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블루 브레인 프로젝트를 아시나요?  블루 브레인 프로젝트는 IBM이 지원하는 프로젝트로 수천 개의 컴퓨터 칩을 연결하면서 인간의 뇌의 구조를 역공학하여 그 구조를 그대로 만들어가는 방식의 인공뇌 프로젝트 입니다.  현재까지 들어간 마이크로 칩의 수는 2,000개가 넘고, 이들이 수행하는 연산의 양은 약 22.8조 개 정도를 초당 수행할 수 있다고 합니다.  2005년에 처음 시작할 때만 하더라도 많은 논란과 회의론들이 있었지만, 4년이 지난 현재 많은 성과가 있다고 합니다.  일반적인 형태의 인공지능 연구와는 달리, 인간의 뇌가 가지고 있는 구조를 그대로 흉내내는 것에 초점을 맞추고 있습니다.

2009년에 있었던 TED Global 미팅에서 이 프로젝트를 이끌고 있는 Henry Markram 이 직접 많은 이야기를 하고 있는데, 더욱 자세한 내용은 아래에 임베딩한 TED 강연내용을 참고하시기 바랍니다.  현재까지의 성과는 인간의 뇌의 신피질 컬럼(neocortical column)을 시뮬레이션 하는 수준입니다.  약 1만 개의 신경세포와 3천만개의 시냅스(신경 간의 연결)를 구축한 것인데, 이를 활용한 다양한 연산수행이 가능합니다.  앞으로 2년 정도 뒤면 쥐의 뇌 전체를 시뮬레이션 할 수 있을 정도로 키울 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 이 때에는 모바일 로봇을 이 뇌를 이용해서 움직이려는 계획을 가지고 있습니다.

기본적으로 뇌를 시뮬레이션하는 방식이기 때문에, 쥐의 뇌의 형태로 만들어서 작은 로봇에 연결하게 되는 경우, 로봇에서 감지하는 여러 감각정보들은 블루 브레인을 학습시킬 것이고, 이에 따라 대응을 하게 될 것입니다.  그런데, 아마도 이런 학습방식은 예축하는 것이 거의 불가능할 것입니다.  그리고, 제대로 동작을 한다면 로봇은 자기 나름대로 판단하고 움직이고, 살아가려고 하겠지요?  

어쩌면 정말 허황된 프로젝트일지도 모르겠습니다.  그렇지만, 진정한 과학적 발전을 위해서는 이렇게 황당해 보이는 프로젝트에도 투자할 수 있어야 하지 않을까요?




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  1. 부갑의 생각

    Tracked from boogab's me2DAY  삭제

    RT hiconcep님: [하이컨셉&하이터치]인간의 뇌를 시뮬레이션 하는 슈퍼컴퓨터, 블루브레인 http://durl.me/9jfg

    2010/01/02 13:05
  2. 문정동김펭귄의 생각

    Tracked from psbreeze's me2DAY  삭제

    블루브레인 - 멋지다

    2010/01/02 23:58

from Google Image


뇌는 좌우의 2개 반구로 되어 있습니다.  창의성은 양쪽 뇌가 같이 소통을 할 때 잘 발현된다는 것은 이미 잘 알려져 있습니다.  예를 들어, 좌우 뇌를 연결하는 부위를 잘라내면 (이런 수술을 commissurotomy 라고 합니다), 창의적인 작업에 애를 먹게 됩니다.  2009년 Elizabeth Shobe 박사 연구팀이 재미있는 논문을 발표했는데, 이런 사실을 바탕으로 창의성의 훈련과 관련한 약간의 가능성 및 배경이 될만한 논문이라서 소개를 해볼까 합니다.

Shobe 박사팀은 62명의 실험 참가자들에게 "Alternative Uses Test"라고 불리는 창의성 테스트를 하였습니다.  벽돌이나 신문과 같은 일상적인 물체를 가지고 할 수 있는 독특한 일들을 생각하는 것인데, 일단은 왼손이나 오른손 어느 한쪽으로 편향되었는지 아니면 상대적으로 양손의 정교함이 비슷한 수준의 양손잡이 그룹인지 분류하였습니다.  

