만성 스트레스·기분장애 등 원인대뇌 피질 비정상적으로 얇아져전두엽·감정 영역 연결성 떨어져뇌 덜 성장해 내외부 자극에 취약인지 능력·주의력 저하까지 발생 ‘뇌’는 무게 약 1.4㎏, 신경세포 약 1000억개, 이들을 연결해 주는 시냅스 약 100조개가 모여 있는 신체 기관으로 ‘작은 우주’라고 불린다. 우주, 심해와 함께 뇌는 과학계 마지막 탐구 영역으로 남아 있다. 실제로 이들 세 영역에 관한 관심은 고대부터 지금까지 이어지고 있다. 최근에는 뇌의 비밀을 풀기 위해 의학과 생물학뿐만 아니라 수학, 물리학, 화학 등 다양한 영역이 협력하고 있어 수수께끼로 남아 있던 부분이 하나둘씩 풀리고 있다. 11~15일 미국 워싱턴DC에서 열린 미국 신경과학회 주관 ‘신경과학 2023 콘퍼런스’에서는 뇌와 관련한 새로운 연구 결과들이 쏟아져 나왔다. 뇌과학에 따르면 청소년기는 사회적, 생물학적, 정서적 변화에 더불어 뇌가 폭발적으로 발달하는 시기다. 특히 아동기를 거쳐 청소년기에는 뇌 시냅스 연결의 15% 이상이 형성되는 것으로 알려져 있다. 미국 질병통제예방센터(CDC)는 코로나19 팬데믹 이전부터 청소년 정신 건강이 악화되는 경향을 보이기 시작했는데 팬데믹으로 인해 어린이와 청소년에게는 새로운 스트레스 요인이 추가됐다는 조사 결과를 내놓기도 했다. 이에 과학자들은 첨단 뇌 영상 기술을 통해 만성 스트레스, 기분 장애 같은 요인이 청소년의 뇌에 어떤 영향을 미치는지 분석했다. 미국 시애틀 워싱턴대 연구팀은 기능성 자기공명영상(fMRI)을 이용해 코로나19 팬데믹 전후 청소년의 뇌 구조와 기능을 분석했다. 그 결과 팬데믹 이후 청소년들의 뇌는 이전에 비해 대뇌피질 표면이 양쪽 뇌 반구 모두에서 비정상적으로 얇아진 것으로 확인됐다. 이렇게 피질이 얇아지는 현상은 남자 청소년보다 여자 청소년에게 더 두드러지게 나타났다. 연구를 주도한 퍼트리샤 쿨 교수(언어 신경학)는 “보통 대뇌피질의 두께는 노화로 점차 얇아지지만 젊은 시기에 대뇌피질이 얇아지는 증상은 만성 스트레스나 외상이 원인인 경우가 많다”고 말했다. 쿨 교수는 “이번 연구 결과로 코로나19 팬데믹이 청소년들에게 상당한 스트레스를 준 것으로 추정할 수 있다”고 덧붙였다. 하버드대 의대 계산신경과학 연구실, 보스턴 아동병원 소아청소년과 공동 연구팀도 fMRI를 이용해 비슷한 연구를 했다. 분석 결과 팬데믹 이후 청소년의 뇌에서 전두엽과 감정 처리를 지원하는 뇌 영역 간 연결이 약해지고 형태학적으로도 비정상적인 경우가 많은 것으로 확인됐다. 이는 팬데믹 동안 청소년들의 스트레스가 더 심고 우울함을 비롯한 부정적 감정이 더 늘었다는 설문 조사 결과와도 일치한다고 연구팀은 밝혔다. 카테리나 스타물리스 교수(청소년 뇌신경학)는 “완전히 성장하지 못한 청소년의 뇌는 내외부 자극에 취약하기 때문에 스트레스는 뇌의 구조와 조직 방식에 중대한 영향을 미칠 수 있으며 결국 정신 건강에도 심각한 위협 요소가 된다”고 지적했다. 또 우울증은 청소년에게 흔한 신경정신질환이며 어른과는 다른 방식으로 발생한다고 알려져 있다. 이에 캘리포니아 샌디에이고대(USCD) 연구팀은 인공지능 딥러닝 기술을 적용해 ‘청소년 뇌 인지 발달(ABCD) 연구’에 참여한 청소년들의 데이터를 정밀 분석했다. ABCD 연구는 미국 국립보건원(NIH)이 아동, 청소년기의 뇌 인지 발달 과정을 정확히 파악하기 위해 진행 중인 장기 연구다. 분석 결과 우울증이 있는 청소년은 그렇지 않은 청소년에 비해 뇌의 기능적 연결 패턴이 끊어진 부분이 많은 것으로 나타났다. 이런 뇌의 변화는 인지능력과 주의력 저하를 가져오고 자아 및 타인에 대한 판단과 의사 결정 기능을 약화시키는 것으로 확인됐다.

기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 소속 학습 및 기억 연구그룹 강봉균 단장이 이끄는 연구팀은 특정 뇌 영역에 있는 신경 회로의 시냅스를 색깔별로 구분해 표시할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 이 기술을 활용해 기억 저장 세포와 주변의 억제성 신경세포가 공포 기억을 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴런’ 11월 9일자에 실렸다. 연구팀은 기저 외측 편도체의 억제성 신경세포 중 하나인 소마토스타틴 인터 뉴런 일부가 공포 기억을 형성할 때 특이하게 활성화되는 것을 확인했다. 강 단장은 “외상 후 스트레스 장애(PTSD) 같은 질환의 새로운 치료법 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다.

