기술이 돈을 쓸어 담고 있다 (5)/뉴런과 인공지능(AI)
-원조 설계도에서 찾는 문학적 창조의 길
수필가 정임표
1. 시작하며
이 글은 인간의 뇌 구조에 대한 이해를 바탕으로, 우리 앞에 다가온 현실이자 폭발적인 신세계가 열릴 미래인 인공지능(AI)의 본질을 파헤치고, 나아가 문학도들이 나아가야 할 창조의 세계를 연결해보고자 씁니다.
저는 과학자가 아닙니다. 다만 최근 뉴스를 통해 일론 머스크와 젠슨 황 같은 시대의 개척자들이 던지는 화두를 듣고, 인공지능 분야의 핵심 기술인 CNN이나 GNN 등을 들여다보게 되었습니다. 흥미롭게도 이 기술들은 고등학교 생물 시간에 배웠던 '뉴런'과 '시냅스'에 대한 기억을 소환해 냈습니다. 비록 초보적인 지식이지만, 인공지능이 당시 배운 생물학적 메커니즘과 너무나도 닮아있다는 점에 깊은 흥미가 일어났습니다. 그 뒤로 궁금한 점이 생길 때마다 인공지능에게 끊임없이 질문을 던지고 답변을 종합하며, 인간의 뇌와 AI 사이에 존재하는 거대한 연결고리를 이해할 수 있었습니다.
학창 시절, 질문을 멈추지 않던 아이들이 공부를 잘했던 것처럼, 앞으로의 인류 역시 인공지능에게 차원 높은 질문을 던지고 대화를 주도하는 이들이 최고의 지능 수준에 이르게 될 것이라 확신합니다. 특히 글을 쓰시는 문학도 선생님들께서 오늘 이 글을 통해 인간의 뇌 속에서 어떻게 '창조'가 일어나는지 이해하신다면, 지금보다 더 깊고 훌륭한 문학 작품을 직조해 내시는 데 큰 영감을 얻으실 수 있을 것입니다. 더불어 기회를 포착하고 부를 거머쥐고 싶은 분들이라면 바로 오늘, 남들보다 한발 앞서 인공지능을 활용하는 응용 기술을 배우시길 권합니다. 지금은 거대한 기술이 전 세계의 돈을 쓸어 담고 있는 시대이기 때문입니다.
2. 인간 뇌의 구조와 저장, 응용, 창조 메커니즘
인공지능의 역사는 ‘인간의 뇌를 컴퓨터로 완벽하게 복사하고 싶다’는 열망에서 출발했습니다. 수많은 공학자가 AI의 성능을 높이기 위해 복잡한 수학 공식을 계산할 때, 그 근간이 된 아이디어는 언제나 인간의 머릿속에 있는 '원조 설계도'가 기초가 되었습니다. 그렇기에 인간의 뇌가 정보를 처리하는 생물학적 메커니즘을 이해하는 것은 인공지능을 배우는 가장 빠른 지름길입니다.
이 본질적인 기둥을 세워두면, 훗날 복잡한 딥러닝 기술—인간이 정답을 찾는 과정을 컴퓨터가 그대로 흉내 내도록, 수많은 계산 단계를 '깊게' 쌓아 학습시키는 기술—을 접할 때도 거대한 수학 공식 뒤에 숨겨진 뇌의 기능을 직관적으로 꿰뚫어 볼 수 있습니다. 우리 뇌의 메커니즘을 거대한 '도시교통망'에 비유하여 그 비밀을 하나씩 풀어보겠습니다.
가. 인간 뇌의 생물학적 구조: '뉴런(Neuron)'과 '시냅스(Synapse)’
우리 뇌라는 초대형 도시교통망을 구성하는 핵심 부품은 크게 '뉴런(Neuron)'과 '시냅스(Synapse)' 두 가지입니다.
1) 뉴런 (도시의 기차역과 선로)
우리 뇌 속에는 정보 발전소이자 기차역 역할을 하는 약 860억 개의 뉴런이 존재합니다. 흔히들 '뇌세포'라고 부르는 이 뉴런은 주변 역들로부터 자극을 받아들이는 수신탑인 '가지돌기'와, 신호를 멀리 다음 역으로 보내는 긴 선로인 '축삭돌기'를 가지고 있습니다. 이들의 역할은 오직 하나, 전기 신호를 배달하는 것입니다.
흔히 우리는 이 뉴런이라는 독립된 서랍 속에 기억이 개별적으로 저장된다고 오해하곤 합니다. 하지만 기억은 세포라는 작은 방에 갇혀 있지 않습니다. 이해를 돕기 위해 비유를 들자면, 우리 뇌 속에는 860억 개의 '전구(뉴런)'가 가득 차 있는 셈입니다. 전구 하나 자체에는 아무런 그림이 들어있지 않습니다. 하지만 밤하늘에 수천 개의 전구를 복잡한 회로로 연결한 뒤, 특정 전구들만 동시에 파란불을 빠빡! 켜면 멋진 '별 모양(기억)'이 나타납니다. 또 다른 회로로 불을 켜면 '사자 모양(또 다른 기억)'이 됩니다.
