[이슈메이커=임성희 기자]
뇌의 강화학습 AI 활용해 연구하고 AI에 적용
보상과 처벌 구별하는 뇌의 알고리즘 분석
의학에서 인공지능 활용한 모델링 연구선도
인공지능이 2024년 노벨상을 휩쓸며 인공지능 시대가 성큼 다가왔다. 인공지능은 다양한 연구영역에서 방법론으로 쓰이며, 인류 과학기술 발전과 그 궤를 같이하고 있다. 의학 분야에서의 인공지능 활용도 활발히 이뤄지고 있는데, 진단 과정의 큰 변화를 이끌었고, 개인 맞춤형 정밀의학 발전에도 이바지하고 있다. 또 하나 관심을 끄는 분야가 모델링 분야인데, 실험을 대신해 컴퓨터로 모든 연구를 진행하는 것이다. 의학 분야의 모델링 연구는 아직 그 수가 많지 않은 가운데, 뇌의 기전을 컴퓨터로 연구하는 의사 과학자 이현수 교수의 활동이 눈에 띈다.
의사가 아닌 의사 과학자 선택
서울대 의대에 입학했다. 자연스럽게 의사가 될 줄 알았는데, 이현수 교수는 다른 선택을 했다. “본과 1학년 때 생리학을 배웠는데, 전기생리학이라는 분야가 너무 재미있더라고요. 그래서 저는 인턴과 레지던트 생활 대신, 뇌신경생리학 관련 실험실에 들어가 교수님께 지도받았습니다” 의사라는 사회적으로 선망받는 직업보다, 과학에 대한 호기심이 더 컸던 그는 연구자의 길을 선택했다. 그렇게 연구자로서 순탄할 것만 같았지만, 그는 연구주제와 방법론 등에 대한 고민으로 연구자로 정착하는 데도 많은 시련을 겪었다. 하지만 아픈 만큼 그는 연구자로서 더 성숙할 수 있었다. “기억과 관련 있는 해마의 신경세포 신생을 연구했는데, 당시 트렌드였던 세포 단위의 연구가 저의 적성과 맞지 않아서, 다시 의사를 해야 하나 방황했습니다. 우연히 뜻을 같이하는 교수님들을 만나, 계명대에서 교수로서의 첫걸음을 뗄 수 있었습니다” 당시 연구실을 꾸리며 현미경 등 고가의 장비를 구매할 수 없던 상황에서 그는 장비가 없더라도 할 수 있는 인공신경망 컴퓨터 시뮬레이션을 시작했다. 위기에 우연히 시작한 컴퓨터 시뮬레이션이 당시 인공지능 발전과 맞물리며 그에게 기회가 됐고, 뇌 신경 모델링 연구에 매진하기 시작했다. 그 뒤 2023년 그의 고향인 부산에 적을 둔 부산대로 옮기며 제2의 연구 인생을 이어가고 있다. 의학박사 학위를 받고 의사 과학자의 길을 걷는 그는 해마와 신경세포 신생이 인간의 기억 행동에 어떻게 작용하는지 밝히는 기초과학 연구를 주요 연구주제로 삼고 있다. “의대에서 생물정보학을 하는 분은 많은데 모델링 하는 분은 희귀합니다. 전통적인 전기생리학 트레이닝을 받은 제가 의대에서 전기생리학을 기반으로 모델링하고 인공지능에 적용할 수 있는 것은 매우 큰 장점이라고 생각합니다”
유연한 공간 탐색할 수 있는 인공지능 로봇 개발 기대
이현수 교수는 기억과 학습을 관장하는 뇌의 해마에 관심이 많다. 인간 신경세포가 새로 생성되는 곳이 두 군데밖에 없는데 그중에 한 곳이 해마다. 그만큼 인체의 신비를 간직한 곳이기에 더 궁금증을 불러일으키는 곳이기도 하다. 그는 신경세포의 생성 현상을 오랫동안 연구하며 그 기전에 조예가 깊다. 부산대 의대에 부임해오며 신경인공지능연구실을 꾸린 그는 “우리 뇌를 이해하는데 관심이 많습니다. 컴퓨터를 활용해 우리 뇌가 어떤 기전과 어떤 알고리즘으로 작동하는지 연구하고 있으며 특히 해마가 보상과 처벌이라는 강화학습에 관여하는 걸 밝히는 데 집중하고 있습니다”라고 설명했다. 부산대 신경인공지능연구실에서는 해마에서 일어나는 강화학습 기전을 연구해 인공지능 강화학습과 연결하는 연구, 인공지능 활용 신약 발굴 연구, 신경과학 데이터에 기계학습 기법 적용, 신경과학 기반 강화학습으로 의료 인공지능 분야 난제 접근, 뇌전증 모델링 연구 등이 진행되고 있다. “하등동물의 기억 능력은 공간 기억에 집중되어 있는데요, 그래서 해마의 공간인지 기전을 파악해서 보편적인 알고리즘을 찾으면 그 알고리즘을 기반으로 좀 더 사람다운, 좀 더 유연한 공간탐색을 할 수 있는 인공지능 로봇 개발에 도움을 줄 수 있다고 생각합니다. 그리고 신경세포의 전기생리학 원리에 기반한 신경모방칩이라는게 있는데, 이런 컴퓨터 칩의 알고리즘을 개발하는 데도 좋은 역할을 할 수 있을 것입니다”
“인공지능 의식 판단할 수 있는 프로그램 만들고 싶어”
부산대 신경인공지능연구실 소속 대학원생들은 의료 인공지능이나 신경과학과 인공지능 접목에 관심을 두고 연구를 진행하고 있다. 의학 분야의 인공지능 활용은 인간의 수명연장과 맞물려 굉장히 기대가 큰 분야로 대학원생들의 전도가 유망하다. 이현수 교수는 “본인이 재미를 느끼거나 호기심을 느낄 수 있게 계속 탐색하도록 독려합니다. 저도 의대 입학 후 연구자와 의사 간에서 방황하다 진로를 정한 만큼 학생들이 처한 선택의 어려움을 알고 이해하고 있습니다. 제가 의사를 포기한 것에 대해 지금도 많은 사람이 의아해합니다. 저는 정말 현재 의사 과학자로 사는 삶에 만족하고 있으며, 어려운 코딩을 하는 과정도 저에겐 정말 재미있는 시간입니다. 그래서 학생들에게 항상 재미있는 거를 하자고 이야기합니다”라고 밝혔다. 앞으로 그는 신경세포를 여러 개 모델링해서 그 네트워크를 관찰하는 모델링을 연구할 계획이며 더 나아가 분자 수준에서 세포 안의 단백질과의 상호작용을 모델링하는 것까지 생각하고 있다. “양자역학에도 관심이 많아 신경과학과 양자 정보학을 연결하는 연구도 언젠가는 해볼 수 있지 않을까 생각합니다. 그리고 사람의 의식이 어떻게 온·오프 되는지를 신경과학적으로 밝혀 이를 인공지능에 적용해, 인공지능의 자의식 여부를 구분할 수 있는 프로그램을 만드는 것도 먼 미래를 내다보는 저의 도전 연구입니다”
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