인간의 뇌 환경 따라 계속 변화AI는 닫힌 세계를 전제로 학습집단적 무의식 구현도 큰 숙제문명도 인류 공통 기억 결과물 “인간이 자기 자신을 관찰할 수 있다는 것 자체가 굉장한 능력입니다. 인공지능(AI)에도 스스로를 관찰하는 능력을 탑재할 수 있을지가 인간의 마음을 구현하는 중요한 요건이 될 것입니다.”뇌영상기술을 이용한 정신질환 연구의 권위자인 권준수 서울대병원 정신건강의학과 교수(뇌인지과학과 교수)가 25일 서울 중구 웨스틴조선호텔에서 열린 ‘2023 서울미래컨퍼런스’에서 ‘AI는 인간과 같은 마음을 가질 수 있을까’라는 질문에 대해 “아직 대답하기 어렵다”며 이같이 말했다. 그는 닫힌 세계를 가정한 AI의 한계와 환경에 따라 끊임없이 변화하는 인간 뇌의 가소성을 비교했다. 서울대병원 정신건강의학과에서 환자들과 만난 경험을 바탕으로 한 견해를 풀어내자 청중들은 귀를 기울였다. 권 교수는 챗GP T 등 생성형 AI의 등장에 따라 사회가 변화하고 있지만 여전히 외부로부터 끊임없이 데이터를 제공받아야 하는 한계가 있다고 지적했다. 그는 “인간은 개방된 환경에서 자극을 지속적으로 받아들이는 데 반해 AI는 닫힌 세계를 전제로 학습을 수행하는 것이 문제”라고 설명했다. 인간의 마음에 대해선 “1000억개의 신경세포와 1000조개의 시냅스로 구성된 뇌는 상상하기 어려운 구조이고 사람이 살아가는 내내 환경에 따라 변화하는 가소성이 있다”며 “AI가 주위의 환경을 평가할 수는 있겠지만 스스로를 관찰하는 것은 인간 고유의 것이 아닐까 생각한다”고 말했다. 이어 “개인의 무의식뿐만 아니라 심리학자 융이 말한 집단적 무의식을 AI가 어떻게 접근해 구현할 수 있을지도 커다란 숙제”라고 덧붙였다.권 교수와 함께 ‘인간과 AI+ 마음과 실존의 경계’ 세션 연사로 나선 김재인 경희대 비교문화연구소 학술연구교수는 “생성형 AI의 등장으로 인간의 고유함을 기계에 내줄 수 있다는 위기의식이 등장하지만 인간은 도서관이자 학교라고 정의하고 싶다”고 말했다. 저서 ‘인공지능의 시대, 인간을 다시 묻다’와 ‘AI 빅뱅’ 등에서 인문학과 AI의 관계를 탐구해 온 김 교수는 ‘철학이 바라보는 인간 마음의 고유함’을 주제로 강연했다. 그는 “마음이 그릇과 같은 실체에 담겨 있다는 일반적인 접근과는 달리 몇몇 철학자는 끊임없이 이어지는 생각의 활동으로 규정한다”고 소개했다. 이어 김 교수는 “구석기 시대의 석기는 최소 6단계의 연속된 작업을 처음으로 발견한 최초 제작자가 동료에게 전수하고 이 기술이 후세에 이어진 결과”라며 “현재 우리가 누리는 문명의 이기도 개별적인 결과물이 아닌 축적된 인류의 공통 기억의 결과물”이라고 강조했다. 이어 “도서관이자 학교인 공통의 기억에 도움을 받고 보태는 것이 인간”이라고 말했다. 두 연사는 인간의 몸을 구현한 로봇에 AI를 장착한 ‘인간형 AI 로봇’에 대해서도 의견을 나눴다. 김 교수는 “인공지능도 몸을 가져야 한다는 주장의 의미에 대해 정확한 이해가 필요하다”고 지적했고, 권 교수는 “뇌는 신체가 없이는 인간의 마음과 같은 것을 형성할 수 없다”면서도 “다만 생명체와 무생물의 차이를 어떻게 극복할지가 또 다른 쟁점이 될 수 있다”고 답했다.

어린 시절 방치되거나 학대를 받은 사람은 성인이 돼서 조현병이나 우울증 같은 정신질환에 시달릴 가능성이 높다. 그렇지만 아동기 학대나 스트레스에 따른 정신질환 원인과 발병 메커니즘에 대해서 명확히 밝혀진 적은 없다. 이런 상황에서 카이스트 생명과학과 연구팀이 아동기 스트레스로 인해 생기는 정신질환이 뇌의 별아교세포의 시냅스 연결에 문제가 생기기 때문이라고 1일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘면역학’ 7월 31일자에 실렸다. 연구팀은 아동기 학대나 방치와 비슷한 상황을 만들어 사회성 결핍을 일으킨 생쥐로 실험했다. 그 결과, 뇌에서 면역 기능을 담당하는 별아교세포가 스트레스 호르몬에 반응해 과도하게 흥분성 시냅스를 제거한다는 사실을 처음 확인했다. 또 연구팀은 미국 식품의약청(FDA)에서 승인된 임상 약물 스크리닝을 통해 별아교세포의 외부 물질을 포식하는 역할을 조절하는 새로운 메커니즘을 발굴하기도 했다. 특히, 스트레스 호르몬이라고 불리는 합성 글루코코르티코이드가 별아교세포의 포식 작용을 비정상적으로 높이는 것을 발견했다. 글루티코코르티코이드는 당대사, 항염증 등 생명 유지에 필요한 역할을 하지만 만성 스트레스로 인해 글루코코르티코이드에 과도하게 장기간 노출되면 우울증, 인지장애, 불안증 같은 정신질환의 원인이 되는 것으로 알려졌다. 별아교세포가 대뇌 피질에 존재하는 특정 신경 세포의 흥분성 시냅스만 선택적으로 포식해 비정상적 신경 회로망을 만들어 사회성 결핍과 우울증 같은 행동 이상을 유발하는 것이다.연구팀은 생쥐 실험에서 확인된 사실이 인간에게 똑같이 나타나는지 알아보기 위해 인간 만능 유도 줄기세포에서 유래한 뇌 오가노이드를 활용해 스트레스 호르몬과 별아교세포, 흥분성 시냅스 반응을 관찰했다. 그 결과 인간 뇌 오가노이드에서도 생쥐 실험과 똑같은 결과를 얻었다. 연구팀은 스트레스 반응에 대한 쥐와 인간의 시냅스 조절 메커니즘이 똑같다는 것을 보여주는 결과라고 설명했다. 정원석 카이스트 생명과학과 교수는 “과도한 스트레스가 다양한 정신질환의 원인이라는 사실은 임상적으로 알려졌지만 정확한 발병기전은 알려지지 않았다”라고 말했다. 정 교수는 “이번 연구 결과는 어린 시절 스트레스가 장기적으로 영향을 미쳐 성인기 정신질환을 일으킬 수 있다는 것을 보여줌으로써 스트레스로 인한 정신질환 예방과 치료에 응용할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