흔히 "인간은 평생 뇌세포의 10%도 쓰지 못하고 죽는다"라는 속설이 있지만, 이는 현대 과학에서 사실이 아님이 명백히 밝혀졌습니다. 인간은 누구나 똑같이 860억 개의 뇌세포를 100% 모두 사용합니다. 천재와 보통 사람의 진짜 차이는 세포의 개수가 아니라, 그 전구들을 연결하는 회로(시냅스)를 얼마나 더 다양하고 아름답게 엮어내느냐에 있습니다.
여기서 저는 고등학교 수학 시간에 배웠던 '순열과 조합'의 개념을 떠올립니다. 860억 개의 뉴런 중 단 두 개를 선택해 연결하는 조합부터 세 개, 백 개, 나아가 수천 수만 개씩 묶어 불을 밝히는 조합의 수를 상상해 봅니다. 수학적으로 계산해 보면 그 경우의 수는 우주의 모든 원자 수보다 많은, 사실상 무한대에 수렴합니다. 이 무한한 조합의 수가 바로 인간이 새로운 생각을 끊임없이 구현하고, 세상에 없던 결과물을 만들어내는 '창조'의 원천입니다. 인간 뇌의 응용 능력과 잠재력은 우주처럼 광활하며 거의 한계가 없습니다.
2) 시냅스 (선로 사이의 미세한 틈새)
시냅스는 '선로와 선로 사이의 미세한 틈새'입니다. 놀랍게도 기차역(뉴런)끼리는 서로 완전히 붙어있지 않고 미세한 틈을 두고 떨어져 있습니다. 이 [선로의 끝 + 미세한 틈 + 다음 선로의 시작]을 통틀어 시냅스라고 부릅니다. 선로가 끊겨 전기가 직접 건널 수 없기 때문에, 기차가 철로가 끊긴 강을 만났을 때 나룻배로 짐을 옮기듯 인간의 뇌도 시냅스에서는 '화학 물질(신경전달물질)'을 뿜어내어 다음 뉴런으로 정보를 건네주는 독특한 소통 방식을 취합니다.
뇌는 신호의 종류에 따라 각기 다른 나룻배를 띄우는데, 우리에게 익숙한 도파민(Dopamine)이나 아세틸콜린(Acetylcholine) 등이 대표적입니다. 만약 뇌속에서 몸의 움직임을 제어하는 도파민 나룻배가 부족해지면 몸이 굳고 떨리는 '파킨슨병'이 발생하고, 기억을 배달하는 아세틸콜린 나룻배가 부족해지면 인지 기능이 무너지는 '치매(알츠하이머)'가 오게 됩니다. 이 미세한 틈새를 오가는 화학 물질들의 균형이 곧 인간의 정신과 육체의 건강을 좌우하는 셈입니다.
여기서 한 가지 흥미로운 질문이 생깁니다. 조물주는 왜 전선처럼 편하게 연결해 두지 않고, 굳이 선로를 끊어놓아 번거롭게 나룻배를 띄우게 만들었을까요?
첫째는 역주행을 막아 신호의 일방통행을 보장하기 위함이고, 둘째는 나룻배의 양을 조절해 기억의 볼륨을 제어하기 위함이며, 마지막은 필요할 때 신호를 멈추는 강력한 '브레이크'를 잡기 위함입니다. 만약 이 선로들이 전부 붙어있었다면, 뇌는 몰려드는 전기 신호의 과부하와 정보의 혼란을 이기지 못하고 미쳐 버렸을 것입니다. 이 경이로운 '끊어짐의 미학' 덕분에 인간의 뇌는 고정되지 않고 끊임없이 배우고 수정하는 '유연한 지능'을 얻게 되었습니다.
우리는 가끔 괴로운 기억이나 집착하고 있는 생각에서 간절히 벗어나고 싶을 때가 있습니다. 마음의 평화를 얻으려면 철로를 끊듯 그 시냅스의 연결을 끊어내야 하는데, 뇌 속에서 계속해서 도파민 나룻배가 분비되면 생각이 멈추지 않고 꼬리를 물게 됩니다. 특정 생각의 철로가 너무 두꺼워져 통제 불능이 되는 상태, 그것이 바로 '집착'의 본질입니다.
사실 제가 이 낯선 신경전달물질의 메커니즘을 깊이 이해하게 된 배경에는 개인적인 경험이 자리하고 있습니다. 저의 아버님께서는 오랜 기간 파킨슨병을 앓으셨습니다. 아버님을 간병하며 도파민이라는 물질을 공부하고 고민했던 당시의 경험들은 저의 뇌 속 어느 시냅스 회로에 단단히 저장되어 있었던 모양입니다. 그리고 그 고유한 기억 조각들이 고교시절에 배운 생물학, 수학, 병간호의 경험, 그리고 문학적 창조 정보와 맞물려, 인공지능이라는 미래 기술을 공부하는 오늘 지금 하나의 거대한 연결정보로 소환되어 융합되고 있는 것입니다.(위대한 시민은 위대한 응용능력을 발휘합니다)
나. 기억의 저장 형태: 방이 아니라 '고속도로’
많은 사람이 컴퓨터 하드디스크처럼 '1번 뉴런방에는 사과', '2번 뉴런방에는 강아지'가 저장된다고 생각하지만, 실제 뇌는 그렇게 작동하지 않습니다. 뇌에 기억이 저장되는 형태는 '뉴런들을 연결하는 선로(시냅스)가 두꺼워진 상태' 그 자체, 즉 경로의 확장에 있습니다.
