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Next Tech 2030
뇌형 컴퓨터, 스스로 판단
정보통신연구기구, 마음의 움직임도 분석

인간의 뇌는 스스로 학습해 판단하고 다양한 문제를 해결할 수 있다는 점에서 우수하다. 게다가 인공지능(AI)과 같이 대량의 데이터를 학습하지 않아도 된다. 이러한 특징을 인공적으로 실현하기 위해 정보통신연구기구는 인간의 뇌를 컴퓨터로 재현하는 연구를 추진하고 있다. 뇌의 기능 모델 프로그램을 2030년 이후에 만든다는 계획으로, 미래에는 스스로 생각하고 행동하는 컴퓨터와 로봇이 실용화될 가능성이 있다.

현재의 AI는 영상 등의 데이터를 학습해야 한다. 예를 들어 고양이나 개를 인식하기 위해서는 대량의 데이터가 필요하다. 또한 AI는 학습을 통해 ‘귀엽다’ 등의 감정을 느낄 수 없다.

사람은 몇 번 본 것만으로도 고양이를 인식하고 자발적으로 귀여워한다. 고양이가 하천에 빠질 뻔한 상황에서는 구해야 한다고 판단해 하천으로 뛰어들기도 한다. 만약 AI가 탑재된 로봇에게 고양이를 구하도록 명령할 경우 ‘고양이가 물에 빠지는 것은 비정상적임으로 도와주어야 한다’ 등 모든 상황을 학습시켜야 해 범용성이 없다.

사람은 자발적인 판단을 뇌에서 어떻게 처리할까? 이것을 밝히기 위해 정보통신연구기구 뇌정보통신융합연구센터의 야나기다(柳田) 연구센터장 팀은 뇌파 등을 측정하는 기능적자기공명영상장치(fMRI)로 뇌의 정보를 읽어 모델을 만드는 연구를 추진하고 있다.

피험자에게 한 영상을 보이고 뇌의 반응을 fMRI로 판독하면 반응은 뇌의 부위별로 각각 약 1만개 수치의 조합으로 표시된다. 연구팀은 이 작업을 반복해 얻은 데이터를 바탕으로 영상 데이터를 입력하면 반응을 수치로 바꾸는 뇌의 모델을 만들었다. 출력된 수치를 판독하면 본래 영상을 어느 정도 재현할 수 있다. 영상에 무엇이 어떻게 비춰지고 있는지를 문장으로 표시하는 실험에도 성공했다.

현재 연구팀은 피험자가 영상을 봤을 때 영상의 내용뿐만 아니라 그에 대한 마음의 움직임도 분석하는 모델을 만들고 있다. 최신 성과로는, 예를 들어 어린이 영상을 입력하면 ‘귀엽다’ ‘지켜주고 싶다’ 등의 마음의 움직임을 문장으로 재현하는데 거의 성공했다. 세계 최초의 성과라고 한다.

연구팀은 앞으로 가치 판단과 의사 결정 등 인간 뇌의 모든 기능을 재현하는 것을 목표로 한다. 완성된 모델을 이용한다면 인간처럼 스스로 학습해 복잡하고 다양한 문제에 대응할 수 있는 컴퓨터가 실현될 것이라고 한다. 연구팀은 완성된 모델을 통해 인간이 개성을 갖는 이유를 해명하고 컴퓨터에 개성을 갖도록 하는 것도 목표로 하고 있다.

연구팀은 뇌형 컴퓨터 개발을 추진하는 것은 인간이 AI에게 조종당하는 것에 대한 두려움 때문이라고 한다. 현재 AI는 상품 추천 등 우리 생활에 편리한 서비스를 지원해주고 있다. 하지만 그 이용 목적에는 대기업들이 인터넷사이트 등을 통해 고객 데이터를 손에 넣으려는 것도 포함되어 있다. “AI가 널리 보급되면 될수록 인간의 획일화가 추진될 가능성이 있다”라고 야나기다 연구센터장은 지적한다.

뇌형 컴퓨터가 완성된다면 독자적으로 학습하고 판단해 인간과 소통할 수 있을 것이다. 연구팀은 컴퓨터가 개성을 갖게 되어 가치관의 획일화를 방지할 수 있을 것이라고 한다. 야나기다 연구센터장은 “우리의 연구는 인간의 개성을 지키는 도전이다”라고 말한다.

-- 소비전력 절감에 기대 --
뇌형 컴퓨터가 실현될 경우 또 하나의 이점으로서 기대되고 있는 것이 낮은 소비전력이다. 현역 세계 1위의 바둑기사에게 승리해 화제가 된 영국 딥마인드의 AI 프로그램 ‘알파고’는 당시 25만와트의 전력을 사용했다고 한다. 반면 인간의 뇌가 필요로 하는 전력은 그 1만분의 1 이하이다. 뇌 구조를 모방한 뇌형 컴퓨터도 초 저소비 전력을 실현할 수 있을 것으로 예상되고 있다.

AI를 움직이는 일반적인 CPU(중앙연산처리장치)는 일부만을 움직이는 것은 어려워 전체가 가동되지 않으면 계산이 불가능하다. 하지만 뇌는 많은 신경세포 가운데 계산에 필요한 것만이 기능하기 때문에 소비전력을 낮출 수 있다.

야나기다 연구센터장팀은 인간 뇌의 온도를 높은 정밀도로 측정하는 기술을 개발해 뇌가 쉬고 있을 때와 생각하고 있을 때의 온도 차이를 계산했다. 생각하고 있을 때의 소비전력이 1와트 많았다. 뇌는 소형 전구보다 적은 전력으로 복잡한 사고를 하고 있는 것이다.

AI와 슈퍼컴퓨터는 성능이 높아질수록 소비전력이 커져 전기료가 증가한다. 컴퓨터는 종류에 따라 그 용도가 다르기 때문에 다른 컴퓨터가 대응하기 어려운 타입의 계산을 뇌형 컴퓨터가 대체한다면 비용을 낮출 수 있을 것이다.

▶ 뇌형 컴퓨터 개발의 역사

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