뇌과학과 AI의 미래: 생물학적 뉴럴 네트워크와의 연결

뇌 과학과 뉴럴 링크를 통한 뇌-기계 인터페이스 연구의 중요성과 윤리적 문제에 대해 설명합니다.

### 뇌-인터페이스: 살아있는 신경망과 기계의 연결
*🧠MIT의 에드워드 보이든 교수는 생물학적인 뉴럴 네트워크와 아트피셜 뉴럴 네트워크를 연결하는 것이 21세기 동안의 중요한 이슈 중 하나라고 강조했습니다.
*🧪인공 햄마 칩이란 해마의 기능을 대체하는데 사용되며, 알츠하이머 환자들을 위한 기술로 개발되고 있습니다.
*⚡인체로의 이식은 미국과 중국, 일본에서만 가능하며, 뇌에 삽입하는 형태의 뇌 컴퓨터 인터페이스는 현재 두 나라에서만 시행됩니다.
*🌈인간 뇌의 시각 피질의 신호를 읽어내어 영상으로 만들 수 있으며, 뇌에 직접 삽입을 한 경우 부작용이 적은 것으로 알려져 있습니다.
*💊이를 이용해 우울증 환자에게 전자 약을 적용시키는 등 다양한 응용이 이루어지고 있으며, 이는 전자 약이라고 불립니다.
*🕹️최근에는 2D 신경망을 이용한 생물학적 신경망을 만들어 게임을 하는데 성공했으며, 이를 통해 인공적인 뇌와 연결하는 기초적인 단계로 진행 중입니다.
*💉뇌 자극 기계(DBS)는 파킨슨병이나 우울증과 같은 질환의 치료에 사용되며, 앞으로 중증 우울증 환자 등에게 이식을 하는 것에 대한 윤리적 문제가 제기되고 있습니다.
*💭이러한 연구는 앞으로 살아 있는 뇌와 우리가 만든 인공신경망이 자연스럽게 연결될 수 있을지에 대한 가능성을 제기합니다.

###뇌 연구의 미래 가능성과 혁신
현대 뇌 과학에서 중요한 이슈 중 하나는 생물학적 뉴럴 네트워크와 인공적인 뉴럴 네트워크를 연결하는 것이라고 합니다. 이것은 현재로서는 완벽한 인공 뇌를 자연 뇌로 대체하는 것은 어렵지만 일부 기능을 대체할 수 있는 가능성이 있습니다. 예를 들어 해마 칩을 통해 기억을 대체하거나 복구하는 연구가 진행 중입니다. 이러한 뇌 연구는 미래에 더 많은 혁신을 이끌어낼 수 있는 중요한 분야입니다.

###뇌 컴퓨터 인터페이스 기술과 알츠하이머 환자들
해마 부분이 손상된 실험쥐에게 해마 신호를 입력으로 사용하여 우회 통로를 만들었는데 이로써 손상된 부분을 우회시켜 기억력을 회복시켰습니다. 또한 정상적인 해마를 가진 쥐에게도 해마 칩을 집어넣었더니 기억력이 향상되었습니다. 이러한 기술은 알츠하이머 환자들을 위해 개발 중이며 뇌의 여러 부분이 위축되는 알츠하이머 환자들에게는 해마 삽입이 삶의 질을 향상시킬 수 있습니다. 뇌 컴퓨터 인터페이스 기술은 미국과 중국, 일본에서만 실험적으로 시행 중이며 미국과 일본에서는 한 두 명에게 실험을 허용하고 있는 반면 중국에서는 더 많은 실험을 시행하고 있습니다. 이러한 뇌 컴퓨터 인터페이스 기술은 알츠하이머 환자들에게 효과적일 수 있으나 뇌에 직접 장치를 이식하는 것은 윤리적인 문제와 안전 문제로 논란이 됩니다. 미국의 유시 버클리 대학에서는 고양이에게 시각 피질 부위에 177개의 전극을 삽입하여 시각 정보를 복원하는 실험을 진행한 적이 있습니다.

###뇌의 시각 피질과 뇌신호 영상화 가능성
동영상에서 오른쪽은 고양이 눈에서 영상을 얻는 반면, 왼쪽은 고양이 뇌의 신호를 이용한 영상입니다. 뇌의 시각 피질은 시각 위상을 가지며 각 픽셀은 뇌의 신경 세포와 일대일 대응됩니다. 뇌에 정밀하게 신호를 읽어내면 영상으로 만들 수 있으나 칼라 영상 제작은 현재 기술로는 어렵습니다. 뉴럴링크를 통해 시각 피질에 전극을 삽입하고 자극을 주어 뇌에 시각을 제어하는 기술은 가능하나 안전 문제와 면역 반응이 거의 없는 특성 때문에 위험성이 높아 이에 대한 논의가 필요합니다.

###뇌에 삽입된 전자 약의 효과
머리에 바늘 형태로 물리적 자극을 주는 행위는 위험할 수 있으며 부작용을 일으킬 수 있습니다. 최근엔 뇌를 자극하여 강박증 및 다른 뇌 질환을 치료하는 연구들이 진행 중이며 전자 약이라고 불리는 이러한 기술이 개발되고 있습니다. 이는 외부에서 뇌에 상시적으로 자극을 가해 증상을 완화시키거나 치료하는 목적으로 사용됩니다. 대표적인 전자 약은 헤드밴드 형태의 장비로 머리에 착용하여 뇌를 자극하는데, 우울증과 같은 질환에 효과가 있음이 입증되어 병원에서 처방될 수 있습니다. 뇌공학 분야에서는 뇌를 인공적으로 만들어내는 연구도 진행 중이며 이는 생물학적인 신경망과 인공신경망을 결합하는 중요한 주제 중 하나입니다.