‘어린이날’을 만든 소파 방정환 선생은 1923년에 배포한 ‘어린이날의 약속’이라는 선언문에서 “희망을 위하여, 내일을 위하여 다 같이 어린이를 잘 키웁시다”라고 강조했습니다. 건전한 사회 형성의 시작은 가정의 양육에서 시작됩니다. 뇌과학자들에 따르면 아동기에는 뇌 시냅스의 15% 이상 연결된다고 합니다. 이 시기에 스트레스가 과도하거나 부정적 경험을 하게 되면 그 피해는 평생을 갑니다. 이 때문에 부모를 비롯한 어른들은 충분한 대화와 공감을 통해 아이들의 감정과 정서를 수용하되 행동을 통제하는 것이 필요합니다. 미국 프린스턴대 심리학과 연구팀은 아이들의 머릿속에는 부모가 사용하는 언어로 감정 이름표가 붙여지고 이것이 청소년기 학업 성취도와도 연결될 수 있다는 연구 결과를 발달 심리학 분야 국제학술지 ‘아동 발달’ 2월 28일자에 발표했습니다. 아동기에 다양한 감정에 대해 배우는 것은 사회적 능력과 의사소통 발달을 위해 매우 중요합니다. 감정에 대해 제대로 배우지 못한 경우 타인에 대한 공감력이 떨어지고 의사소통도 힘들어지게 됩니다. 또 자기 통제 또는 감정 조절을 위해서도 다양한 감정에 대해 아는 것은 중요합니다. 아동기에 여러 감정에 정확한 이름표를 붙여 주는 과정이 필요한 것은 그래서입니다. 연구팀은 1962년부터 2009년까지 ‘맥아더·베이츠 의사소통 발달 평가’를 받은 미국, 캐나다, 영국의 16~30개월 영유아 5520명의 데이터를 골라내 영유아의 언어, 특히 감정 표현 언어 수준을 조사했습니다. 연구팀은 감정 관련 언어 사용 수준과 아동·청소년기 학업 성취도와도 비교했습니다. 그 결과 어린 시절 부모에게서 감정을 공감받고 다양한 감정 표현을 배운 아이들이 학교에 입학한 뒤 복잡한 단어나 문장을 더 쉽게 이해하고 학습 속도도 빠른 것으로 나타났습니다. 진화라는 측면에서도 부모가 양육에 투자를 많이 한 종이 그렇지 않은 종보다 더 큰 뇌, 더 뛰어난 인지능력을 갖게 된다는 연구 결과도 있습니다. 독일 막스플랑크 동물행동연구소, 콘스탄츠대, 스위스 취리히대, 호주 뉴사우스웨일즈대, 폴란드 야기엘론스키대 공동 연구팀은 부모가 양육에 더 많은 에너지를 투입하는 동물 종이 그렇지 않은 종들보다 더 큰 뇌의 진화를 끌어냈다는 사실을 확인했습니다. 이 연구는 미국공공과학도서관에서 발행하는 생명과학 분야 국제학술지 ‘플로스 생물학’ 3월 1일자에 실렸습니다. 부모가 아이의 잘못된 행동을 무조건 덮어 주고 “내 아이가 최고”라고 목소리를 높인다고 해서 아이가 잘 성장하는 것은 아닙니다. 뇌과학자들이 말하는 것처럼 아이의 이야기는 충분히 들어주되 잘못된 행동에 대해서는 엄격하게 통제하는 것이 필요합니다. 뇌과학자뿐만 아니라 법심리학자들도 비슷한 이야기를 합니다. 미국 커츠타운대 형사행정학과 연구팀은 다른 사람들과 교감하고 공감을 나누는 청소년들은 그렇지 않은 청소년들보다 문제행동을 일으킬 행동이 10분의1로 줄어든다는 연구 결과를 2021년에 발표했습니다. 부모부터 다른 사람에 대한 공감 능력이 없고 ‘다른 것은 됐고 공부만 잘하면 되지’라고 입버릇처럼 말한다면 아이들의 행동도 불 보듯 뻔할 것입니다. ‘부모는 아이의 거울’이란 말이 틀리지 않는 이유입니다.

최근 대화형 인공지능(AI) 챗GPT가 사회적 관심을 모으면서 챗GPT의 기반이 되는 ‘초거대 AI’ 기술을 선점하기 위한 특허 경쟁도 치열해지고 있다. 지금까지는 미국과 중국이 특허 양강 구도를 이루고 한국과 일본이 추격하는 양상이다. 특허청은 19일 한국·미국·일본·중국·유럽 등 지식재산권 5대 주요국에 출원된 초거대 AI 관련 특허가 2011년 530건에서 2020년 28배인 1만 4848건으로 증가했다고 밝혔다. 초거대 AI는 기계학습을 통해 결정되는 파라미터(인간 뇌세포의 시냅스)가 무수히 많은 인공지능을 일컫는다. 2016년부터 2020년까지 최근 5년간은 연평균 61.3% 증가해 10년간 연평균 증가율(44.8%)보다 증가 속도가 더 빨라졌다. 이는 2016년 알파고 충격 이후 AI 연구가 활발해진 결과로 보인다고 특허청 측은 설명했다. 국가별로는 미국이 1만 5035건 (35.6%)으로 가장 많았고 중국 1만 3103건(31.0%), 일본 4906건(11.6%), 한국 4785건(11.3%) 순이었다. 연평균 증가율에서는 한국이 89.7%로 가장 높았다. 한국의 초거대 AI 관련 특허 출원은 2011년 연간 6건 출원에 그쳤으나 2020년에는 1912건에 달해 319배나 급성장했고 2019년부터 연간 출원량에서 일본을 추월했다. 출원인별로는 삼성이 1213건(2.9%)으로 가장 많았고 IBM 928건(2.2%), 구글 824건(2.0%), 마이크로소프트 731건(1.7%), 바이두 572건(1.4%) 순으로 글로벌 빅테크 기업들이 상위권을 차지했다. 국내 기업 및 연구기관의 출원 순위는 1위 삼성, 10위 LG(384건·0.9%), 25위 스트라드비젼(209건·0.5%), 36위 한국전자통신연구원(157건·0.4%), 66위 한국과학기술원(80건·0.2%) 등의 순이었다.

스타트업 ‘페블스퀘어’(대표 배학열)는 메모리 기반 컴퓨팅(PIM) 기술을 활용하는 ‘뉴로모픽 반도체 칩’(MINT)을 최근 개발해 본격 판매에 돌입했다고 12일 밝혔다. 이번에 개발한 초저전력, 고성능 ‘엣지 인공지능 칩’은 메모리기반컴퓨팅 기술을 활용하는 뉴로모픽 반도체 칩이다. 회사에 따르면 기존의 프로세서와 메모리를 분리해 이용하는 폰 노이만 컴퓨팅 구조를 넘어 3세대 뉴로모픽 컴퓨팅 구조인 PIM기반 인공신경망과 빅데이터 기반 초경량 딥러닝 AI학습 모델을 구현하는데 성공했다. 그 결과 고성능·초저전력·초소형 엣지 인공지능 칩을 개발하는 성과를 거뒀다. 미래 반도체 시장은 ‘기억(메모리)과 연산(프로세서)’이 통합된 구조로 인공지능 기술이 핵심으로 부상하면서 새로운 패러다임이 도래했다. 이런 가운데 페블스퀘어의 MINT는 메모리와 프로세서 간 데이터 전송없이 인공신경망 내에서 연산처리가 가능하다. 따라서 데이터 처리시간을 단축하고 전력소모를 최소화하는 등 성능을 극대화했다. 회사 측에 따르면 MINT의 인공신경망은 400만개의 시냅스을 내장해 30GOPS(초당 기가 연산)의 연산 능력을 지원한다. 17.6TOPS/W 에너지 효율을 갖췄으며 페블스퀘어의 자체 AI알고리즘을 위해 고성능 컴퓨팅과 초저전력 동작을 가능하게 한다. 기존의 컴퓨터 시스템(폰 노이만 구조)에서는 데이터가 입력되면 데이터를 순차적으로 처리하기 때문에 정밀하게 작성된 프로그램을 실행하는 데 탁월하다. 반면, 전력소모 한계를 비롯하여 실시간 데이터 처리 및 음성 인식, 이미지 인식 등에서 효율성이 낮다는 문제가 지적돼 왔다. 이번에 페블스퀘어가 자체개발한 MINT는 인간의 뇌 구조를 모방한 인공신경망 형태의 집적회로로 구성돼 있다. 실제로 데이터를 0, 1과 같은 디지털이 아닌 다양한 상태가 점진적으로 변하는 아날로그 동작을 사용한다. 병렬로 구성된 인공 뉴런들은 클럭 동작 없이 이벤트 구동 방식으로 작동되며, 기존의 컴퓨터가 직관적으로 인식하기 어려운 비정형적인 문자, 음성, 영상 등을 효율적으로 처리할 수 있다. 특히, 페블스퀘어의 MINT는 학습된 음성 및 이미지 데이터를 기반으로 네트워크 연결없이 실시간 데이터 처리가 가능하기 때문에 스마트 홈, IoT, 웨어러블 디바이스 등 다양한 분야의 고객들에게 최고의 확장성과 활용성을 제공할 수 있다. 페블스퀘어 관계자는 “페블스퀘어는 엣지 인공지능 칩의 설계 및 공정에 관한 원천기술로 특허출원을 완료했으며, MINT를 시작으로 음성 및 이미지 인식이 강화된 고성능 엣지 인공지능 칩 패밀리를 계속 선보일 예정”이라고 말했다. 이어 “맞춤형 딥러닝 알고리즘 솔루션 제공을 통해 인공지능 반도체 시장을 주도하겠다”고 포부를 밝혔다.

