Brain Survivor - 사이보그.. > robo_컬럼

뇌 [腦] : 동물의 신경계를 통합하는 최고의 중추(中樞). 중추신경계 중 형태적 ·기능적으로 가장 고차(高次)의 통합을 실행하는 부분이다. 사람의 뇌는 신경세포와 신경섬유 및 그 사이를 채운 신경교조직(神經膠組織)으로 구성되며, 외면은 뇌막으로 싸여 있다. 발생초기의 태아의 등쪽에 생긴 신경관의 두단부(頭端部)가 팽대하여 뇌포(腦胞)로서 분화하므로 내부에는 뇌실이라고 하는 수액(髓液)이 들어 있는 강소(腔所)가 있다. 뇌포는 복잡한 발육과 변형을 거쳐 최상부로부터 종뇌(終腦) ·간뇌(間腦) ·중뇌 ·후뇌 및 수뇌[末腦]로 나눠진다.   - 두산세계대백과사전 -

오랜만에 백과사전을 펼쳐보..지 않고 마우스로 눌러보았다. 내친김에 요즘 한창 유행하는 지식검색도 해보았다.

•  크기에 비해 인체에서 에너지를 소비하는 비율이 가장 높은 곳도 바로 뇌이다. 뇌의 무게는 인체
  체중의 약 2%에 불과한 1천3백-1천4백g정도이면서 심장에서 나가는 피의 15%를 소비하고
(1분당 750cc) 안정시 들여마시는 산소의 20-25%를 쓴다.
•  만약 혈액 공급이 15초 정도만 차단되어도 의식불명이 되고 4분간 중단하면 뇌세포는 북원할 수 없을
  정도로 손상을 받는다.
•  뇌로 혈액을 공급하는 동맥은 크게 네가지가 있는데 상호 연락이 치밀하여 한 개나 두 개의 동맥이
  막히더라도 다른 동맥에 의해 혈액공급을 받도록 되어 있다.
•  여자의 뇌는 나자보다 150-200g 정도 가볍다. 사람에 있어서 뇌의 무게와 지능은 비례하지 않는다.
•  뇌는 두부처럼 말랑말랑하다. 상처받기 쉬워서 여러 가지 보호장치가 있다. 자궁내의 태아가 양수에
  의해 보호를 받듯 뇌는 뇌척수액에 떠 있어서 충격으로부터 보호를 받는다.
•  뇌는 질서없이 구성된 것이 아니다. 수백만년에 걸쳐 새로운 구조물들이 만들어져서 차곡차곡 포개져
  형성된 오래된 집과 같다.
•  진화상에 새로운 전기가 있을 때마다 새로운 조직이 진화 발전하여 새로운 기능을 획득해 왔다.
•  인간이 직립하면서 골반이 두꺼워겼고 두꺼워진 골반은 산도를 좁히게 되었다. 산도는 좁아
  졌는데도 불구하고 뇌와 머리는 더 크게 성장하게 되었다. 이러한 상황을 타개하기 위한 대책이
  없었다면 인간은 멸망했을 것이다. 인간은 조기출산으로 이 문제를 해결했다. 출생시 침팬지의
  뇌는 성숙한 침팬지 뇌의 40-50%에 이르나 사람은 25%에 불과하다.
•  인간의 뇌는 태어나서 모체 밖에서 주로 성장하게 되었다.
•  인간의 뇌는 모든 포유동물 가운데 신체크기와 비교했을 때 가장 크다. 동물중에서 고래의
  뇌가 가장 커서 「푸른큰고래」의 뇌는 6천8백g이다. 아시아 코끼리의 뇌는 약 5천g, 돌고래가
  2천3백50g이다.
•  인간의 뇌세포 하나는 다른 동물보다 훨씬 능률적이고 치밀하게 일을 할 수 있게 되어 있다.
•  뇌를 크게 나누어 대뇌 소뇌 뇌간으로 나누는데 세 부분이 동시에 생긴 것은 아니다. 가장 먼저 생긴
  것이 뇌간이다. 따라서 가장 안쪽에 자리잡고 있다. 인간이 말하고 생각하는 능력을  갖기 휠씬 이전,
  다른 생물체와 마찬가지로 단순히 생명을 지닌 생물체로만 있을 때에 생긴 것이다.  5억년 보다 더
  전에 척수가 위로 확대팽창하여 진화했다고 보는데 파충류의 뇌와 흡사하여 「파충류의 뇌」라고도
  부른다. 무게는 약 200g, 일찍이 생명을 유지하는 일을 주된 임무로 맡고 있으며 가장 아래쪽의 연수에는
  호흡과 심장운동을 조절하는 생명중추가 있다.
•  연수는 목뒤의 머리 아래쪽에 있다.
•  뇌간은 이밖에도 혈관의 수축과 이완, 구토, 하품, 기침, 재채기, 딸꾹질 등의 반사작용도 책임지고 있다.
•  연수위에 있는 뇌교는 정보를 전달해주거나 두 개의 소뇌사이 정보를 이어주는 역할을 하고 그외
  외부의 정보에 대해 우리 의식이 깨어있도록 유지해주는 기능도 한다.
•  대뇌나 소뇌의 손상이 있어도 사람은 죽지 않으나 뇌간의 손상은 곧 죽음을 초래한다. 뇌출혈이 있을
  때도 대뇌나 소뇌의 출혈은 바로 사망을 초래하지 않으나 이 부위의 출혈은 죽음을 면키 어렵다.
•  대뇌나 소뇌의 기능은 마비되었으나 뇌간의 기능은 살아있어서 호흡과 심장박동이 유지되는 경우를
  「식물인간」이라하고 반대로 뇌간의 기능이 마비되었을 때 인공호흡기 들으로 겨우 생명을 유지하면서
  호흡기를 제거하면 곧 죽게될 경우를 「뇌사」라 한다.
                                                                                             - 엠파스 지식검색 중에서 -