###인공적인 뇌와 컴퓨터 인공신경망 연구
인공적인 뇌를 실험실에서 연구하고, 2차원 평면상에 신경 세포를 배양하여 생물학적인 신경망을 만들었습니다. 이러한 연구는 신경세포의 활동을 읽거나 뇌를 자극할 수 있는 전극 배열을 통해 가능해졌습니다. 이 신경망은 컴퓨터 게임인 '퐁'을 할 수 있을 정도로 발전했는데, 감각 세포와 운동 세포를 구분하고 상대적인 위치에 따라 다른 전기 자극을 통해 학습하였습니다. 또한 예측 가능한 자극을 좋아하고 예측할 수 없는 자극에 대해 극도로 싫어하는 특성을 가지고 있었으며, 이러한 특성을 이용하여 게임을 학습하였습니다.

###인공지능 연구의 현황과 미래 가능성
인공 신경망 기술과 네이로사이언스 분야에서의 연구가 더 혁신적으로 발전하고 있습니다. 최근에는 인공지능과 생체 내부를 연결하는 연구가 진행되고 있습니다. 이 연구는 현존하는 기술을 더욱 발전시켜 살아있는 세포와 인공지능이 연결될 수 있는 가능성을 모색하는 중요한 단계입니다. 이러한 연구는 실제 환자들에게 적용되는 기존의 기계 장치와도 관련이 있습니다. 이중에는 딥 브레인 스티뮬레이션(DBS)이라는 뇌 신경 자극 기술이 있습니다. 이 기술은 파킨슨병 등의 신경계 질환을 가진 환자들에게 전기 자극을 통해 증상을 완화시키는데 사용되는데, 이러한 기술의 발전과 응용을 통해 뇌와 기계 간의 연결을 더 깊이 연구하고 있습니다.

###뇌과학 기술의 윤리적 문제
뇌 자극 기술은 도파민 생성으로 인해 기분을 좋아지게 할 수 있으며 우울증 등에 대한 대안적 치료 연구 중입니다. 그러나 이것은 윤리적 문제를 불러일으키며 인위적인 쾌락을 만들어내는 것은 올바르지 않다는 견해가 일반적입니다. 1950년대의 실험은 쥐에게 쾌락을 제공하는 장치를 구현했지만 굶어죽는 결과를 초래했으며 인간은 이성적으로 충동을 통제할 수 있는 능력을 가지고 있기에 뇌 자극 기술의 윤리적 측면에 대해 심사숙고해야 합니다. 뇌와 뇌의 인터페이스 기술은 손가락 움직임을 의도를 읽어내는 기술과 뇌를 자극해서 손가락을 움직일 수 있게 하는 기술을 연결시킨 것에 불과하며 큰 의미는 없습니다.

###뇌를 연결하다: 상징적 실험과 미래 전망
두 개체의 뇌를 연결하는 실험은 학문적인 목적보다는 호기심과 흥미를 위해 수행됩니다. 이러한 뇌 연결은 뇌파와 신호를 이용하여 인터넷을 통해 이루어지며 '브레인 네트워크' 기술이라고 불립니다. 이러한 실험과 기술은 텔레파시와 같은 인간의 본능과 더 높은 수준의 지능 혹은 마인드 업로딩과 같은 상상력을 자극합니다. 이에 대한 영화적 표현으로는 '트랜센던스'가 있으며 인간의 뇌를 컴퓨터에 업로드하여 초월적인 경험을 다루는 이야기입니다. 하지만 현재 기술로는 구조적인 정보는 전달되지만 연결성 정보는 알 수 없습니다.

###신경 세포를 이용한 컴퓨터 시뮬레이션 연구
박사가 읽는 단어마다 목소리 정보와 뇌파 정보를 활용하여 신경망을 학습시키는 커넥텀 이론이 소개됩니다. 이론은 연결성 지도를 컴퓨터에 업로드하고 개체를 시뮬레이션할 수 있다는 것을 가정합니다. 예쁜 꼬마 선충을 대상으로 연구된 결과, 컴퓨터에서 시뮬레이션 가능하다는 가능성을 제시합니다. 302개의 신경 세포와 7,000개의 연결성 정보가 컴퓨터에 업로드되면 레고 로봇이 프로그램 없이 움직일 수 있습니다. 이론적으로는 인간의 뇌 정보를 컴퓨터에 업로드하여 개체를 시뮬레이션할 수 있는 가능성이 제기됩니다. 동물의 신경망과 인공지능을 결합한 연구도 이루어지고 있습니다.

###뉴럴링크 기술과 미래 전망
최근에 뉴럴링크 기술을 활용해 더 뛰어난 성능의 뇌-컴퓨터 인터페이스가 가능하며 자율주행 자동차 등의 혁신적인 응용이 가능해졌습니다. 뇌질환 치료 및 장애인의 삶의 질 향상을 위한 연구가 주목을 받고 있으며 뇌-컴퓨터 인터페이스와 관련된 기사를 이해하기 쉽게 도와주는 책을 추천했습니다. 끝으로 회의를 마무리 지었고 참석자들에게 감사의 마음을 전했습니다.

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뉴럴링크를 통해 가능한 현실?! 앞으로의 미래와 전망은? 뉴럴링크 2부 (한양대학교 임창환 교수)

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