뇌공학자가 그리는 뇌의 미래

2020년 8월 28일, 일론 머스크는 ‘뉴럴링크’라는 뇌-컴퓨터 접속 장치를 전 세계 앞에 공개 시연했다. 이는 인간의 두뇌와 인공지능 간의 결합이 머지않은 현실임을 알리는 신호탄이었다. 인간의 뇌는 그 자체로 경이로운 시스템이고, 인간에 의해 발명된 인공지능은 인간의 불완전성을 보완했다. 그리고 이제 인간의 뇌는 인공지능과 연결되고 융합된다. 우리는 ‘융합지능’을 기대할 수 있게 되었고, 동시에 이 피할 수 없는 미래를 공부해야만 한다. 〈브레인 3.0〉은 총 3부로 구성돼, 인간이 지금까지 발전시켜온 뇌의 3단계 국면(인간지능→인공지능→융합지능)을 살펴본다. 저자는 지난 3년간 직접 강연했던 내용을 통해, 뇌과학과 뇌공학에 관한 최신의 전문적인 담론을 쉽고 친절하게 풀어낸다. 1부에서 다뤄지는 신경세포, 신경가소성 등 인간 뇌(브레인1.0)에 관한 지식은 2부의 인공지능(브레인 2.0)과 연결된다. 2부에서 다뤄진 인공지능 전반에 관한 친절한 설명은 다가올 미래인 융합지능(브레인 3.0)의 미래를 정확하고, 분명하게 이해할 수 있도록 돕는다. 뇌공학 분야에 대한 쉬운 설명과 미래에 대한 통찰이 동시에 담긴 이 책은 뇌공학의 현재와 미래에 대한 명쾌한 안내서다.

프롤로그

제1부
브레인 1.0, 경이로운 인간의 뇌

세상에서 가장 효율적인 컴퓨터
불완전한 존재, 인간
첫 번째 질문ㆍ두 번째 질문ㆍ세 번째 질문
네 번째 질문ㆍ다섯 번째 질문

제2부
브레인 2.0, 다른 두뇌의 가능성, 인공지능

인공지능의 끝없는 진화
여섯 번째 질문ㆍ일곱 번째 질문ㆍ여덟 번째 질문
아홉 번째 질문ㆍ열 번째 질문ㆍ열한 번째 질문
열두 번째 질문

제3부
브레인 3.0, 결합두뇌와 인공두뇌

전 세계 IT 리더들은 왜 뇌공학에 주목하는가?
인공지능과 결합하면 더 스마트해질 수 있을까?
우리 뇌기능을 보조하는 보조 인공두뇌는 가능할까?
뇌의 일부를 전자두뇌로 대체할 수 있을까?
마이크로칩을 이식해서 뇌 자극을 한다?
열세 번째 질문ㆍ열네 번째 질문ㆍ열다섯 번째 질문
열여섯 번째 질문ㆍ열일곱 번째 질문

