김경진 한국뇌연구원장 “한국 뇌과학, 중소강국 10위권 진입 기대”

최근 인공지능기술이 빠르게 발전하면서 사람의 마음과 의식을 이야기한 뇌연구도 활발하게 진행되고 있습니다. 미국 전기차업체 테슬라는 인간의 뇌에 초소형 인공지능칩을 심고 사람의 생각과 기억을 컴퓨터와 공유하는 기술개발을 추진하고 있습니다. 페이스북은 머리에서 뇌파를 읽어 들여서 단어를 입력하는 기술을 개발하고 있는데요. 이런 상황에서 우리나라의 노과학 발전은 어디까지 진행됐는지 궁금해집니다.

오늘 더리더는 한국뇌연구원의 김경진 원장님을 모셨습니다. 뇌과학 연구개발 현황과 우리나라 뇌과학 발전을 위한 과제에 대해 얘기 나눠보겠습니다.

출연: 김경진 한국뇌연구원장
대담: 최남수 머니투데이방송 대표

한국뇌연구원은 우리나라 뇌과학의 중추적인 출현 연구소


Q. 한국뇌연구원, 어떤 일을 하는 곳인지 궁금한데요?

A. 한국뇌연구원은 미래창조과학부의 소속기관입니다. 2011년 12월에 설립됐고요. 역사가 비교적 짧은 연구소고요. 현재 대구광역시 첨단복합단지 내에 있습니다. 한국뇌연구원은 현재 170명 정도의 소규모 중소기업 규모의 연구원입니다. 크게 봐서 연구개발부는 두 개가 있는데요. 뇌신경망연구부와 뇌질환연구부로 구성돼 있습니다. 우리나라에서 뇌과학 발달사를 보면 자생적이었습니다. 그래서 뇌과학을 연구하는 대부분의 연구자들은 대학에 다 계십니다. 따라서 한국뇌연구원은 우리나라 뇌과학의 중추적인 출현 연구소로 대학에 있는 개별 과학자들과 경쟁적으로 일하기보다 오히려 그분들의 연구를 저희가 도와주고 균형된 뇌과학의 생태계 발전을 도모해야하기 때문에 우리나라를 대표할만한 거대과학이랄까요, 큰 국가의 프로젝트를 하는 것을 목표로 삼습니다. 저는 그것을 big science라고 부르고요. 한국뇌연구원은 그동안 나라에서 많은 투자를 해서 고가의 장비도 있고 고사양의 좋은 기계들이 많기 때문에 거기에 접속해서 많은 연구자가 활용할 수 있도록 물리적인 벽을 낮추는 그런 일을 하려고 합니다. 저희들은 open science, 열린 과학 혹은 개방 과학이라고 얘기합니다. 그 뿐만 아니라 화학적으로 좋은 융합연구를 수행해야하기 때문에 그런 연구를 저희들은 융합과학이라고 부르고 있고요. 그래서 뇌과학은 종합과학의 면모와 융합과학의 면모를 가지고 있습니다.

Q. 뇌과학, 정의를 한다면 어떻게 정의할 수 있을까요?

A. 현대 뇌과학은 그렇게 오래된 학문은 아닙니다. 현대 뇌과학의 기틀을 잡은 사람을 두 사람 들고 싶은데요. 20세기 초반에 스페인에 카할이라는 신경해부학자와요. 또 다른 한 분은 영국에서 활동했던 찰스 쉐링턴이라는 분이 있는데 전기생리학자였습니다. 이 두 분이 현대 신경과학의 주춧돌을 놓았다고 생각되는데요. ‘뇌는 고등생물에서 아주 복잡하지만 그 기본단위는 신경세포다. 뉴런이다’라는 독트린을 20세기 초반에 발표했습니다. 뇌는 글자 그대로 뇌과학은 뇌를 연구하는 학문입니다. 사람의 뇌는 멜론 크기만 합니다. 2.3에서 2.5kg 되고 멜론 크기만 한데 그 뇌 속에는 한 1000억 개의 신경세포가 있다고 알려지고 있기 때문에 그 복잡성이 대단한 거죠. 따라서 학문의 발전은 상당히 더뎠는데요. 밤하늘에 빛나는 수많은 별들 수가 약 1000억 개나 된답니다. 그래서 뇌를 저희들은 소우주라고 얘기하는 거죠. 한 가지 재미있는 특징은 신경세포는 혼자서 일하지 않습니다. 늘 다른 신경세포와 같이 일하는데요. 신경세포와 신경세포가 만나는 그 접점을 연접이라고도 하고 시냅스라고 얘기하는데요. 그 사이를 통해서 전기화학적인 신호를 주고받으면서 정보처리를 합니다. 컴퓨터의 집적회로하고 비슷하게 뇌 속에 있는 많은 신경세포는 신경망을 이루면서 이루고 있는 거죠. 뇌역할을 신경계에서 얘기하라면 모든 생명현상을 지배한다고 볼 수 있습니다. 대뇌피질에 있는 전두엽에서는 각종 정보를 통합하고 생각하고 판단하고 뭐 기타 등등, 여러 가지 고등기능을 수행하고 있습니다.