올해 가장 주목받았던 드라마는 ‘이상한 변호사 우영우’일 것이다. 드라마의 주인공은 자폐스펙트럼 장애를 갖고 있는 변호사 우영우이다. 자폐스펙트럼 장애는 정확한 분자 진단법이 없어 조기 진단이 늦어 주로 아동기에 발견되는 경우가 많고 적당한 치료법도 없다. 이런 상황에서 경희대, 대구경북과학기술원(DGIST), 서울대 의대, 한국기초과학지원연구원, 인하대병원, 건국대, 고려대, 미국 존스홉킨스대 의대 공동 연구팀은 자폐스펙트럼 장애를 유발시키는 세포 특이적 분자 네트워크를 밝혀냈다고 16일 밝혔다. 이번 연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘분자 정신의학’에 실렸다. 자폐스펙트럼 장애는 사회적 의사소통과 상호작용 관련 행동에 문제가 생겨 행동 패턴, 관심사나 흥미, 활동 범위가 제한적이고 반복적인 행동을 보이는 신경발달 장애이다. 영화나 드라마와 달리 대부분의 자폐스펙트럼 장애를 겪는 이들은 행동 장애와 함께 다른 발달 장애가 동반되는 경우도 많다. 연구팀은 생쥐에게 자폐스펙트럼 장애를 유발시킨 다음 뇌의 전전두엽 조직을 추출해 질량분석법 기반 정량단백체 및 대사체 통합 분석을 실시했다. 이를 근거로 기존에 알려진 자폐스펙트럼 장애 환자의 증상 및 유전자 데이터를 비교 분석했다. 그 결과 흥분성 뉴런에서 물질대사와 시냅스 등 뇌신경 세포의 네트워크에 문제가 있다는 사실을 확인했다. 연구팀 관계자는 “이번 연구에서 활용한 다중오믹스 통합 분석기술은 특정 자폐 유전자로 유도된 분자 수준의 세포 분화와 생체정보 등에 이르는 통합네트워크 발굴을 가능케 해줬다”며 “자폐스펙트럼 장애의 핵심 네트워크를 밝혀냄에 따라 이를 이용한 추가 연구를 통해 치료 타겟을 발굴할 것”이라고 말했다.

얼마 전 종영한 ‘이상한 변호사 우영우’ 때문에 자폐스펙트럼증후군에 대한 관심이 높아졌다. 자폐스펙트럼증후군은 질병 이름처럼 증상의 범위가 무척 넓다. 자폐스펙트럼증후군 환자 중에는 드라마 주인공처럼 특정 분야에 재능을 보이는 아스퍼거증후군을 보이는 경우도 있지만 많지 않다. 자폐스펙트럼증후군은 치료가 쉽지 않은 질병으로 알려졌지만 국내 연구진이 유년기에 자폐를 조기 진단하고 집중적 약물 치료를 하면 증상을 완화시킬 수 있다는 가능성을 보이는 연구를 내놨다. 기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환연구단, 카이스트 생명과학과, 경북대 치과대 공동 연구팀은 자폐 조기 진단과 유년기 치료의 중요성을 보이는 연구 결과를 21일 발표했다. 이 같은 연구 결과는 기초과학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’와 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’에 잇따라 실렸다. 자폐스펙트럼장애는 전 세계 인구의 약 2%에서 나타나는 뇌 발달장애 중 하나로 사회적 상호작용 결여, 행동의 강박적 반복 등이 대표적 증상이다. 주로 어린시절 시작돼 성인기까지 이어지는데 원인이나 치료법은 아직 밝혀지지 않았다. 연구팀은 생쥐에게 MYT1L이라는 유전자에 변이를 만들어 자폐를 유발시켰다. MYT1L 유전자가 변이된 생쥐는 다른 생쥐와 교류하지 않고 우리 안에서 이유없이 여기저기 뛰어다니는 등 사람과 비슷한 자폐 증상을 보였다. MYT1L에 문제가 생긴 어린 생쥐는 뇌 전전두엽에서 흥분성 시냅스의 숫자와 신호전달이 눈에 띄게 감소됐다. 시냅스는 흥분성, 억제성 두 가지 종류로 구성돼 있는데 두 시냅스의 균형이 깨지면 뇌에 문제가 발생한다. MYT1L 결손 생쥐는 청소년기에는 자폐 증상이 일시적으로 완화됐다가 성인이 되면서 억제성 시냅스의 숫자와 신호전달이 폭발적으로 증가했다. 유년기와 성년기의 자폐가 다른 메커니즘으로 발생한다는 것이다. 연구팀은 자폐증상을 유발시키는 뇌의 변화가 유년기에 시작된다는 점에 착안해 또 다른 자폐 유발 유전자인 ‘ARID1B’ 단백질 이상으로 자폐증을 유발시킨 어린 생쥐에게 흥분성 시냅스를 억제하는 약물 ‘플루옥세틴’을 생후 3주 동안 투여했다. 그 결과, 유년기에 약물 치료를 받은 돌연변이 생쥐는 성체가 되서도 일반 생쥐와 비슷한 수준의 사회성과 행동을 보이는 것이 관찰됐다. 시냅스의 수와 신호전달 양상도 정상화된 것이 관찰됐다. 연구를 이끈 김은준 IBS 단장은 “이번 두 건의 연구로 성장과정에서 나타나는 자폐 발생 메커니즘을 규명하고 유년기에 집중 약물치료를 받으면 추가로 약물 투여를 않더라도 평생 자폐증상이 완화될 수 있음을 확인했다”며 “자폐증상은 다양한 유전자가 원인이 되는 만큼 다른 유전자로 인한 자폐증도 유년기 진단과 약물치료로 완화될 수 있는지, 사람에게도 적용이 가능한지 후속연구를 진행할 것”이라고 설명했다.