에필로그
참고문헌

인간의 뇌가 ‘에너지 효율’만을 중요시하며 진화하다 보니 생존에 필수적이지 않은 기능에 있어서는 다른 동물이나 기계에 비해 불완전하거나 기능이 떨어지는 측면도 분명히 있습니다. 생존에 필수적이지 않으니 상대적으로 최적화가 덜 된 것으로 봐야겠죠. 그렇다 보니 인간의 뇌는 가끔 실수나 착각을 하기도 하고 여러 가지 질환에 취약하기도 합니다. 아마도 우리의 두뇌가 완전하다면 ‘뇌공학’이라는 학문은 존재하지 않았을지도 모릅니다. 뒤에서 자세히 살펴보겠지만 인간의 두뇌가 가지고 있는 불완전성을 어떻게 보완하느냐가 바로 뇌공학 분야에 던져진 과제라고 할 수 있습니다.
_세상에서 가장 효율적인 컴퓨터여러분은 뇌를 왜 연구해야 한다고 생각하세요? 강연을 다니면서 이 질문을 많이 던졌는데 도통 만족스러운 대답을 잘 듣지 못했습니다. 그런데 몇 년 전, 제 큰 딸이 다니던 초등학교 2학년 교실에서 일일 교사를 한 적이 있었는데요. 그때 제가 똑같은 질문을 던졌더니 맨 뒷자리에 앉은 똘똘해 보이는 남학생 하나가 손을 번쩍 들고 말하더군요. “뇌에 생기는 질병을 고칠 수 있고 뇌를 닮은 컴퓨터를 만들 수 있기 때문입니다.” 바로 제가 기대하던 답변이었습니다.
_첫 번째 질문 제가 말씀드린 두 가지 사례는 모두 우리의 뇌가 얼마나 환경에 잘 적응하는지를 보여주고 있습니다. 우리의 신체 장기와 뇌는 분명히 밀접하게 소통하고 있지만 달라진 장기에 우리의 뇌는 달라진 장기에 우리의 뇌는 생각보다 빠르게 적응할 수 있습니다. 마치 원래부터 우리가 갖고 있었던 신체의 일부인 것처럼 말이죠. 따라서 저는 우리의 뇌만 온전히 남아 있다면 전신이 기계로 대체된다고 하더라도 ‘인간’으로 볼 수 있다고 생각합니다. 우리의 마음은 심장에 있는 것이 아니라 뇌 속 깊은 곳에 자리 잡고 있기 때문입니다.
_두 번째 질문인간의 진화는 거의 멈춰 있는 반면 인공지능은 계속해서 진화를 거듭하고 있습니다. 앞서 살펴 본 챗봇의 사례 이외에도 페이스북에서 개발한 사람 얼굴 인식 인공지능인 ‘딥페이스Deep Face’는 사람의 얼굴 인식 수준을 이미 따라잡았습니다. 알파고를 만든 구글 딥마인드는 이제 우리나라의 국민 게임인 스타크래프트에 도전장을 내밀었고, ‘알파스타’라고 불리는 이 인공지능 플레이어는 게임 스타크래프트 2에서 유명 프로게이머들을 제치고 ‘그랜드 마스터’ 레벨(상위 0.2%)에 등극했다고 합니다.
_인공지능의 끝없는 진화머신러닝을 이용한 패턴 인식 기술의 발전으로 개인차가 큰 필체 인식이나 음성 인식이 가능해졌고, 인공지능 컴퓨터 시스템인 IBM의 왓슨은 철옹성처럼 여겨졌던 의사의 권위에 도전하고 있습니다. 법률 분야에서는 인공지능 기술이 접목된 판례 검색 소프트웨어가 보급되어 법률 관련 사무원의 업무를 대체하고 있습니다. 여러분들이 접하는 금융이나 스포츠 관련 기사들 중에는 인공지능 기자가 쓴 기사를 어렵지 않게 찾아볼 수 있게 됐습니다.
_여섯 번째 질문기계가 의식을 가질 수 있느냐라는 질문은 아주 철학적인 질문이기도 하고 연구자마다 다른 다양한 답이 나올 수 있는 질문입니다. 하지만 저는 개인적으로 ‘인공지능 기술이 인간을 모방하는 방향으로 계속 발전한다면 언젠가는 가능하지 않을까’라는 생각을 갖고 있습니다. 그렇기 때문에 인공지능이 어떤 판단을 내렸을 때, 왜 그러한 판단을 내리게 되었는지를 인공지능 스스로가 설명할 수 있다면 저는 그 인공지능이 의식을 가진 것으로 봐도 되지 않을까 생각합니다.
_열한 번째 질문 쉬운 일은 아니겠지만 언젠가 뇌와 인공지능을 결합할 수도 있겠다는 생각이 들게 하는 여러 연구들이 있습니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 분야에서 가장 앞서 가는 국가인 미국에서는 원숭이의 뇌에 바늘 형태의 전극을 이식하고 생각만으로 로봇팔을 움직이는 실험에 성공했었죠. 이에 대해선 1부에서 다뤘었습니다. 2004년에는 브라운대학교 연구팀이 매슈 네이글이라는 사지마비 환자의 대뇌 운동피질에 100개의 작은 바늘이 달려 있는 전극을 집어넣고 생각만으로 마우스 커서를 움직이게 하는 데 성공했죠. 8년 뒤인 2012년에는 역시 브라운대학교 연구팀이 마우스 커서 조작 대신 생각만으로 로봇팔을 움직이게 하는 데 성공했습니다.
_우리 뇌기능을 보조하는 보조 인공두뇌는 가능할까?강연을 다니면서 가장 많이 받는 질문은 “언제쯤이면 SF영화에서처럼 인간 뇌의 일부를 전자두뇌로 대체할 수 있을까요?”라는 질문입니다. 영혼 없이 100년 뒤라고 대답할 수도 있겠고, 미래학자도 아닌 제가 어떻게 알겠느냐고 반문할 수도 있겠지만 언젠가부터 저는 20~30년 뒤에 그러한 세상이 오더라도 전혀 이상하지 않을 것 같다고 답변합니다.
_에필로그