여기에서 재미있는 시도를 하였는데, 작업을 시작하기 전에 2그룹으로 나누어서 한 그룹에게는 30초 정도의 시간을 들여서 눈을 좌우로 왔다갔다 하도록 하였습니다.  이 운동은 좌우 뇌의 소통을 돕는 것으로 알려져 있습니다.  그리고, 나머지 한 그룹에게는 앞을 그냥 30초간 쳐다보도록 하였습니다.  결과는 어땠을까요?  좌우 어느 한쪽으로 편향된 사람들 중에서, 눈 운동을 한 그룹에서 그렇지 않은 그룹보다 훨씬 좋은 창의성 테스트 결과가 나왔습니다.  그런데, 처음부터 양손잡이인 그룹의 경우에는 창의성 테스트 결과가 좌우 쳐다보는 운동이 큰 영향을 끼치지 않았습니다.  물론, 양손잡이 그룹이 어느 한쪽 손으로 많이 치우친 그룹에 비해서는 전반적인 테스트 결과가 좋았습니다.

이 결과는 좌우 뇌의 어느 한쪽이 우성이면서, 소통이 적은 사람의 경우 눈의 좌우로 쳐다보는 일종의 준비운동이 창의성과 관련한 작업을 하는데 도움이 된다는 것을 의미합니다.  그에 비해, 이미 좌우 뇌의 소통이 어느 정도 되고 있는 양손잡이의 경우에는 그리 큰 영향을 미치지 않았다고 해석을 할 수 있습니다.  물론, 테스트를 한 사람의 수도 적고, 명확한 이론으로 자리를 잡으려면 앞으로 많은 연구가 더 수행되어야 하겠지만, 기본적인 백그라운드 이론이 있고, 좌우로 눈운동을 하는 것이 그리 어려운 일도 아니기 때문에 창의성을 요하는 작업에 앞서 마치 우리가 준비운동을 하듯이 뇌에 대한 준비운동으로 눈을 굴려보는 것도 그리 나쁘지 않다는 생각입니다.


참고자료

Shobe ER, Ross NM, & Fleck JI (2009). Influence of handedness and bilateral eye movements on creativity. Brain and cognition, 71 (3), 204-14 PMID: 19800726

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생각보다 많은 사람들이 불규칙한 수면 사이클을 가지고 있습니다.  어떤 날은 잠이 잘 오지 않아서 앉아 있거나, 다른 일을 하다가 잠이 들고, 어떤 날은 무척 일찍 잠이 들기도 합니다.  그리고, 시간에 쫓기면서 다음날 아침일직 일어나야만 하는 경우도 부지기수입니다.  그렇지만, 수면의 중요성은 최근 연구를 통해 점점 더 부각되고 있습니다.  

2009년 신경과학 학회 미팅에서 수면 사이클이 무너질 경우 건강과 인지기능(cognitive function)에 미치는 악영향에 대한 연구발표가 하나 있었습니다.  록펠러 대학의 연구팀들은 쥐를 가지고 한 실험에서, 하루의 리듬을 망가뜨리기 위해서 빛을 주어서 낮처럼 느끼도록 10시간을 밝게하고, 그 뒤에 밤처럼 느끼도록 10시간을 어둡게 하는 실험을 하였습니다.  이렇게 2달의 시간이 지나자, 쥐들은 항상 졸려하고, 학습능력이 저하되었으며, 굉장히 공격적이 되었습니다.  또한, 살도 찌는 것이 관찰되었는데, 이는 식욕호르몬과 대사장애가 있었기 때문으로 추측됩니다.

이 연구를 통해 수면이 인간 및 동물들의 자가제어(self-control) 능력을 유지하는데 매우 중요하다는 것을 알게 되었습니다.  심지어는 체온을 유지하는 것과 같은 가장 기본적인 항상성을 유지하기 위한 기능조차도 수면문제로 장애를 일으킬 수 있습니다.  연구자들은 수면문제가 동물들의 내측 전전두엽(medial prefrontal cortex)에 변화를 유도함을 밝혀내었는데, 이 부위는 자가제어에 있어 가장 중요한 부위로 수면과 식습관변화에 가장 민감하게 반응한다고 합니다.

이 밖에도 많은 연구들을 통해서 수면에 문제가 있을 경우 스트레스 관리, 감정의 조절, 학습능력과 의지력 등에도 좋지 않은 영향을 미친다는 것이 알려져 있습니다.  최근 뉴욕타임즈의 기사에서 스탠포드 대학에서의 연구내용이 발표된 적이 있습니다.  간단히 내용을 요약하면 하루 10시간을 잔다면 운동선수의 운동능력이 향상되었다는 것입니다.  이와같이 충분히 자고, 그 사이클도 규칙적으로 가져간다면 우리의 건강과 인지능력은 항상 최적의 상황을 유지할 수 있습니다.  