LG그룹은 인공지능(AI) 기술을 미래 먹거리로 선정, 2020년 설립한 ‘LG AI연구원’을 중심으로 AI 기술 경쟁력 강화에 힘을 쏟고 있다. LG는 과감한 투자와 혁신으로 미래 성장동력을 확보한다는 계획이다. 앞으로 5년간 AI데이터 분야 연구개발에 3조 6000억원을 투입해 미래 기술을 선점하고 인재 영입에 적극적으로 나서 고용 창출에도 기여할 방침이다. LG는 지난해 12월 초거대 멀티모달 AI ‘EXAONE’(엑사원)을 공개한 바 있다. 초거대 AI는 대용량의 연산이 가능한 컴퓨팅 인프라를 바탕으로 대규모 데이터를 스스로 학습해 인간처럼 사고·학습·판단할 수 있는 AI를 의미한다. 특정 용도에 국한되지 않고 다양한 분야에서 활용이 가능하다. LG AI연구원은 지난해 5월부터 인간의 뇌에서 정보를 학습하고 기억하는 시냅스와 유사한 역할을 하는 인공 신경망의 파라미터를 13억개에서 1750억개까지 단계적으로 키우며 초거대 AI를 연구해 왔다. 파라미터는 AI가 딥러닝을 통해 학습한 데이터가 저장되는 곳으로, 이론상 파라미터가 많을수록 AI가 더 정교한 학습을 할 수 있다. 엑사원은 국내 최대인 약 3000억개의 파라미터를 보유하고 있다. 언어뿐 아니라 이미지와 영상에 이르기까지 인간의 의사소통과 관련된 다양한 정보를 습득하고 다룰 수 있는 멀티 모달리티(Multi-Modality) 능력을 갖췄다. 앞으로 멀티모달 AI 기술이 고도화되면 AI가 데이터를 습득해 이해하는 수준을 넘어 추론하고, 시각과 청각 등 다양한 감각 영역을 넘나드는 창조적 생성을 할 수 있다. LG의 AI는 기술력뿐만 아니라 창의성도 인정받고 있다. LG가 배출한 AI 아티스트 ‘틸다’는 지난 7월 세계 3대 광고제로 불리는 ‘뉴욕 페스티벌’에서 ‘더 퓨처 나우’(The Future Now) 부문 금상과 은상을 수상했다. 뉴욕 페스티벌은 AI 등 혁신적인 방법으로 대중과 교감한 사례를 선정하기 위해 이 부문을 신설했다. AI 아티스트의 작품이 수상한 첫 사례인 ‘기후 변화에 맞서는 최초의 AI 틸다’는 지난 2월 뉴욕 패션 위크에서 틸다와 박윤희 디자이너가 협업해 선보인 ‘금성에 핀 꽃’ 컬렉션을 만드는 과정을 담은 캠페인이다. LG는 청년 AI 인재 양성에도 힘쓰고 있다. 지난 6월에는 연간 4000여명 이상의 청년 AI 인재 양성을 위한 프로젝트 ‘LG에이머스’ 운영 계획을 발표했다.

헌팅턴병은 헌팅턴 유전자에 돌연변이가 생겨 발생하는 것으로 전 세계적으로 10만명당 5~10명이 앓는 퇴행성 뇌질환이다. 헌팅턴병에 걸리면 안면경련과 함께 손, 어깨, 다리 등 여러 신체부위가 환자의 의도와 상관없이 움직여서 다른 사람이 보기에는 마치 춤추는 것처럼 보인다고 해서 ‘무도병’이라고도 불린다. 40세 전후에 발병해 행동학적 이상과 함께 성격 변화, 치매가 동반되고 결국 사망에 이른다. 헌팅턴병은 신경세포의 연결 부위인 시냅스에 문제가 생기고 뇌의 선조체 부위 뇌세포가 파괴돼 질병을 일으키는 것으로 알려져 있지만 정확한 발병 메커니즘이 밝혀지지는 않았다. 이 때문에 명확한 치료법도 없다. 이 같은 상황에서 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소, 경희대, 미국 보스턴대, 캘리포니아 샌디에고대(UCSD) 공동 연구팀은 헌팅턴병 환자 뇌 조직에서 정상적 시냅스 형성에 중요한 역할을 하는 FAK라는 단백질의 활성이 눈에 띄게 줄어드는 것을 확인했다고 28일 밝혔다. 이번 연구 결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘악타 뉴로패솔로지카’에 실렸다. 일반인의 뇌에서는 FAK 단백질이 활성화돼 신경돌기 운동성 및 정상적 시냅스 형성을 한다. 이에 연구팀은 헌팅턴병 환자의 세포와 헌팅턴 환자의 뇌조직, 헌팅턴병을 유발시킨 동물모델을 정상적인 뇌와 비교했다. 연구팀은 살아있는 세포에서 FAK 활성을 측정하기 위해 ‘형광공명에너지전달현상’(FRET)을 이용한 형광분자센서를 활용했다. 그 결과, 헌팅턴병이 발생한 사람이나 동물, 세포에서는 FAK 단백질 활성이 현저하게 떨어져 있는 것을 관찰할 수 있었다. FAK 단백질이 정상적으로 활성화되려면 세포막에 존재하는 인지질 중 PIP2라는 물질이 필수적이다. 연구팀이 초고해상도 형광현미경으로 관찰한 결과, 헌팅턴병 세포에서는 PIP2가 돌연변이 단백질과 강하게 결합하면서 정상적인 시냅스 기능을 방해한다는 것을 확인했다. 연구를 이끈 성지혜 KIST 박사는 “이번 연구는 헌팅턴병 환자의 시냅스 기능장애 메커니즘을 밝혀냄으로써 뇌기능 장애 회복을 위한 새로운 치료법을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

알츠하이머는 기억상실, 인지장애를 동반하는 대표적인 퇴행성 질환이다. 알츠하이머 발생 원인은 다양하지만 가장 보편적으로 받아들여지고 있는 것은 베타 아밀로이드 단백질이나 타우 단백질이 축적되면서 독성을 만들어 내기 때문이다. 베타 아밀로이드 단백질 응집체를 제거하는 방식의 치료제 개발이 고려되고 있지만 약물 사용 중에 부작용이 발생해 상용화로 이어지지 못하고 있다. 이 같은 상황에서 베타 아밀로이드 응집체를 제거하는 동시에 부작용까지 차단할 수 있는 치료 후보물질을 개발했다. 카이스트 생명과학과 연구팀은 알츠하이머 치매에 대한 새로운 형태의 단백질 치료물질을 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의과학분야 국제학술지 ‘네이처 메디슨’에 실렸다. 지금까지 알츠하이머를 치료하는 물질은 베타 아밀로이드를 표적으로 하는 항체 기반 치료제들이다. 항체 기반 알츠하이머 치료제들은 뇌 부종이나 뇌 미세혈관 출현 같은 부작용 발생이 보고되고 있다. 항체 기반 치료제들은 면역세포가 항체에 의한 포식작용으로 베타 아밀로이드 응집체를 제거하는데 이 과정에서 뇌에 염증을 유발시키게 된다는 것이다. 이에 따라 연구팀은 세포 포식작용에 관여하는 단백질을 응용한 ‘Gas6 융합단백질’을 만들고 이를 통해 베타 아밀로이드 응집체를 효과적으로 제거할 수 있다는 것을 확인했다. 실제로 알츠하이머를 유발시킨 생쥐에게 이번에 개발한 융합단백질을 투여한 결과 뇌 속에 축적된 베타 아밀로이드 양이 눈에 띄게 줄어드는 것이 관찰됐다. 또 기존 항체 치료제와 달리 과도한 시냅스 제거 현상도 억제하고 치료제 부작용이었던 뇌 미세혈관 출혈도 감소하는 것이 확인됐다. 또 기존 치료제보다 손상된 인지능력과 기억력 회복 수준도 훨씬 우수한 것으로 나타났다. 연구팀 관계자는 “지금까지 개발된 많은 항체 기반 치료제가 실패한 것은 뇌 조직과 혈관에 쌓이는 베타 아밀로이드 단백질 응집체를 올바른 방식으로 청소하지 못했기 때문”이라며 “이번 기술은 알츠하이머 뿐만 아니라 다양한 퇴행성 뇌 질환과 자가면역질환 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