고등학교 생물시간에 한번쯤 읽어보았을 뇌의 구조와 역할에 관한 내용들이다. 인간의 뇌는 모든 사고(思考)의 원천이다. 다른 동물들과 마찬가지로 본능적인 생활의 움직임에서부터 만물의 영장으로써의 창조적 행위까지, 모든 것이 인간의 뇌를 통해서 이루어진다.

갑자기 왠 뇌에 관한 이야기인가? 이유인 즉, 이번주 웹진의 주제와 뇌가 밀접한 관계가 있기 때문이다. 그러면 인공지능에 관한 이야기일까? 물론 아니다. 아쉽게도 인공지능에 관한한 기술적으로 서술할 수 있는 지식을 필자는 가지고 있지 못한까닭이다. 궁금증을 간직한채 일단 다음으로 넘어가자.


뇌파 腦波

뇌(신경계)는 정보를 생산(generation)하고, 처리(processing)하고 사고와 행동을 하게한다. 뇌는 약 1000억에 달하는 신경원(뉴런)으로 이루어져 있고, 각 신경원은 고유한 전기생리적 및 형태학적 특징을 가지며 다른 신경원과 교통(communication)을 하면서 정보를 생산, 처리, 전달한다. 따라서 모든 뇌의 기능은 전기적 현상에 의하여 수행되며 이러한 뇌의 전기적 현상을 다루는 학문이 뇌의 전기생리학이다.

뇌의 전기적인 현상과 관련하여, 1875년 영국의 생리학자 R.케이튼이 처음으로 토끼 ·원숭이의 대뇌피질(大腦皮質)에서 나온 미약한 전기활동을 검류계(檢流計)로 기록하였다. 이를 뇌파라고 한다. 사람의 경우는 1924년 독일의 정신과 의사인 H.베르거가 처음으로 기록하게 된다. 베르거는 머리에 외상을 입은 환자의 두개골 결손부의 피하에 2개의 백금전극을 삽입하여 기록하였으며, 나중에 두피(頭皮)에 전극을 얹기만 하여도 기록될 수 있다는 것을 관찰하고 이것을 심전도(心電圖)나 근전도(筋電圖)와 같이 뇌전도(腦電圖 electroencephalogram:EEG)라고 하였다.

뇌파란 인간이 지닌 고도의 감각과 지각, 운동과 기술, 사고력, 상상력, 언어 능력 등을 담당하는 중요한 부위인 대뇌피질을 구성하는 신경 세포들의 전기적 현상을 대부분 반영하는 신호이다.

뇌파는 복잡하게 진동하는 형태를 지니고 있다. 진동하는 주파수의 범위에 따라 인위적으로 델타파(0.2~3.99Hz; 20-200uV), 쎄타파(4~7.99Hz; 20-100uV),알파파(8~12.99Hz; 20-60uV), 베타파(13~30Hz; 2-20uV)로 구분하여 부른다. 뇌파의 주파수는 복사를 가능하게 하는 물리적 조건을 갖추고 있지 않기 때문에 먼 거리까지 직접적으로 전달 될 수 없다.


사이보그 [cyborg]

오늘의 주제를 소개한다. 지난번 소개했던 파워슈트보다 좀더 자극적인 아이템이다. 이름하여 사이보그. 육백만불의 사나이, 제이미 소머즈, 형사가제트, 로보캅, 쿠사나기소령(공각기동대).. 그렇다. 모두 사이보그다. 사전적 의미를 먼저 살펴보자.