그러므로, 결과가 잘 나오지 않는 일로 괜히 잠을 줄이는 방법을 선택하기 보다는 적더라도 잠을 자는 습관을 들이도록 합시다.  저의 경우도 의과대학을 다니면서, 다음 날 시험에 제대로 준비가 되지 않았더라도 반드시 몇 시간 정도는 자는 습관을 들였습니다.  그럴 때면, 자고 일어났을 때 그 전날 그렇게도 외워지지 않던 내용들이 자면서 나도 모르게 머릿속에 정리되어 있는 경험을 많이 했습니다.  수면은 일하는 것 이상으로 중요한 행위입니다.  잠을 잘자기 위해 노력하는 것은 우리 건강을 위해 노력하는 가장 중요한 행동입니다.


참고자료

Society for Neuroscience presentation (October 28 2009). Disruption of circadian rhythms affects both brain and body, mouse study finds. ScienceDaily. Retrieved October 28, 2009, from http://www.sciencedaily.com/releases/2009/10/091026225744.htm.


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위의 그림에서 보듯이 우리 뇌는 온통 주름투성이 입니다.  인간의 뇌는 다른 동물들의 뇌에 비해 그 크기도 크지만, 주름이 무척이나 많은데, 이렇게 주름이 많아지면 뇌의 체적이 같다고 하더라도 펼쳤을 때 면적은 훨씬 넓어지기 때문에 다른 동물들보다 차별되는 뇌를 가졌다고 할 수 있습니다.  뇌의 주름은 뇌조직 부분을 gyri, 그 사이의 홈에 해당하는 부분을 sulci 라고 합니다.  일부 gyri 와 sulci 는 이름까지도 가지고 있는 중요한 부위입니다.  그렇지만, 이들의 모습은 사람마다 많이 다르다고 알려져 있습니다.

흔히 가지고 있는 뇌에 대한 믿음 중에, "뇌에 주름이 많으면 똑똑하다"라는 것이 있습니다.  일견하기에는 다른 동물들과 인간을 구별하는 특징 중에 하나이기 때문에 맞는 것처럼 보입니다만, 이는 사실과 다릅니다.  물론 인간이 태아시기에는 주름이 거의 없는 작은 뇌를 가지고 태어납니다.  그리고, 점점 자라면서 신경세포들도 자라고, 신경세포들이 뇌의 다른 부위로 이동도 하며, sulci 와 gyri 도 만들어내기 시작합니다.  그런데, 뇌가 어른 수준의 주름을 가지는데에는 뇌의 크기는 작더라도 40주면 충분합니다.  그러니까, 돌이 채 되기 전에 주름 구조는 거의 완성이 되는 것입니다.  이 때부터는 커다란 주름의 구조는 많이 배우고, 똑똑해지는 것과는 상관없이 거의 변하지 않습니다.  물론, 숙련되거나 교육 등에 의해 특정 gyri 등이 커지거나 할 수 있지만 커다란 두뇌의 손상이 나타나는 경우를 제외하고는 전반적인 구조가 바뀌는 일은 없습니다.

물론 우리의 뇌는 무언가를 배우고 익힐 때마다 계속 변합니다.  그렇지만, 새로운 sulci 나 gyri 를 만들어내지 않는다는 것입니다.  이렇게 무언가를 학습할 때마다 변하는 현상을 "뇌의 소성(brain plasticity)"라고 합니다.  쥐와 같은 동물의 뇌에 대해 변화를 관찰하는 연구결과를 보면 신경세포간의 연결을 담당하는 시냅스(synapse)나 신경세포를 지원하는 혈구세포(blood cells)의 수는 늘어납니다.  일부 연구자들은 새로운 기억이나 경험이 만들어질 때마다 새로운 신경세포가 생겨난다고 주장하기도 합니다만, 포유류의 뇌에서는 아직  가설 수준으로 남아 있습니다.

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브레인 스캐너가 현실화될까?

수술공학/의공학 2009/11/16 15:00 Posted by 하이컨셉




2009년 10월 29일자 Newscientist.com 에 브레인 스캐너와 관련한 글이 실렸습니다.  언제나 어떻게 하면 뇌를 스캔할 수 있을까?하는 주제는 과학자들과 SF를 좋아하는 사람들에게는 단골 주제이지요?  내용이 꽤 깁니다만, 내용을 요약해서 간단히 소개하고자 합니다.

