 가져오는지 철학적으로 접근합니다. 테드 창의 소설을 원작으로 한 이 작품은 미래를 인지하는 방식에 대한 새로운 시각을 제공하며, 과학이 인간의 인지적 한계를 어떻게 확장할 수 있는지 증명합니다. 기후 위기를 다룬 '투모로우'는 지구 온난화가 단순히 온도의 상승만을 의미하지 않는다는 사실을 경고합니다. 영화는 해류 순환의 중단으로 인해 오히려 급격한 빙하기가 찾아올 수 있다는 비가역적인 기후 변화의 가능성을 과학적 근거를 바탕으로 묘사했습니다. 눈보라에 뒤덮인 뉴욕의 풍경은 거대한 자연의 힘 앞에서 인간 문명이 얼마나 취약한지를 시각적으로 극명하게 보여줍니다. 이는 대중에게 환경 문제의 심각성을 일깨우는 동시에, 과학적 가설이 대중 매체를 통해 어떻게 사회적 메시지로 전달될 수 있는지를 잘 보여주는 사례입니다. 과학 영화는 복잡한 이론과 수식 속에 갇혀 있던 과학을 우리의 삶과 상상력의 영역으로 끌어내어 줍니다. 뇌과학부터 양자역학, 기후학에 이르기까지 영화 속 소재들은 우리가 세상을 바라보는 시야를 넓혀주는 훌륭한 길잡이가 됩니다. 영화적 상상력이 과학적 발견의 씨앗이 되고, 과학적 사실이 다시 영화의 탄탄한 서사가 되는 선순환은 인류의 지적 지평을 넓히는 데 기여합니다. 오늘 소개된 명작들을 통해 과학이 주는 경이로움을 다시 한번 느끼며, 우리 주변의 세계를 새로운 눈으로 탐구해 보시길 바랍니다.

박권, 박록진, 심원목, 이수영

카오스재단읽다과학

융합

[강연] 뇌공학의 미래와 사이보그의 탄생 by임창환 | 2016 가을 카오스 콘서트 '뇌 vs AI' 3부 | 3부 ②

영화 <트랜센던스>는 인간의 의식을 컴퓨터에 업로드하여 영생을 누리는 흥미로운 상상을 보여줍니다. 이러한 기술이 현실에서 가능해지려면 고도화된 인공지능과 이를 뒷받침할 슈퍼컴퓨터, 그리고 인간의 뇌에서 생각을 정밀하게 읽어내는 기술이 필수적입니다. 영화 속 주인공은 수많은 단어를 읽으며 발생하는 음성과 뇌파를 데이터화하여 인공지능을 학습시키는데, 이는 마치 알파고가 기보를 학습하듯 뇌의 시냅스 연결 강도를 디지털로 재현하는 과정과 유사합니다. 현대 과학은 이처럼 뇌의 복잡한 신경망 구조를 모방한 심층 신경망 기술을 통해 인간의 사고 과정을 데이터로 변환하는 연구를 지속하고 있습니다. 인간의 뇌는 약 1,000억 개의 뉴런을 단 20와트의 저전력으로 구동하는 지구상에서 가장 효율적인 하드웨어입니다. 반면 기존의 폰 노이만 구조 컴퓨터는 연산 장치와 메모리가 분리되어 있어 정보를 주고받는 과정에서 막대한 에너지 손실과 시간 지연이 발생합니다. 이를 극복하기 위해 뇌의 시냅스 구조를 모방하여 정보 처리와 저장이 동시에 일어나는 '뉴로모픽 칩' 연구가 활발히 진행 중입니다. 미국의 'SyNAPSE' 프로젝트와 같은 신경 모방 시스템은 인간 뇌의 효율성을 하드웨어적으로 구현하려는 시도로, 장차 자비스와 같은 고성능 인공지능 비서가 탄생할 수 있는 기술적 토대가 될 것입니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술은 뇌에서 발생하는 신경 신호를 해석하여 외부 기기를 제어하거나 의사를 전달하는 일종의 '뇌 번역기' 역할을 수행합니다. 이미 2000년대 초반부터 사지마비 환자의 운동 피질에 전극을 삽입하여 마우스 커서를 움직이거나 다관절 로봇 팔을 자유자재로 조종하는 실험이 성공을 거두었습니다. 이는 특정 동작을 상상할 때 나타나는 고유한 뇌파 패턴을 지문 인식처럼 데이터베이스화하여 실시간으로 대조하는 원리를 이용합니다. 이 기술은 운동 의도뿐만 아니라 주관적인 선택이나 감정 상태까지 읽어낼 수 있어, 의사소통이 어려운 환자들에게 새로운 삶의 기회를 제공할 것입니다. 우리의 뇌는 눈앞의 시각 정보가 시각 피질의 신경세포와 일대일로 대응하는 '시각 위상'이라는 독특한 특징을 가지고 있습니다. 이를 활용하면 사람이 현재 보고 있는 장면이나 심지어 꿈꾸는 내용까지 영상으로 재구성하는 것이 이론적으로 가능해집니다. 최근에는 뇌의 복잡한 굴곡을 따라 밀착되는 유연한 전극 기술이 개발되어 뇌 정보를 메모리 카드에 저장하거나 반대로 외부 정보를 뇌에 주입하는 연구도 탄력을 받고 있습니다. 실제로 쥐의 해마에 칩을 장착해 손실된 장기 기억을 복원하는 실험이 성공하면서, 인간의 인지 능력을 증폭시키고 난치성 뇌 질환을 치료하는 데 획기적인 전기가 마련되었습니다. 뇌공학과 인공지능의 결합은 미래의 교육 현장과 사회 구조를 근본적으로 변화시킬 잠재력을 지니고 있습니다. 학생의 집중도와 이해도, 감정 상태를 실시간으로 파악하는 인공지능 교사는 개별 학습자에게 최적화된 인터랙티브 교육을 제공할 수 있습니다. 하지만 기술의 비약적인 발전과 함께 뇌 정보 해킹, 기술 독점에 따른 사회적 불평등, 그리고 디지털화된 자아의 정체성 문제와 같은 윤리적 고민도 깊어지고 있습니다. 트랜스휴머니즘이라는 새로운 시대적 흐름 속에서 우리는 기술적 성취를 넘어 인간의 존엄성을 지키기 위한 사회적 합의와 윤리적 가이드라인을 정립하는 데 지혜를 모아야 합니다.

임창환

카오스재단카오스콘서트

뇌인지과학
융합

뇌신호

[인터뷰] 곽지현 _ 뇌에 정보를 입력시켜 바로 학습하는 게 가능!?🧠 ｜제30회 서울대 자연과학대학 공개강연

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