누구나 한 번쯤 심하게 운동을 하거나 육체 노동을 한 뒤 통증과 함께 극심한 피로를 느낀 경험이 있을 것입니다. 이는 젖산(lactate)이 근육에 쌓이기 때문으로 알려져 있습니다. 2000년대 들어서 근육 피로가 젖산 때문이 아니라 체내 칼륨(K) 이온 변화 때문이라는 연구 결과들이 나오기도 했지만 육체 피로의 정확한 원인은 아직도 명확히 밝혀지지 않은 상태입니다. ●글루탐산 과다 분비로 인지 피로 발생 그런데 책상 앞에 오래 앉아 있는 학생이나 사무직 노동자들도 공부나 업무가 끝난 뒤 육체 노동을 한 것만큼이나 피로감과 두통을 느끼는 경우가 있습니다. 오랜 시간 열심히 생각하는 것만으로도 사람을 지치고 피곤하게 만드는 원인에 대해서는 육체 피로만큼 연구되지 않고 있었습니다. 프랑스 피티 살페트리에대학병원, 파리 뇌연구소(ICM), 뉴로이미징연구센터(CENIR), 소르본대, 파리 정신과·신경과학 대학병원그룹(GHU) 공동 연구팀은 오랜 시간 정신적 노동에 시달리면 ‘글루탐산’(glutamate)이 과다하게 분비돼 ‘인지 피로’(cognitive fatigue)가 발생할 수 있다고 14일 밝혔습니다. 이 같은 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’ 8월 12일자에 실렸습니다. 연구팀은 20~39세의 남녀 40명을 두 집단으로 나눠 한 그룹은 복잡한 내용을 암기하고 계산하도록 했고 다른 집단은 상대적으로 더 쉬운 문제를 해결하도록 한 뒤 자기공명분광법(MRS)으로 뇌의 움직임을 측정했습니다. 자기공명영상법(MRI)은 뇌의 해부학적, 구조적 변화를 찾을 때 활용하고, MRS는 뇌의 화학적 변화를 파악할 때 사용하는 검사법입니다. ●글루탐산 뇌 축적 땐 인지기능 저하 그 결과 복잡한 계산과 암기를 했던 집단은 그렇지 않은 사람들에 비해 뇌 전전두엽 피질의 시냅스에 글루탐산의 농도가 높은 것으로 확인됐습니다. 글루탐산이 뇌에 과도하게 쌓여 있는 경우 불안감, 우울감이 증가하고 계산이나 암기 정확도도 현저하게 떨어지는 것으로 조사됐습니다. 강도 깊은 사고활동 시간이 길어지면 뇌에서 신경전달물질인 글루탐산이 많이 분비되고, 글루탐산 부산물이 축적되면서 뇌 독성이 발생한다는 것입니다. 이런 상황이 반복적으로 장기화하면 시냅스 연결까지 약화시켜 기억력 감퇴, 인지조절 능력 상실 같은 문제를 유발시킬 수 있다고 지적했습니다. 심할 경우 뇌종양의 원인이 될 수도 있다고 경고했습니다. 연구팀은 뇌의 과도한 활동으로 인한 인지기능 저하를 막을 수 있는 방법도 제시했습니다. 바로 충분한 휴식과 수면입니다. 수면이나 휴식을 취하면 신경세포와 시냅스에 과다하게 쌓인 글루탐산이 제거된다는 것입니다. 또 많은 사람들이 일이나 공부를 잠깐 쉬고 휴식을 취할 때도 뭔가 다른 특별한 행동을 해야 한다는 강박까지 갖는 경우가 많습니다. 그렇지만 연구팀은 쉴 때는 아무것도 하지 않고 ‘멍 때리는 것’이 뇌에 과다하게 축적된 글루탐산 제거에 효과적이라고 조언했습니다. ●충분한 수면·휴식으로 뇌 쉬게 해야 연구를 이끈 안토니우스 빌러 프랑스 살페트리에대학병원 박사(인지신경과학)는 “이번 연구는 피곤할 때 중요한 결정을 내리지 말아야 하는 이유를 보여 주고 있다”며 “전두엽에서 만들어 내는 대사물질을 측정함으로써 번아웃(탈진) 예측 및 예방에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했습니다. 이번 연구를 보면서 문득 과도한 경쟁 사회인 한국에서 쉴 새 없이 뇌를 혹사하는 직장인과 학생들의 뇌는 괜찮을지 걱정이 됩니다.

휴대전화를 바로 옆에 놔두고도 한참 찾거나, 검색을 위해 인터넷 창을 열고 뭘 찾으려고 했는지 기억이 나지 않아 SNS에 시간을 보내는 경우도 있다. 건망증은 40대 이후 주로 나타나지만, 요즘은 20~30대에서도 건망증 때문에 머리를 쥐어뜯는 사람들이 있다. 이런 건망증이 어쩌면 휴대전화 케이스나 영수증 때문일 수도 있다. 안전성평가연구소 유전체손상연구그룹은 흔히 ‘환경호르몬’으로 불리는 내분비계 교란 물질에 만성 노출되면 불안감 증가, 기억력 저하가 생길 수 있다고 11일 밝혔다. 이번 연구 결과는 병리학 분야 국제학술지 ‘질병 모델 및 메커니즘’(Disease Models & Mechanisms) 표지논문으로 실렸다. 비스페놀A(BPA)는 휴대폰 케이스, 식품의 용기나 포장재, 영수증 등 일상 생활에서 흔히 접할 수 제품을 만들 때 사용하는 화학물질이다. 문제는 생명체가 BPA에 지속적으로 노출될 경우, 내분비계의 정상적 기능을 방해하거나 혼란을 준다는 점이다. 연구팀은 생활환경 유해물질인 BPA가 신경세포에 미치는 영향을 평가하기 위해 생쥐가 오랜 시간 BPA에 노출되도록 한 다음 대뇌 피질과 기억에 관여하는 해마의 시냅스 형성과 기능 변화, 행동 실험을 했다. 그 결과, BPA에 장기 노출된 생쥐는 시냅스 형성에 주요 역할을 하는 수상돌기가시의 숫자가 그렇지 않은 생쥐보다 30% 가량 적은 것이 관찰됐다. 또 하나의 신경세포가 다른 신경세포를 흥분시키거나 억제 시키는 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스의 균형이 맞지 않는 것도 확인됐다. 연구팀은 이번 연구가 BPA 만성노출이 시냅스를 구성하는 단백질 감소를 일으키고 시냅스 형성 장애와 기능 저하를 유발시켜 불안감을 증가시키고 학습, 기억능력을 떨어뜨리는 등 인지기능에 부정적 영향을 미친다는 것을 보여주고 있다고 강조했다. 이병석 안전성평가연구소 독성기전연구부 부장은 “이번 연구 결과는 유해화학물질 장기 노출이 뇌 기능에 영향을 미칠 수 있다는 점을 구체적으로 검증했다는 점에서 의미가 크다”며 “일상에서 흔하게 접하는 비스페놀류와 같은 유해물질을 대체할 수 있는 친환경 소재 개발이 시급하다”고 설명했다.