사이보그 [cyborg]. 뇌(腦) 이외의 부분, 즉 수족 ·내장 등을 교체한 개조인간(改造人間).  생물과 기계장치의 결합체를 뜻한다. cybernetic과 organism의 두 단어를 합성하여 만든 말이다. 이미 근전류(筋電流)로 움직이는 의족(義足) ·의수(義手) 등 생체기능대행(生體機能代行) 로봇이 개발되었으며, 인공심장이식도 행해지고 있다.  - 두산세계대백과 -

사이보그에 대한 주제를 꺼내기 전에 뇌의 구조와 일반적인 내용, 그리고 뇌파에 대한 기본적인 내용을 살핀 이유는 사람의 신경계(뇌)가 생체전기를 사용하여 몸을 제어하는 그것이 전자공학에서 전기를 사용하여 각종 엑츄에어터와 기구설비를 움직이는 것과 너무나 닮은 것이라는 점을 함께 인식하고자 하는 생각에서였다. 이러한 인식이 심어졌다면, 다음과 같은 사실에 더욱 관심을 보일 수 밖에 없다. 얼마전, 원숭이의 뇌를 이용한 로봇팔의 원격제어가 성공했다는 기사가 보도 되었었다.  



미국의 듀크대 신경공학센터의 공동 소장인 미구엘 니콜렐리스 박사는 10시간의 수술로 붉은털 원숭이 2마리의 뇌 일부에 ‘마이크로와이어(microwire)’라는 사람 머리카락보다 얇은 탐침(探針)을 이식을 한 이후, 이 원숭이에게 비디오 스크린을 보면서 조이스틱을 갖고 건너편 방에 있는 50㎏짜리 로봇 팔을 움직이는 방법을 학습시켰다고 한다.



우선, 조이스틱을 작동해 로봇 팔을 뻗어 물건을 움켜쥐고 쥐는 힘을 조절하는 방법을 익히게 함으로써, 탐침에 연결된 컴퓨터는 원숭이 뇌의 전기적 패턴을 추적해 원숭이의 ‘뻗어라’ ‘붙잡아라’는 생각을 알아냈다. 결국 나중에는 원숭이가 조이스틱을 사용하지 않고 생각만으로 로봇 팔을 움직이도록 하는 데 성공할 수 있었다는데...

이 기사를 접한 순간 공각기동대와 매트릭스에서 사람의 목 뒷부분에 잭을 연결하여 인터넷에 로그인하는 장면이 떠올랐다. 생물학적인 육신이 기계적인 몸으로 대처가 가능한 세상이 코앞에 닥쳐온거 같다. 물론, 영화에서처럼 사람의 몸이 네트워크에 접속되는 모습을 살아있는 동안에 보기는 힘들겠지만..


뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI=brain computer interface)

오래전 부터 사용되어오는 의수, 의족은 외형적 모양에 치중한 역할밖에는 못했었다. 그러나 기술의 발달로, 뇌파 또는 근육으로부터 생체전기신호를 감지하고, 움직일 수 있는 의수, 의족 또는 응용 시스템에 대한 개발이 이미 오래전부터 진행되어 왔으며, 이번에 발표된 원숭이 뇌의 실험은 그 연속선상에 있는 것이다.

뇌파를 분석하고 기계적인 명령으로 바꾸어 주는 것을 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI=brain computer interface)기술이라 한다. BCI의 핵심은 뇌파를 정확히 읽어내는 것이다. 그러나 여러가지 신호중에서 특정한 뇌파만을 읽어낸다는 것이 쉽지 않다고 한다. 한마디로 노이즈가 많다나 할까.. BCI에서 노이즈를 없애고 정밀도를 높이는 가장 확실한 방법으로는 뇌의 특정부위에 전극을 삽입하는 방법이 있다.



1990년대 부터 시작된 이 분야의 연구는, 미국의 듀크대학의 니코렐리스와 하네만대의 신경학자인 존 채핀 교수가 쥐의 운동 피질에 24개의 전극을 넣어 로봇의 팔을 움직이는 데 성공한 것을 시작으로<네이처 뉴로사이언스>, 샌디에이고 뉴로사이언스연구소의 앤드루 슈워츠 박사팀이 원숭이의 운동 피질에 머리카락 두께의 전극을 수십개 삽입해 50개의 뉴런으로부터 각각 신호를 수신했다. 그리고 이 정보를 로봇의 팔에 입력하여 원숭이가 팔을 움직일 때마다 옆방의 로봇은 똑같은 동작을 연출하였다고 한다.

