글로벌 IT기업 구글이 사람 뇌 지도를 그리는 연구에 몰입하고 있다. 사람 뇌가 작동하는 원리를 이해하고, 최종적으로 이를 활용해 인공지능(AI)에 혁신을 일으키겠다는 목표다.

구글코리아는 28일 강남구 역삼동 구글코리아 사옥에서 구글 AI 포럼을 열고 ‘연결체학(Connectomics)’ 연구를 소개했다. 이번 포럼은 바이렌 자인 구글 연구과학자가 화상 강연으로 진행했다.

연결체학은 신경계에서 신경망 구조를 매핑(mapping)해 뇌지도인 ‘커넥톰(Connectome)’을 완성하는 학문이다. 이를 통해 사람 뇌가 작동하는 원리를 더 잘 이해하는 것을 목표로 한다. 구글은 4년 전부터 연결체학과 커넥톰 완성을 위해 활발하게 연구를 진행해왔다. 연구결과가 AI와 머신러닝 분야에서 새로운 기술을 창출하며 혁신을 일으킬 것이란 기대감에서다.

커넥톰은 뇌에서 뉴런과 뉴런이 연결되는 것을 이미지화해 보여주는 뇌지도다. 지금껏 뇌지도 완성이 어려웠던 이유는 해석해야 하는 데이터 양이 워낙 방대해서다. 신경망 구조를 매핑하려면 먼저 나노미터 해상도로 뇌 조직을 3D이미지로 생성해야 한다. 이러한 이미지의 높은 해상도 때문에 1입방밀리미터의 작은 뇌 조직에서도 1000테라바이트(TB) 크기의 데이터가 생성될 수 있다.

자인 과학자는 이 어려움을 컴퓨터에 비유해 설명했다. 수십개 케이블로 연결된 컴퓨터를 케이블로 이해하려고 하는 것과 비슷하다는 얘기다. 그런데 케이블 하나의 연결을 파악하는 데만 40~50시간 이상이 걸린다. 문제는 사람 뇌에는 100억개 이상의 뉴런이 존재한다는 것이다. 따라서 방대한 데이터를 해석하는 과정을 효율적으로 자동화하는 기술 등장이 필수적이라는 설명이다.

이에 구글은 막스 플랑크 신경생물학연구소와 공동으로 연구한 결과를 네이처 메소드지에 발표하기도 했다. ‘플러드필링네트워크(Flood-Filling Network)’ 기술을 사용해 자동화 데이터 해석 정확도를 10배 이상 개선할 수 있다는 내용이다.

자인은 구글이 이러한 기술로 이미 금화조 뇌 일부를 매핑하는데 성공했다고 밝혔다. 독특한 울음소리를 가진 금화조는 이를 부모에게 배운다. 그는 “흥미로운 것은 이러한 학습 형태가 머신러닝 알고리즘과 비슷하다는 사실이다”라고 말했다.

구글은 올해 말까지 초파리 뇌 전체 연결을 그리는 작업을 완료한다는 계획도 밝혔다. 크기가 작은 생물 뇌부터 시작해 사람 뇌까지 점차 연구 범위를 넓혀간다는 설명이다. 사람 뇌 지도가 완성되는 시점에 대한 질문에 자인은 “사람 뇌 지도를 완성하려면 지금부터 5~6년 동안 매해 10배 이상의 수준으로 기술이 발전해야 한다. 하지만 현실적으로 가능성이 낮다”며 “적어도 10년 이상은 걸릴 것”이라고 전망했다.

민간 기업인 구글이 이토록 기초과학 연구에 힘을 쏟는 이유에 대해 자인은 “사람 뇌의 기본원리를 이해하는 것이 궁극적으로 AI에서 새로운 아이디어와 기술을 창출할 수 있기 때문”이라고 설명했다. 하지만 그 기술이 무엇이고, 시점이 언제인지 예측하기는 어렵다는 생각을 보였다. 그는 “1990년대에 게놈 프로젝트에 많은 투자를 했지만 실제 의료에 적용되기까지 오랜 시간이 걸렸다”며 “정확한 예측은 어렵지만 우리 연구가 궁극적으로 기초과학과 의학에 기여할 수 있었으면 하는 바람이다”라고 덧붙였다.

[테크M = 곽예하 기자(yeha1798@techm.kr)