신한금융투자는 시냅스이미징과 코스닥 상장을 위한 상장 대표주관사 계약을 체결하고 2024년 상장을 목표로 준비과정에 착수했다고 11일 밝혔다. 시냅스이미징은 인공지능 기반 머신비전 검사기 업체다. 2002년 머신비전 검사솔루션 개발 사업을 시작으로 다양한 산업 분야의 검사장비를 개발·보급해왔다. 현재는 기존 검사기능에 인공지능 기반을 더한 검사기를 생산하고 있다. 상장 대표주관을 맡은 태성환 신한금융투자 IPO1부 팀장은 “시냅스이미징은 딥러닝 기반으로 스마트폰 카메라모듈 검사장비 부문에서 경쟁력을 갖추고 있고 자율주행차, 가상 증강현실 분야 등 카메라모듈 전방 산업의 투자가 잘 나타나고 있다”면서 “카메라모듈뿐만 아니라 반도체기판, 이차전지 등 분야로 향후 매출처가 다변화할 수 있다는 점이 상장 대표 주관을 맡게 된 배경”이라고 설명했다.

나이가 들면 젊었을 때보다는 기억력이 감퇴된다. 치매나 파킨슨병처럼 퇴행성 신경질환을 앓을 가능성도 높아진다. 지금까지는 이 같은 증상과 질환들이 나이들면 당연히 발생하는 것으로 알려졌지만 국내 연구진이 노화로 인해 뇌의 기억 중추에 비정상적 세포가 증가하기 때문이라는 사실을 처음으로 확인했다. 카이스트 생명과학과 연구팀은 노화된 뇌와 치매가 발생한 뇌에서 지금까지 알려지지 않은 새로운 종류의 별아교세포를 발견했다고 8일 밝혔다. 연구팀은 이번에 발견된 세포에 ‘아프다’(APDA·AutoPhagy-Dysregulated Astrocyte)라는 이름을 붙이고 이 세포가 시냅스의 숫자와 기능 유지에 악영향을 미친다는 사실을 규명했다. 이번 연구 결과는 노화의학 분야 국제학술지 ‘네이처 노화학’(Nature Aging)에 실렸다. 별아교세포는 뇌와 척수에 다량으로 존재하는 별모양의 신경 교세포이다. 미세한 잔가지를 통해 수만 개의 시냅스를 감싸고 있으며 글루타메이트, 가바와 같은 신경전달물질과 이온의 농도를 조절해 손상된 뇌와 척수 조직의 재생에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 연구팀은 이번 연구에 앞서 별아교세포가 신경세포간 접합점인 시냅스를 생성하거나 제거할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 그렇지만 별아교세포의 기능이 노화과정에서 어떻게 변하는지는 명확히 밝혀내지 못했다. 이에 연구팀은 단일 세포RNA 시퀀싱 분석으로 통해 노화된 뇌나 치매 뇌에는 염증성 별아교세포 이외 새로운 별아교세포가 존재한다는 것을 밝혀냈다. 이번에 발견한 새로운 별아교세포 아프다는 기억과 밀접한 관련이 있는 해마 부위에서만 생겨났다. 또 아프다는 세포 내 불필요한 단백질을 제거하는 자가포식 과정에서 생겨나는 오토파고좀이라는 물질을 과다 축적시킨다는 사실을 발견했다. 아프다 세포들에서는 단백질들이 원래 있어야할 위치에서 벗어나면서 시냅스를 만들거나 제거하는 능력을 상실하게 된다. 노화가 발생하지 않은 생후 9개월 생쥐에게 단백질 합성 및 분해를 억제시키면 뇌에서 아프다 세포가 만들어진다는 것을 확인했다. 아프다 세포가 늘어나면 노화된 뇌에서처럼 시냅스가 손상되고 뇌인지 기능이 저하된다는 사실도 밝혀냈다. 연구를 이끈 정원석 카이스트 교수는 “현재 노화 극복을 위해 세포 성장과 분열을 촉진하는 물질을 억제하려는 연구들이 많지만, 이 같은 시도들이 오히려 비정상적인 아프다 세포 생성을 촉진할 수도 있다”며 “노화에 따른 인지기능 저하를 일으키는 새로운 원인을 제시한 만큼 뇌기능 회복을 위한 치료법을 개발하는데 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

국내 연구진이 냄새 분자를 이용해 와인까지 정확하게 감별해 낼 수 있는 인공지능 전자코를 개발했다. 카이스트 전기및전자공학부, 기계공학과 공동 연구팀은 사람의 후각 신경세포를 모방한 뉴로모픽 반도체 모듈을 개발했다고 4일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 뒷면 표지 논문으로 실렸다. 인공지능(AI)를 이용한 후각 인식 시스템은 높은 정확도로 기체 분자를 인식할 수 있는 수준까지 올라갔다. 그렇지만, 많은 장치들이 중앙처리장치(CPU)와 메모리가 분리된 컴퓨터 장치와 소프트웨어를 기반으로 하기 때문에 전력 소모량이 높다. 이 때문에 모바일 형태나 사물인터넷(IoT)에는 사용할 수 없다. 사람이나 동물의 생물학적 후각 시스템은 감각 세포 자체에서 스파이크 형태로 감각 신호를 전달하고 뇌에서 병렬적으로 처리한다. 특히 병렬 방식으로 처리하기 때문에 전력 소비가 적다. 연구팀은 금속산화물 기반 가스 센서와 뉴런 소자를 이용해 기체를 인식해 전기적 신호로 만들어 정보를 처리할 수 있는 뉴로모픽 반도체 모듈을 개발했다. 뉴로모픽 컴퓨터 칩은 사람의 뇌 신경세포(뉴런)와 연결부위(시냅스)를 모방해 저전력으로 빠르게 정보를 처리할 수 있는 장치이다.이번 뉴로모픽 반도체 모듈을 이용해 유해가스를 구분할 수 있을 뿐만 아니라 와인을 구분할 수 있는 소믈리에 전자 코를 만들었다. 특히 여러 가지 기체 분자가 섞여 독특한 향을 만들어 내는 와인은 구분하는 것이 어렵지만 이번에 개발된 소믈리에 전자 코는 와인을 정확하게 분류해 내는 것을 확인했다. 이번 연구를 주도한 한준규 카이스트 전기및전자공학부 연구원은 “뉴로모픽 반도체 모듈이 적용된 전자코는 환경 모니터링, 음식 모니터링은 물론 헬스케어 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