2016년 UN 브레인 스테이션 프로젝트 참여

Q. 뇌가 그렇게 복잡하다보니까 국제공동프로젝트도 진행되는 걸로 알고 있는데요. 우리나라가 참여하고는 국제공동프로젝트, 어떤 것들이 있는지요?

A. 굉장히 많습니다. 잘 아시는 대로 세계는 하나고 시공간적인 벽이 많이 허물어져서 네트워크시대인데요. 따라서 모든 바이오분야가 그렇듯이 뇌과학 분야도 굉장히 다양한 연구자공동연구도 있고 한국뇌연구원은 국가 단위의 공동연구를 수행하고 있는데요. 하나의 예만 든다면 작년 8월 경에 UN에서는 다음과 같은 프로그램을 발표했는데요. 국제 브레인 스테이션 프로젝트입니다. 신경과학을 연구하게 되면 수많은 데이터가 창출되는데요. 그러한 빅데이터를 한 곳에 모아놓고 다각도로 많은 연구자가 접속해서 분석해서 새로운 발견을 이루자는 것이 국제 뇌스테이션의 개념인데 우리나라도 과감하게 열심히 참여하고 있고요. 또 한 가지 중요한 국제 프로그램을 들라면 한.중.일 뇌지도 작성에 참여하는 국가는 아시아에서 세 나라인데 그 세 나라가 컨소시엄을 이루어서 신경과학의 정보를 공유하고 발전을 도모하는 프로그램이 있습니다.


MTN 감성인터뷰 [더리더] 김경진 한국뇌연구원장

Q. 개인적인 질문을 드려보면 뇌연구에 뛰어들게 되신 계기는 무엇이었는지요?

A. 대학을 졸업한 지는 40년 정도 되고요. 군복무를 끝내고 대학원에 가서는 초기배아, 생명의 탄생의 발생생물학을 공부하다가 도미해서는 우연히 신경생리학을 공부했는데요. 누구나 마찬가지겠지만 한 사람의 과거를 바둑처럼 복기한다는 것은 실제는 쉬운 일은 아니지만 뇌과학이 발전하는 과정에서 한 사람의 과학도로서 신경과학을 공부했다는 것은 행운이라고 생각합니다.