원문:


사람이 생각하는 것을 읽어낸다는 브레인 스캐너라는 것이 실제 가능한 걸까요?  온전하게 기능을 구현할 수는 없겠지만, 뇌활동의 패턴을 분석해서 사람들이 어떤 그림을 보고 있는지, 가상환경에서 어떤 위치에 있는지, 또는 주어진 선택지 중에서 어떤 선택을 할 것인지 등이 가능한 수준의 기술개발이 되었다고 합니다.  

2009년 10월에 시카고에서 있었던 신경과학회(Society of Neuroscience)에서 UC 버클리의 Jack Gallant는 뇌의 활동을 읽는 것만으로 비록 해상도가 낮고 흐릿하기는 해도 동영상 클립을 만들어내는데 성공한 결과를 발표하였습니다.  또다른 세션의 연구자들은 역시 비슷한 형태의 신경해독(neural decoding) 기술을 이용해서 기억을 읽어내는데 성공을 하였고, 이 기술을 섭식장애(eating disorder)를 진단하는데 활용하는 예를 발표하였습니다.

이렇게 발달된 기술들이 등장하면서, 실제로 마음을 읽어내는 브레인 스캐너의 개발이 정말로 현실화되는 것이 아닌가하는 생각을 하게 됩니다.  잘못 활용된다면 엄청난 파장을 일으킬 수 있는 일이 될수도 있겠지요.  그렇지만, 이런 기술이 가져오게 될 좋은 점도 무척 많습니다.  특히 뇌경색 등으로 말을 제대로 할 수 없게 된 사람들이나 퇴행성 신경질환 환자들의 경우 말을 하고, 글을 쓰게 되는 등의 자신의 의사표현을 분명하게 할 수 있게 될 것입니다.  또한, 창의적이고 머릿 속에 많은 것을 그려내는 사람들의 생각을 쉽게 그림이나 동영상으로 표현할 수 있게 된다면 새로운 창조적 발명이 가속화 될지도 모릅니다.  특히 저처럼 머릿 속에 끊임없이 새로운 생각이 떠오르지만, 그림에 소질이 없어서 제대로 그려내지 못하는 사람들에게는 정말 유용한 기술이 아닐 수 없습니다.

UC 버클리의 Gallant 교수팀이 이용한 방법은 뇌의 시각중추의 활동전위를 해석하는 것입니다.  이들은 실험실 멤버들로 하여금 2시간 정도 DVD 트레일러 비디오 클립 영상을 보도록 하면서, 뇌의 활동전위를 스캐닝 했습니다.  그리고, 컴퓨터 프로그램이 동영상에서 나오는 모양이나 컬러, 움직임 등의 변화가 있을 때마다 시각중추에서 나오는 신호의 패턴을 분석해서 데이터베이스에 저장하고 비교하는 과정을 거칩니다.  이런 식으로 분석한 데이터를 유튜브 클립 200일 분 정도가 저장되어 있는 동영상 데이터베이스에서 비슷했던 패턴을 가진 유튜브 클립을 선택하는데 성공했습니다.  그런 다음, 완전히 다른 새로운 영상 클립을 보도록 한 뒤에 기록한 뇌의 활동 데이터를 이용해서 100개의 유튜브 클립을 선정하고 이를 융합하는 형태로 새로운 영상을 만들었는데, 만들어진 최종 영상은 비록 희미하고, 약간의 차이는 있지만 원래의 비디오 클립과 비슷하게 만들어내는데 성공하였습니다.


앞으로 뇌과학이 얼마나 발전을 해서, 기억을 읽거나 감정을 알아내는 등의 기술들이 정교하게 개발이 될지는 아직 잘 모릅니다.  하지만, 최근의 연구결과는 어쩌면 머지 않은 시기에 이런 일들이 실제로 일어날 수 있다는 것을 시사하고 있습니다.  그렇자면, 윤리적인 측면에서의 접근과 사회적인 대처는 어떻게 해야 할까요?  벌써 그런 부분을 고민해야 할 시기로 접어드는 것 같습니다.  관련 영상도 하나 임베딩 합니다.





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  1. 태터앤미디어의

    Tracked from tattermedia's me2DAY  삭제

    사람이 생각하는 것을 읽어낸다는 브레인 스캐너라는 것이 실제 가능한 걸까요? 뇌활동 패턴을 분석해서 사람들이 어떤 그림을 보고 있는지, 가상환경에서 어떤 위치에 있는지, 또는 주어진 선택지 중에서 어떤 선택을 할 것인지 등이 가능한 수준의 기술개발이 되었다고 합니다.

    2009/11/28 03:43
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