◎2007년까지 시청각·음성·추론기능 집중개발/뇌과학에 9,260억원 투자… 2000년 미·일 수준 회사원 K씨는 아침 7시쯤 진한 커피향내를 맡고 잠에서 깨어났다.아내는 이미 출근한 뒤다.어제 저녁의 과음을 고려한 ‘가정부 로봇’이 끓여준 콩나물국으로 아침식사를 하고 승용차에 오른다.승용차에 달려 있는 ‘인공 운전사 겸 비서’가 오늘 일정을 말로 보고하며 첫 방문지인 공장으로 데려다 준다.퇴근후에는 아내와 함께 ‘인공 가정교사 겸 보모’로 부터 아이들의 하루 일과를 듣는다…. 현재 선진국들이 야심차게 추진중인 뇌 연구가 결실을 거둘 것으로 보이는 2010년 전후의 생활상을 그려본 것이다. 과학기술처도 오는 2007년까지 시청각·음성·추론기능을 지닌 인공뇌와 치매·뇌졸중 등의 뇌질환 치료제를 개발한다는 목표아래 내년부터 10년간 무려 9천2백60억원을 투자하는 내용의 ’뇌연구개발 기본계획’(브레인텍 21·Braintech 21)을 최근 확정했다.인류과학의 마지막 남은 영역인 뇌에 본격적으로 도전,그 신비를 벗겨냄으로써 산업혁명과컴퓨터혁명에 이은 ‘제3의 혁명’을 이뤄 보자는 것이다. ’브레인텍 21’은 우선 뇌과학 분야에서 △음성대화컴퓨터 △컴퓨터비서 △컴퓨터가정교사 및 보모 △컴퓨터 자동운전시스템 등의 초기형 인공뇌를 개발할 계획이다.뇌의약학 영역에서는 △뇌질환 유전자 치료법 △뇌질활치료제 및 예방약 △신경손상 억제기술 △시청각 장애 보조기기를 개발하게 된다.앞으로 10년동안 뇌과학연구와 뇌의약학연구에 4천7백63억원,4천4백97억원씩이 들어간다.또한 뇌연구를 체계적으로 할 수 있도록 올 안 한국과학기술연구원(KAIST)에 ‘뇌과학연구센터’,국립보건원에는 ‘뇌의약연구센터’를 문 열 계획이다. 인간의 두뇌에는 대략 1천억개의 신경세포(뉴런)가 1천개 정도씩 서로 연결된 1백조개 가량의 신경연결고리(시냅스)가 있다.인간의 뇌는 1초에 100차례의 곱셈을 병렬로 처리하는 것으로 알려져 있는데 이는 세계 최고속 수퍼컴퓨터의 1백만배의 계산 능력에 해당하는 것이다. 뇌연구는 이처럼 복잡한 뇌의 기능 및 정보처리 과정을 이해하고 이를 바탕으로 뇌질환 예방·치료기술을 개발하며 인간의 사고과정과 유사한 지능적 정보처리기술을 만드는 작업. 미국은 지난 89년 7월 상·하원의 합동 의결을 거쳐 부시대통령이 90년대를 ‘뇌의 10년’(Decade of the Brain)으로 선포한 뒤 연평균 8천5억원을 들여 활발한 연구작업을 펴오고 있다.국립보건원(NIH) 과 국립과학재단(NSF) 주도로 ‘인간 잠재력을 위한 뇌연구 10년’이란 보고서를 발간했으며 올해부터는 신경망회로와 같은 공학적 응용기술 개발에 주력하고 있다. 일본은 21세기를 ’뇌의 세기’(Century of the Brain)로 정해 97년부터 20년간 ‘뇌의 이해’‘뇌의 보호’‘뇌의 창조’에 대한 장기적인 연구를 할 계획이다.이화학연구소안의 ‘뇌과학총합연구센터’가 중심이 돼 인간기능시스템 개발과 뇌질환 극복을 목표로 삼고 있다.앞으로 20년간의 연구에 들어갈 예산은 16조원. 과기처 송옥환 연구개발조정실장은 “뇌연구 분야는 세계적으로 태동기에 있으며 국내외 격차도 비교적 적다”면서 “적절한 지원만 따라준다면 2000년 초에 미국·일본 수준을 따라 잡을수 있을 것”이라고 말했다.