뇌지도 작성 프로그램, 특정 회로의 동역학정인 연구도 수행

Q. 앞서 뇌지도를 말씀하셨고요. 연구원에 대뇌피질연구단이 있다고 들었는데 뇌지도, 대뇌피질이 무엇이고 어떻게 활용될 수 있는지요?

A. 뇌지도는 글자 그대로 brain mapping을 그냥 번역한 단어입니다. 뇌에 있는 수많은 신경세포의 연결성을 한 몫에 다 보겠다는 야심찬 계획입니다. 이런 계획은 미국을 비롯한 선진국에서 이야기됐고 크게 봐서 내용은 두 가지를 담고 있는데요. 소우주라고 하는 수많은 신경세포로 이루어진 뇌 속의 신경계는 미세회로 혹은 큰회를 가지고 있는데요. 그런 회로를 다 이해하자라는 것이고요. 이러한 것들은 최근에 발달하고 있는 여러 가지 혁신적인 기술에 의존하는데요. 옛날에는 해부학적인, 형태학적인 연구만 해오다가 최근 들어서는 단일신경세포를 추적하는 이미징기술이라고 할까요? 뇌 투명화기술 등의 수많은 기술이 개발되면서 아주 미세한 회로들을 연구할 수 있게 됐습니다. 또한 신경세포와 신경세포가 연접한 시냅스의 그 간격은 나노미터 간격이기 때문에 아무리 고성능의 광학현미경으로서도 그런 시냅스를 볼 수 없기 때문에 그때는 전자현미경을 봐야합니다. 이렇게 다양한 장비를 활용해서 해부학적인 네트워크를 조사하고 어떤 특별한 행동이 있을 때 거기에 어떤 신경회로가 관련이 있고 어떤 고등인지에는 어떤 회로와 관련 있는지 연구도 겸해서 수행하고 있는 것이 뇌지도작성의 프로그램이고요. 대뇌피질은 뇌 겉 부분을 얘기합니다. 앞을 전두엽, 위를 두정엽, 측두엽 이렇게 얘기하는데요. 후두엽에서는 시각을 담당하고요. 두정엽에서는 각종 정보가 통합되고요. 청각 같은 것은 측두엽이 담당하고 전전두엽은 보통 고등인지기능을 관장한다고 하는데 그럼에도 불구하고 뇌의 대뇌피질은 아직 탐험되지 않은 큰 대륙인거죠. 따라서 세포분자 수준에서의 신경회로를 저희가 탐험하고 각 회로들의 기능을 살펴보는 게 대뇌피질사업이 되겠습니다.

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알파고같은 인공지능, 뇌의 신경망 원리 활용

Q. 요즘 인공지능 얘기 많이 하고 있는데요. 뇌연구하고 인공지능이 밀접하게 관련이 돼 있는 거죠?

A. 저는 그렇게 보고요. 너무나 유명한 거죠. 이세돌 기사와 알파고의 경기. 알파고처럼 스스로 학습할 수 있는 알고리즘을 인공지능이라고 얘기하는데요. 그런 유형의 인공지능은 사람의 신경망의 원리를 활용한 것입니다. 따라서 뇌지도구축사업과 같이 아주 자세한 신경망에 대한 인간의 해독, 지식이 모여지면서 새로운 조절기구 같은 것에 대해 알게 된다면 새로운 인공지능을 설계하거나 혹은 디자인하는 데 굉장히 중요한 원천기술로서 활용될 것으로 많은 사람이 믿고 있고요. 특히 알파고는 바둑에 특화돼 있고 왓슨은 암 진단에 특화돼 있습니다. 우리가 원하는 것은 어떤 기능에 특화된 것이 아니라 범용적인 자연지능과 같은 인간지능의 알고리즘을 원하기 때문에 뇌지도에 대한 우리의 지식은 굉장히 중요한 바탕기술로 활용될 것으로 믿고 있습니다.

Q. 조금 전문적인 용어가 되겠는데요. 뇌기계인터페이스, 뇌하고 기계를 연결해서 기계를 조작하는 기술인데요. 몸을 못 쓰시는 분들께서 생각만으로 기계를 움직이게 한다든지 그런 겁니까? 이런 기술이 어떻게 활용될 수 있을까요?

A. 운동에 장애가 있는 경우에 제어로봇을 만든다고 할 때 뇌에서 팔을 구동하고 싶다고 하면 신경계가 말을 안 듣는 경우에 뇌에서 팔을 움직이는 데 관련된 전기활성의 정보를 얻어 노이즈를 빼내고 그 정보를 가지고 적정한 알고리즘을 통해 기계, 로봇의 팔을 구동하는 거죠. 그것이 전형적인 BMI(Brain-Machine Interface)기술의 하나고요. 최근 들어와서는 BMI의 M을 C로 바꿔서 Brain-computer interface해서 잘은 모르지만 그 때 이루어지는 전기적인 활성화를 통해 컴퓨터를 구동한다든지 하는 연구도 다 그런 큰 범주에 속하고 있습니다.