생물체의 뇌에 직접 전극을 심는 것은 감염의 우려가 높아서 많은 연구가 필요하다고 하였으나, 이번에 원숭이 실험을 통해 머리카락보다 얇은 마이크로와이어를 삽입에 성공하여 더욱 정밀한 로봇팔의 제어를 성공하게 된 것이다.

이번 실험이 더욱 중요하게 된 이유는, 이 처리된 신호들은 인터넷을 통해 다시 950㎞ 떨어진 매사추세츠공대(MIT) 촉각연구소(Touch Lab)에 보내져 또 다른 로봇팔을 움직이게 만든 것이다. 재미있는 것은 지금까지 뇌파라는 것은 먼곳으로의 이동, 전파가 불가능한 것으로 이야기 되어왔다. 그런데 지금처럼 뇌파를 저장하고 인터넷을 통해 다운받아서 지구반대편의 로봇팔을 제어할 수 있다면, 뇌파가 전파된 것이나 다름아닌가.. 고로 인터넷(또는 무선통신)을 통해 텔레파시가 가능해졌다??!!




꿈은 이루어진다.- 사이보그.. 절반의 시작.

필자는 몇해전부터 인간의 상상속 세계는 거의 반드시 이루어진다는 생각을 가지게 되었다. 2002년 월드컵과 아시모의 출현이 계기가 된 것일까?! 뭐, 언젠간 양자컴퓨터도 나올것이고, 아시모도 지금보다는 훨씬 사람과 가깝게 진화될 꺼고, 그렇다면, 인터넷으로 다이브하는 쿠사나기 소령이 등장하지 말란 법도 없겠지..



사이보그에 대한 두가지 견해를 밝히면서 이글을 마무리하고자 한다. 우선, 일본의 아시모를 필두로 휴머노이드의 시대가 열리면서 사이보그에 대한 전망이 매우 밝아졌다고 생각된다. 뛰어난 휴머노이드가 개발된다는 것은 그 만큼 좋은 성능의 사이보그 바디가 만들어 졌다는 이야기와 같은 뜻일 것이다.

더욱이 원숭이 뇌실험을 보면, 뇌파 검침과 해석의 기술 수준도 많이 발전된것 같고, 과연 얼마만큼의 시간이 흘러야 신체의 50%이상이 사이보그인 사람이 나타날까? 또, 90% 사이보그는 어떤 모습일까? 만화에 자주 등장하는 수족관 같은데 뇌가 둥둥 떠있고 많은 관이 연결되어 컴퓨터에서 목소리가 흘러나오는 그런 모습은 좀 피하고 싶을 뿐이다.



사이보그에 대한 두번째 생각은 사이보그가 가지는 긍정적인 면이다. 사실, 그간 매체를 통해서 다루어진 사이보그는 어두운 측면이 많이 부각되어 왔던게 사실이다. 막강한 사이보그가 악당의 손에 넘어갔을때(또는 악당자신이 사이보그가 되었을때) 발생되는 재앙이 크게 부각되었었다. 모든 기술이 양날의 칼이듯, 사이보그 또한 어떻게 쓰이느냐에 따라서 양날의 모습을 보여줄 것이다. 일단 좋은 면만 생각해 보자. 사이보그 또는 사이보그급에 해당하는 기술은, 불편한 몸으로 힘든 생활을 하고 있는 장애인이나 불의의 사고를 당한 일반인에게 많은 도움을 줄 수 있다.

로보맨을 통해 지난시간에 인간의 몸이 가지는 물리적인 한계를 뛰어넘을 수 있는 아이템으로 파워슈트를 소개했었다. 파워슈트의 경우에는 말그대로 파워를 업그레이드해주는 메카닉슈트의 개념이었다. 사이보그는 파워슈트와 비교할때 조금더 진화된 경쟁력있는 아이템이다. 사이보그 기술을 응용하면, 신체의 일부 뿐만아니라 인간의 두뇌가 기계(또는 로봇)을 직접제어할 수 있고, 경우에 따라서는 원격제어도 가능하다.

어찌 어찌 되었건, 아직까지 가장 중요한 것은 역시 사람인것 같다. 파워슈트, 사이보그와 같은 아이템들은 사람을 위한 편리한 도구라 생각된다. 부디 좋은 방향으로 널리 인간을 위해 사용되는 도구들이 되었으면 하는 바람이다.


:: 참 조
http://www.pskamt.or.kr/gumsa-sin.htm [이 게시물은 로보맨님에 의해 2013-09-14 22:26:26 robo_컬럼&탐방에서 이동 됨] [이 게시물은 로보맨님에 의해 2013-09-14 22:53:11 리뷰에서 이동 됨]