우리가 "포도"라는 과일을 처음 배우거나 먹을 때, 시각·후각·미각 담당 뉴런들 사이에 임시로 가느다란 오솔길(선로)이 열립니다. 이때 포도를 자꾸 보고, 먹고, 경험하면서 그 길로 전기 신호를 반복해서 보내면, 뇌는 이 길이 자주 쓰이는 중요한 길이라고 판단합니다.
그 결과 시냅스에서는 나룻배(화학 물질)를 더 많이 띄우고, 건너편 역에서는 배를 받는 선착장(수용체)을 늘리게 됩니다. 가느다란 오솔길이 왕복 8차선 고속도로처럼 넓고 단단하게 굳어지는 이 현상을 뇌과학에서는 '기억이 저장되었다'고 말합니다. 뉴런의 개수는 한정되어 있어도 이 선로를 연결하는 조합의 수는 우주의 별보다 많기 때문에, 인간은 평생 메모리 용량의 한계를 겪지 않고 무한한 기억을 축적할 수 있습니다.
3. 기억의 조합과 창조: '두 고속도로 사이에 새로운 다리 놓기’
인간이 가진 최고의 무기인 창의성과 응용력은, 뇌가 자로 댄 모눈종이처럼 딱딱하게 굳어있지 않고 자유로운 '그물망(그래프)' 구조이기 때문에 가능합니다. 뇌는 이미 만들어진 기억 고속도로들을 그대로만 달리지 않고, 필요에 따라 자기 마음대로 이어 붙이는 유연함을 발휘합니다.
예를 들어, 머릿속에 [새는 날개가 있어서 하늘을 난다]라는 이미 단단하게 굳어진 고속도로 A가 있고, 또 다른 한편에는 [배는 돛으로 바람을 이용해 앞으로 간다]라는 고속도로 B가 있다고 가정해 봅시다.
어느 날 문득, 이 두 가지 전혀 다른 기억을 동시에 떠올리며 '새의 날개'를 담당하는 뉴런과 '배의 돛'을 담당하는 뉴런 사이에 새로운 시냅스 다리를 찌릿하게 연결해 봅니다. 그러면 두 기억이 복합적으로 융합되면서 머릿속에는 세상에 없던 신기한 아이디어인 '비행기'나 '풍차'의 개념이 탄생합니다.
문학 예술에서 말하는 은유와 상징, 그리고 신선한 상상력 역시 이와 같습니다. 기존의 기억 고속도로들을 요리조리 새로 연결해서 세상에 없던 새로운 길을 개척하는 과정이 바로 기억의 조합이자 응용, 그리고 창조의 본질입니다. 이 창조적 융합을 잘해내는 이들이 상상력이 풍부한 작가가 되고, 위대한 과학자가 되며, 인류의 미래를 열어가는 지도자가 됩니다.
수필가님들께서 쓰신 작품을 보면 “문득”이라는 단어를 많이 사용하곤 합니다. 주로 장면을 전환할 때 연결어로 편하게 차용하는 것이지요. 인과관계가 다소 결여되어도 문득 떠오르는 회상을 표현하기에 이보다 좋은 단어는 없기 때문입니다. 하지만 이 “문득”이 글 속에서 너무 남발되면 오솔길들을 촘촘하게 엮어 고속도로를 만드는 구성의 짜임새가 되려 결여되고, 결국 글의 진정성이 흐려지는 단점이 생기기도 합니다. 참된 창조란 느닷없는 우연의 남발이 아니라, 내면에 구축된 촘촘한 기억의 그물망(시냅스)들이 유기적으로 연결될 때 비로소 일어나는 빛나는 스파크이기 때문입니다.
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<다음 편 예고>
그렇다면 인간의 뇌를 그대로 복사하고 싶었던 인공지능(AI) 개발자들은 이 경이로운 시스템을 어떻게 컴퓨터 속에 구현했을까요?
그들이 컴퓨터 안에서 생물학적 뇌를 복사할 때 가장 골머리를 앓았던 부분이 바로 시냅스 틈새를 오가던 '신경전달물질(나룻배)'이었습니다. 과연 컴퓨터 프로그램 속에서 도파민과 아세틸콜린의 역할을 대신하는 것은 무엇일까요?
인간의 뉴런(기차역)은 AI의 '노드(Node)'로, 시냅스(고속도로의 두께)는 AI의 '가중치(Weight)'로 어떻게 완벽하게 번역되었는지, 그 기가 막힌 디지털 데칼코마니의 비밀은 다음 편에서 이어가겠습니다.
(원고 분량이 많으니 다음 편에 계속하겠습니다.^^)