“인류의 미래는 AI와 뇌공학이 바꾼다”
인간지능→인공지능→융합지능으로 나아가는 뇌
수십 년 후, 당신의 뇌는 이미 달라졌을 것이다. 2020년 8월 28일 전 세계 10만 명의 이목이 유튜브 스트리밍에 집중됐다. 일론 머스크가 2017년 설립한 뇌공학 스타트업 기업 ‘뉴럴링크’의 기술을 발표하는 순간을 시청하기 위해서였다. 일론 머스크는 그간 인간의 뇌와 AI를 연결하겠다는 그의 원대한 포부를 밝혀왔다. 이날 돼지의 뇌에 전극을 이식해 컴퓨터와 소통하는 기술이 성공적으로 시연됐고, 동시에 그의 포부는 허무맹랑한 것이 아니라, 인류가 맞이할 새로운 혁신이자 현실임이 증명됐다.
〈브레인 3.0〉은 일론 머스크가 추진하고 있는 인간지능과 인공지능의 결합을 ‘융합지능’이라고 부르며, 이를 인간 뇌 발전의 제3단계 국면으로 바라본다. ‘인간의 뇌(브레인 1.0)’는 그 자체로 경이로운 시스템이다. 이러한 뇌를 가진 인간은 ‘인공지능(브레인 2.0)’을 발명하면서 인류 문명의 변화를 불러일으켰고, 이제는 그 인공지능을 인간의 뇌와 결합하면서, ‘융합지능(브레인 3.0)’이라는 뇌공학 발전의 새로운 판도가 열리고 있다.
누군가는 인공지능이 아직도 한창 개발 중인 지금, 벌써 ‘융합지능’을 이야기하는 것은 섣부르다고 생각할지도 모른다. 그러나 세계적인 시사주간지 『타임』지는 2036년이면 인공지능의 지적 능력이 인간을 뛰어넘을 것으로 예상했고, 〈브레인 3.0〉의 저자는 SF영화에서처럼 인간 뇌의 일부가 전자두뇌로 대체되는 세상이 20~30년 뒤에 오더라도 전혀 이상한 것이 아니라고 말한다.
〈브레인 3.0〉은 뇌과학과 뇌공학 분야 최신의 연구 성과를 소개하며, 관련 분야의 진전 상황을 생생하게 보여준다. 인공지능은 자체학습 기능인 머신러닝(machine learning)과 강화학습을 통해 진화를 계속 거듭하고 있다. 인공지능은 의료, 법률, 음악, 미술 등 분야를 가리지 않고 적용 범위가 확장되고 있으며, 자의식을 지닌 인공지능도 현실화 중에 있다.
2016년 오하이오주립대학교 연구팀은 신경이 끊어져서 팔 아랫부분을 움직이지 못하는 환자의 팔에 전기자극을 가할 수 있는 전극을 붙인 다음 생각만으로 팔을 움직일 수 있게 했다. 이어 같은 해 피츠버그대학교의 연구팀은 로봇의 손가락에 압력센서를 부착한 다음, 손가락을 건드리면 대뇌 감각피질에 전기자극이 가도록 어떤 손가락을 건드렸는지를 알아내게 하는 실험에 성공했다. 이처럼 인간의 뇌는 인공지능을 통해 나날이 변화하고 있다. 〈브레인 3.0〉은 인간과 긴밀히 연관된 뇌공학 분야의 핵심 지식과 변화상을 정확하고 알기 쉽게 전달하는 책이다.『뇌를 바꾼 공학, 공학을 바꾼 뇌』, 『바이오닉 맨』의 마지막 후속작
