지능을 만드는 두뇌의 기본 알고리즘 Our brains have a basic algorithm that enables our intelligence

지능을 만드는 두뇌의 기본 알고리즘

Our brains have a basic algorithm that enables our intelligence

우리 두뇌는 전통적인 추수감사절 식사를 단순히 인지하는 것을 넘어 풍성한 추수와 좋은 가족과 친구들을 떠올리게 하는 지능(intelligence)을 발휘하는 기본 알고리듬을 가지고 있다는 주장이 제기되었다.

아구스타 대학의 조지아 의대의 신경과학자 조 치엔(Joe Z. Tsien)은 복잡한 두뇌의 계산이 비교적 단순한 수학적 논리에 기반을 둔 것이라는 연결 이론(Theory of Connectivity)을 통해 수십억 개의 신경세포가 어떻게 조직되고 정렬되는지, 단순히 지식을 습득함을 넘어 어떻게 일반화하고 결론을 내릴 수 있는지 설명한다.

지능은 불확실성과 한정된 확률을 다루는 것이다. 유사한 신경세포들이 다양한 신경집단(clique)을 구성하여 음식, 거주지, 친구와 적을 구분할 수 있게 해주는 것으로 보인다. 이 집단이 합쳐 대집단(cluster)을 이루면 기능적 연결성 모티프(functional connectivity motifs, FCM)를 형성하여 더욱 복잡한 사고를 가능하게 하고 더 많은 집단이 포함되게 한다.

이것은 사무용 의자 하나를 인식하는 것을 넘어 그 의자를 볼 때 앉아서 일하는 사무실을 떠올리는 것을 의미한다. 우리는 집이든 백악관이든 사무실은 사무실이라는 것을 알 수 있다. 이 지식을 개념화하는 능력이 컴퓨터와 인간의 두드러진 차이다.

2015년에 뉴로사이언스 논문에서 티엔은 쥐와 햄스터에서 음식과 두려움 같은 기본적인 인식을 담당하는 7개의 다른 두뇌 영역의 활동에 관여하는 알고리듬을 발표했다. 이 간단한 원리는 많은 두뇌 회로에서 동작하는데, 7개의 영역을 선정했을 때 모든 영역에서 이 기본 원리를 확인할 수 있었다.

연결성 이론의 핵심은 n=2^i -1이라는 알고리듬으로 FCM을 형성하기 위해 얼마나 많은 신경집단이 필요한가로 정의되며 음식을 인지할 때 필요한 집단의 수를 예측할 수 있도록 한다. 여기서 n은 신경집단의 연결 방식의 수, 2는 이 집단이 입력을 받는지 아닌지, i는 입력받는 정보, -1은 수학적으로 모든 가능성을 표시하기 위한 요소를 의미한다. 이 공식을 이용하면, 일반적인 쥐에게 과자, 설탕, 쌀, 우유를 제시했을 때 형성되는 신경집단이 15개임을 예측할 수 있다. 신경집단은 발달과정에서 미리 연결되기 때문에 음식 선택의 경우에 즉각 나타날 수 있는 것으로 보인다. 이 기본적인 수학은 학습과 기억과 같은 NMDA 수용체가 성숙한 후 억제되는 경우에도 기능을 유지한다.

인간과 동물은 모두 6겹의 대뇌피질을 가지고 있는데 가장 바깥쪽 영역이 학습, 기억과 같은 고기능에서 중요한 역할을 하고 인간 피질에서 종단면으로 더 길게 형성된 연결이 신경집단과 FCM을 더 많이 형성할 수 있게 해서 두뇌의 크기가 중요한 것이다. 그럼 사람보다 더 큰 두뇌를 가진 코끼리는 어떻게 설명할 수 있을까? 

코끼리는 신경세포 대부분이 근육 조절을 관장하는 소뇌에 집중되어 있어 거대한 몸집을 민첩하게 움직일 수 있는가를 설명해준다.

인간이 어떻게 지능을 가질 수 있는가를 설명하는 논문으로 간단한 신경세포의 연결이 복잡하고 고도화된 지능을 나타나게 한다는 것을 보이고 있다. 기본적인 인지기능을 담당하는 영역이 서로 얼마나 잘 연결되는가에 따라 지능의 높고 낮음이 결정된다는 것으로 이 두뇌 연결성을 바탕으로 보다 뛰어난 인공지능, 머신러닝 장치를 개발할 수도 있을 것이다.

관련연구자: Joe Z. Tsien

관련기관: Medical College of Georgia at Augusta University

과학기술분류: 뇌과학

본문키워드(한글): 지능,연결성이론,신경집단,기능적 연결성 모티프

본문키워드(영문): intelligence,theory of connectivity,clique,FCM

원문언어: 영어

국가: 미국

원문출판일: 2016-11-21

※ 출처: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-11/mcog-obh112116.php

번역출처: http://www.kosen21.org/info/globalNews/globalNewsDetail.do?articleSeq=855