MTN 감성인터뷰 [더리더] 김경진 한국뇌연구원장

Q. 미국의 전기자동차 기업 테슬라의 엘론 머스크가 얘기하는 뉴럴링크라고 하는 게 있지 않습니까? 연결해서 사람의 생각이나 기억도 컴퓨터로 뽑아내고 컴퓨터에 있는 지식을 머리로 들여놓으면 외국어도 손쉽게 할 수 있는 것이 아니냐는 의견들도 있는데 현실적으로 가능한 일일까요?

A. 엘론 머스크는 전기차가 가용할지 안할지에 대해서 다 두려워하고 모르고 있을 때 그것을 현실화시킨 사람이니까 상당한 크레딧이 있는 분이고요. 미래에는 가능하다고 저는 믿습니다. 중요한 점은요. 그 분이 그런 얘기를 할 수 있었던 근거가 2년 전에 네이처 나노테크놀로지라는 잡지에 실린 내용인데요. 하버드 화학부에서 새로운 물질, 재료를 하나 개발했는데요. 전도성이 있는 폴리머(한 종류 또는 수 종류의 구성 단위가 서로에게 많은 수의 화학결합으로 중합되어 연결되어 있는 분자로 되어 있는 화합물)인데요. 그 폴리머를 뇌에 주사를 하게 되면 부피가 커지면서 뇌 속으로 안착을 하는데요. 거기에서부터 전기적인 활성을, 살아 움직이는 생쥐에서 측정하는 것이 성공했어요. 그 말은 현실화되지 않지만 상당히 먼 미래에 사람이 기억했던 어떤 것을 끄집어내서 컴퓨터로 전달하고 또 그것을 통해 조작을 일이 가능해질 것으로 생각하고요. 그 때쯤 되면 우리는 유체이탈, 사람에서 어떤 정보가 빠져나와서 되기 때문에 굉장히 중요한 사회윤리적인 문제를 안고 있는 것 같아요.

Q. 뇌연구라는 것 자체가 사람을 연구하는 것이다 보니까 IT라든가 의학적 그런 기술도 있어야 되지만 또 인문학, 융합적인 연구가 이루어져야 될 것 같은데요. 실제로 어떤지요?

A. 신경과학 자체가 종합과학이고 융합과학인 면모가 있는데 인지과학은 원래 심리학에서부터 출발을 했지만 이제 인지과학을 포함한 인지과학에서 던지는 가장 큰 질문의 하나이기도 한데요. 마음이 어떻게 작동하느냐에 대해서는 아직 해답이 없거든요. 그 질문을 해결하기 위해서는 여러 분야가 참여하게 됩니다. 어떤 모델링을 하는 컴퓨터사이언스, 공학, 또 요즘 유행하고 있는 광유전학적인 기술을 개발하는 것으로 회로를 살펴보는 것인데요. 물리학적인 것, 언어학, 사회학, 법학 등이 쉽지 않지만 서로의 벽을 허물어가기 위해 노력하고 있고요. 어려움 속에서도 융합을 하려는 것은 전 세계적인 트렌드이고 이런 트렌드는 21세기에 지속될 것으로 믿습니다.

장비와, 인력 등 연구개발사업을 위한 투자 중요

Q. 마지막으로 정부에 바라는 점이 있다면 말씀해 주실까요?

A. 과거나 현대나 연구개발사업에서 돈이 중요합니다. 그 돈으로 소프트웨어적인 연구도 수행하지만 고가의 장비들을 확보해야 하기 때문이죠. 장비 보다 더 중요한 것은 일을 수행하는 사람입니다. 특히, 뇌과학은 국가 대형 연구 사업이 필요한데 실제 그런 사업을 작년에 계획해서 미래창조과학부에서 추진 중인데요. 뇌과학 발전전략이라는 겁니다. 잘 진행이 되면 약 10년 간 앞으로 연구를 할 계획인데 현재 우리나라의 연구의 수준을 선진국과 비교해보면 약 70% 수준이 되는데요. 연구가 다 진행될 때 정도에는 90% 정도로 올라가서 명실공이 뇌과학에 관한 중소강국 10개국 안에 들 날을 기대하고 있습니다.





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