3년간 백여 개의 강연을 정리한 친절한 뇌공학 입문서 인간의 의식과 감정은 뇌와 긴밀히 연결돼 있다. 저자는 “우리의 뇌만 온전히 남아 있다면 전신이 기계로 대체된다고 하더라도 ‘인간’으로 볼 수 있다고 생각한다”며 “우리의 마음은 심장에 있는 것이 아니라 뇌 속 깊은 곳에 자리 잡고 있다”고 말한다. 인간의 뇌에 있는 860억 개의 신경세포는 전기신호를 주고받으며, 인간의 수많은 생각과 감정을 처리하고 저장한다.
따라서 뇌과학과 뇌공학을 이해하는 것은 인간을 깊이 이해하는 일과 다르지 않다. 뇌과학을 통해서 이해된 인간의 뇌는 인공지능을 비롯한 새로운 과학기술의 원천이 된다. 동시에 이처럼 뇌를 개발하는 뇌공학 기술은 치매나 PTSD, 우울증 등 뇌와 관련된 질환을 치료하는 중요한 역할을 담당한다.
뇌공학 기술의 발전으로 인해 이제는 인간의 뇌와 인공지능을 결합한 ‘융합지능’의 시대가 도래하고 있다. 이는 인류의 미래를 개선하는 중요한 기회일 수도 있고, 또는 기계에 의한 인류의 종속이라는 전대미문의 혼란을 일으키는 원인이 될 수도 있다. 이와 같은 새로운 변화의 국면에서, 오늘날 현대인은 뇌과학과 뇌공학을 공부하며 다가올 미래를 예측하고 대비해야만 한다.
〈브레인 3.0〉은 뇌공학자인 저자가 직접 2017년부터 2019년까지 3년 동안 직접 백여 번 강연 했던 내용과 청중들과의 질의응답을 바탕으로 쓰인 책이다. 청소년과 일반인을 대상으로 한 강연답게, 저자는 중학생 이상이라면 누구나 이해할 수 있는 쉬운 설명으로 뇌공학이라는 전문 지식을 흥미롭게 전달한다. 저자는 ‘신경세포, 신경가소성, 강인공지능, 뇌-기계인터페이스 등’의 전문적 내용을 빼놓지 않고 전달하면서도, 기본 지식이 없어도 이를 누구나 소화할 수 있도록 친절히 설명한다. 이 책은 뇌공학의 현재와 미래를 쉽고 빠르게 이해하고 싶은 이에게 추천할 수 있는 효과적인 입문서다.〈브레인 3.0〉은 뇌공학자인 저자의 베스트셀러인 『뇌를 바꾼 공학, 공학을 바꾼 뇌』(2015), 『바이오닉 맨』(2017)의 후속작으로 뇌공학 3부작의 마지막 편이다. 이 책에는 지난 책의 출간 이후 등장한 뇌공학 분야의 최신 연구와 트렌드가 압축돼 있다. 또한 저자는 이 책을 통해 인공지능과 융합지능이 야기할 수 있는 사회구조의 변화와 갈등 지점을 예측하며, 앞으로 다가올 변화상을 입체적으로 조망할 수 있도록 인도한다.