◎노년기에도 뇌 성장·발달… 자극 필요/지적 활동·악기연주땐 발병률 낮아져 『뇌는 노년기에도 변화·성장한다.따라서 노망이나 뇌졸중에 안걸리려면 늙어서도 뇌를 자극하라』불과 몇년전까지만 해도 뇌의 기능과 형태는 유아기때 결정된다는 「조기형성설」이 정설로 통했다.하지만 최근들어 뇌는 나이에 구애받지 않고 사용과 비례해 성장·발달한다는 증거가 잇따라 밝혀지고 있다. 뇌에 대한 이러한 「신사고」는 지금껏 현대의학의 난제로 꼽혀온 알츠하이머(노인성치매)나 뇌졸중등의 예방및 치료 분야에 새로운 가능성을 제시해주는 것이어서 의료계의 관심을 모은다. 미국에서 발행되는 「라이프」지 7월호는 머리기사를 통해 뇌과학의 최신 연구성과를 소개하고,이를 바탕으로 노인성치매등을 미리 막을수 있는 방법등을 제시하고 있다. 보통 갓 태어난 아기의 뇌 무게는 4백g.성인의 것에 비해 30%정도이지만 뉴런수(뇌신경원)는 약 1백40억개로 성인의 뇌와 같다.그러나 세월이 흐르면서 머리를 많이 쓸수록 뉴런의 크기와 수상돌기(뉴런에서 뻗어나온 곁가지),뉴런앞 끝의 시냅스(뇌신경세포 접합부)수는 늘어난다.뉴런이 크고 수상돌기와 시냅스가 많다는 것은 두뇌활동이 그만큼 활발함을 뜻한다. 쥐를 대상으로 실험한 결과 놀이기구가 많은 환경에서 자란 쪽이 그렇지 못한 경우보다 뇌가 2.5%나 컸고 수상돌기와 시냅스의 수는 13%나 증가한 것으로 나타났다. 또 미캔터키대 노화센터 데이비드 스노든교수가 장수촌으로 유명한 미네소타 만카토수녀원의 수녀들을 연구한 결과 학력이 높고 연구에 정진하며 쉴새없이 정신 수련을 하는 쪽이 방 청소나 주방일등 단조로운 일을 하는 쪽보다 노인성치매 발병률이 훨씬 낮았으며 더 오래 살았다.이밖에 UCLA 뇌연구소 아놀드 슈벨소장이 노인의 뇌를 양전자촬영(PET)한 결과 교육수준이 높고 다양한 지적탐구활동을 많이 경험하는 사람일수록 대뇌피질과 시냅스수가 많아져 노망이나 뇌졸중에 걸릴 확률이 낮은 것으로 밝혀졌다.그는 또 늙은 쥐도 뇌를 자극하면 수상돌기와 시냅스가 새로 돋아난다는 연구결과를 내놓았다.이는 수상돌기가 시들고 시냅스수가줄어 생기는 치매도 뇌자극을 통해 얼마든지 예방할수 있음을 시사하는 것이다. 그러면 뉴런을 자극해 수상돌기와 시냅스를 늘림으로써 노인성치매로부터 자유로워질수 있는 방법은 무엇인가. 뇌과학자들은 우선 『수상돌기를 활성화하는데 「지적 모험」만큼 좋은게 없다』며 특히 평소 익숙하지 않은 분야에 적극적으로 매달릴 것을 권장했다(표 참고).즉 직업의 전문성이 강조되는 요즘 자칫 외곬에 빠질 우려가 있으므로 직업 이외의 분야에 눈을 돌려 뇌의 고른 성장·발달을 꾀하라는 지적이다.예를들어 컴퓨터프로그래머는 조각을,발레리나는 바다항해와 같은 전혀 익숙하지 않은 일을 해보는 것이 좋다.이와 관련,슈벨소장은 특히 『노년기의 뇌도 계속 변화·성장한다는 사실이 밝혀진 만큼 노인들은 너무 늦었다는 생각 말고 뇌회로를 만드는 일에 부단히 정진해야 뇌질환을 예방할수 있을 것』이라고 강조했다.

◎수직상태 로봇팔 위에 얹은 원반 균형유지/시행착오 거쳐 기계 스스로 인간기능 학습 「컴퓨터와 연결된 로봇이 스스로 50㎝가량의 가느다란 쇠막대기 팔을 수직으로 세운다.팔끝에 플라스틱 원반을 얹은 다음 꿈돌이 마스코트를 올려놓아도 흔들리지 않고 꼿꼿이 서있다.마스코트를 내리고 4개의 와인잔을 얹어도 균형을 이룬다.그 위에다 와인잔을 올려놓고 와인을 부어도 흔들림없이 수직을 유지한다」 대전엑스포 한국후지쓰관에서 선보이고 있는 뉴로(신경망)컴퓨터를 이용한 뉴로저글러쇼의 한장면. 이 쇼는 뉴로컴퓨터가 로봇팔을 수직으로 세우는 방법을 3∼4회의 시행착오를 통해 스스로 학습,수직상태를 유지하는 방법을 일목요연하게 보여주는 것.학습과정은 자전거를 처음 배울때 몇번이고 넘어지면서 배운다는데에서 쉽게 이해할수 있다. 뉴로컴퓨터는 인간의 뇌를 형성하는 신경세포와 흡사하게 설계,시행착오를 통해 인간의 학습기능을 모방할수 있는 미래형 인공지능컴퓨터이다.즉,컴퓨터가 인간과 같이 학습이나 경험을 통해 스스로 판단하는시스템이다. 인간의 대뇌는 문자나 숫자를 이해하고 계산하는 이성적이고 논리적인 좌뇌,음악이나 그림을 감상하는 비언어적이고 감정적인 우뇌로 나누어지며 1백40억개의 뇌세포(뉴런소자)로 구성돼 있다. 이 뉴런소자에는 외부의 신호가 빠져나가지 못하도록 하는 축색신경섬유 한가닥이 나와 있다.이 섬유는 여러 개로 나누어져 다른 세포들과 연결되는데,섬유의 끝과 각 세포체의 결합을 시냅스결합이라 한다.시냅스결합에는 세포체를 흥분시키기도 하고 억제하기도 하며,세포체의 자극강도는 결합의 강도에 따라 다르다.이때 외부로부터 들어온 자극신호량이 일정(임계)치를 넘으면 뇌세포로부터 신호가 보내져 이 축색신경섬유를 거쳐 다른 세포에 전해진다.이 자극신호가 신경섬유에서 생기면 네트워크 사이를 왔다갔다 함으로써 생각하기도 하고 몸을 움직이도록 해 인간다운 행동으로 나타나게 한다.