뇌 조직 이용한 컴퓨터 구축에 성공했다

미국 인디애나대 연구팀이 인간 줄기세포를 바탕으로 만들어진 뇌 오가노이드(Cerebral organoid)를 전자칩에 연결한 브레이노웨어(Brainoware)라는 걸 구축해 간단한 계산 작업을 수행하는데 성공했다고 보고했다.

인간 뇌에는 뉴런 860억 개와 시냅스 몇 조개가 존재하고 있다. 뉴런 하나하나는 최대 1만 개에 이르는 다른 뉴런에 연결되어 있으며 서로 통신한다. 최근에는 과학자와 엔지니어가 이런 뇌 구조에 착안한 하드웨어나 알고리즘 설계와 개발에 노력하고 있으며 첨단 생물학적 시스템을 기반으로 한 컴퓨터 구축을 시도하고 있다.

연구팀은 실험실에서 배양한 뇌 오가노이드에 물리적 축적 컴퓨팅(reservoir computing)이라는 인공 신경망 일종을 이용한 전극을 연결했다. 전극을 통해 보내진 전기 신호로 정보를 뇌 오가노이드에 보내고 뇌 오가노이드가 이 정보를 처리, 신경 활동 데이터라는 형태로 계산 결과를 출력한다. 연구팀은 이런 일련의 시스템을 브레이노웨어라고 부른다.

연구팀이 구축한 브레이노웨어에 전기 신호를 주면 브레이노웨어는 이 신호에 반응해 신경 활동 데이터를 출력한다. 연구팀은 이번 실험 결과는 브레이노웨어가 실제로 정보를 처리하고 인간에 의한 모니터링 없이 계산 작업을 수행할 가능성을 보여주는 것이라고 밝혔다.

연구팀은 또 브레이노웨어 유용성을 보여주기 위해 피험자 8명에게 일본어 모음을 발음해 녹음한 음성 클립 240개를 이용해 브레이노웨어가 특정한 1명 목소리를 확인할 수 있는지 테스트했다. 전기 신호로 변환되어 보내진 음성 클립 처리를 실시한 브레이노웨어는 신호를 출력했다. AI를 이용해 출력 신호를 분석한 결과 불과 2일간 훈련이었지만 브레이노웨어는 78% 정확도로 화자를 식별하는데 성공했다. 한편 연구팀은 AI에서 동작하는 순수한 하드웨어 컴퓨터보다 정확도가 떨어지는 점도 지적하고 있다. 그럼에도 불구하고 이번 실험 결과는 뇌 오가노이드를 컴퓨팅에 사용한 첫 데모라는 점을 강조하고 있다.

한 연구자는 뇌 오가노이드를 이용한 시스템 고도화가 진행되면서 무수한 윤리적 문제가 발생할 것이라며 윤리적 고려 사항을 염두에 두는 게 중요하며 생산 가능성이 높고 새로운 치료법을 테스트하기 위한 모델 개발에도 도움이 될 수 있다고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.