LG는 ‘고객 경험’을 혁신하고 새로운 가치를 전하기 위해 인공지능(AI) 기술 경쟁력을 높이는 데 전사적 힘을 쏟고 있다. 특히 미래 기술을 선점하기 위해 2020년 설립한 LG AI연구원을 중심으로 AI 전문 인재를 육성하고 산학 협력과 글로벌 파트너십을 강화하는 등 활발한 연구 활동을 진행하고 있다. LG의 AI 개발 중심에는 지난해 12월 공개한 초거대 AI ‘엑사원’(EXAONE)이 있다. 초거대 AI는 대용량의 연산이 가능한 컴퓨팅 인프라를 기반으로 대규모 데이터를 스스로 학습해 인간처럼 사고·학습·판단할 수 있는 AI를 의미한다. 특정 용도에 국한되지 않고 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 앞서 LG AI연구원은 지난해 5월부터 인간의 뇌에서 정보를 학습하고 기억하는 시냅스와 유사한 역할을 하는 인공 신경망의 파라미터를 단계적으로 키우며 초거대 AI를 연구해 왔다. 파라미터는 AI가 딥러닝을 통해 학습한 데이터가 저장되는 곳으로, 파라미터가 많을수록 AI가 더 정교한 학습을 할 수 있다. 엑사원은 국내 최대인 약 3000억개의 파라미터를 보유하고 있다. 언어뿐 아니라 이미지와 영상에 이르기까지 인간의 의사소통과 관련된 다양한 정보를 습득하고 다룰 수 있는 ‘멀티 모댈리티’ 능력을 갖췄다. 엑사원 개발은 AI 아티스트 ‘틸다’의 탄생으로 이어졌다. 틸다는 엑사원으로 구현한 첫 번째 AI 휴먼으로 지난 2월 뉴욕 패션 위크에서 디자이너 박윤희와 함께 협업해 만든 의상을 선보이기도 했다. 당시 공개된 200여벌의 의상은 틸다가 창작한 3000여장의 이미지와 패턴을 기반으로 제작됐다. 틸다는 창의성을 요구하는 분야에서 AI와 인간이 협업할 수 있다는 가능성을 보여 준 대표적인 사례로 꼽힌다. LG는 AI연구원을 중심으로 초거대 AI 생태계 조성도 진행하고 있다. 지난 2월 발족한 ‘엑스퍼트 AI 얼라이언스’에는 ▲구글 ▲우리은행 ▲셔터스톡 ▲엘스비어 ▲EBS ▲고려대의료원 ▲한양대병원 ▲브이에이코퍼레이션 ▲LG전자 ▲LG화학 ▲LG유플러스 ▲LG CNS 등 13개사가 창립 멤버로 참여했다. 이들은 각 산업 간 장벽을 초거대 AI로 연결하는 서비스 개발을 목표로 하고 있다. 엑사원에 금융 분야 언어를 추가로 학습시켜 AI 은행원과 같은 특화된 AI 전문가 서비스를 제공하는 방식이다. 그룹 차원의 AI 투자를 위한 컨트롤타워로 LG테크놀로지벤처스도 운용하고 있다.

국내 연구진이 사람의 뇌처럼 학습하고 인지할 수 있는 메모리를 개발해 주목받고 있다. 카이스트 신소재공학과 연구팀은 100㎚(나노미터) 두께의 단일 소자에서 사람 뇌의 뉴런과 시냅스를 동시에 모사하는 뉴로모픽 메모리를 개발했다고 23일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 뉴런은 뇌 신경계를 이루는 기본적 단위세포이며 시냅스는 뉴런들끼리 신호를 전달할 수 있도록 하는 다리 역할을 하는 접합 부위이다. 사람의 뇌는 뉴런 1000억 개, 시냅스 100조 개가 복잡한 네트워크로 이뤄져 있다. 사람의 뇌는 이들 둘의 상호관계를 통해 기능과 구조가 외부 환경에 따라 유연하게 변한다. 많은 컴퓨터 과학자나 인공지능 연구자들은 사람의 뇌를 흉내 내려고 하지만 아직 성공하지 못하고 있다. 뉴로모픽 소자는 기존 컴퓨터로는 구현할 수 없는 사람처럼 고도의 뇌 인지 기능을 실현하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해 CMOS 집적회로와 비휘발성 메모리를 이용하고 있지만 뉴런과 시냅스 기능을 분리해 모사하기 때문에 사람의 뇌처럼 작동하기 힘들다.이에 연구팀은 휘발성 소자로 뉴런을, 비휘발성 상변화 메모리 소자로 시냅스를 모사해 단기 및 장기기억이 공존하는 단일 뉴로모픽 소자를 만드는데 성공했다. 특히 이번에 개발한 소자는 외부 신호 변화에 따라 유연하게 적응하는 가소성도 구현할 수 있는 것으로 확인됐다. 이건재 카이스트 교수는 “사람은 뉴런과 시냅스 상호작용으로 기억, 학습, 인지 기능을 발현하는 만큼 인공지능 개발에서도 사람처럼 이 둘을 통합해 모사하는 것이 필요하다”며 “이번 연구는 인공지능뿐만 아니라 뇌를 역설계하는 연구에도 도움이 될 것”이라고 설명했다.

LG그룹은 고객 경험을 혁신하고 새로운 가치를 전하기 위해 인공지능(AI) 기술의 경쟁력 강화에 힘을 쏟고 있다. 특히 미래 기술을 선점하기 위해 2020년 설립한 LG AI연구원을 중심으로 AI 전문 인재를 육성하고, 산학 협력과 글로벌 파트너십을 강화하는 등 활발한 연구 활동을 진행하고 있다. 이런 흐름 속에 LG는 지난해 12월 초거대 AI ‘엑사원’(EXAONE)을 공개했다. 초거대 AI는 대용량 연산이 가능한 컴퓨팅 인프라를 기반으로 대규모 데이터를 스스로 학습해 인간처럼 사고·학습·판단할 수 있는 AI를 의미한다. LG AI연구원은 지난해 5월부터 인간의 뇌에서 정보를 학습하고 기억하는 시냅스와 유사한 역할을 하는 인공 신경망 매개변수(파라미터)를 13억개에서 1750억개로 단계적으로 키우며 초거대 AI를 연구해 왔다. 매개변수는 AI가 딥러닝을 통해 학습한 데이터가 저장되는 곳을 말한다. 매개변수가 많을수록 AI가 더 정교한 학습을 할 수 있는 것으로 알려져 있다. LG가 공개한 엑사원은 말뭉치 6000억개와 언어와 이미지가 결합돼 있는 고해상도 이미지 2억 5000만장 이상을 학습했다. 여기에 LG전자, LG화학, LG유플러스, LG CNS 등 계열사들이 보유하고 있는 전문 데이터를 포함해 논문과 특허 등의 말뭉치를 학습해 다양한 산업 분야에서 전문가로 활약할 수 있는 가능성을 높여 가고 있다. LG는 엑사원 개발과 더불어 지난달 AI연구원을 중심으로 다양한 산업 분야의 국내외 13개 기업이 모인 ‘엑스퍼트 AI 얼라이언스’를 발족했다. 초거대 AI를 실제로 활용하기 위해 이종산업 간 협력하는 첫 민간 연합체로 구글, 우리은행, 셔터스톡, 엘스비어, EBS, 고려대의료원, 한양대병원, 브이에이코퍼레이션, LG전자, LG화학, LG유플러스, LG CNS가 창립 멤버로 참여했다. LG AI연구원은 올 상반기 중 파트너사에 맞춤형 응용 프로그래밍 인터페이스(API)를 제공해 개발 진입 장벽을 없애기로 했다.