우리 학교 바이오및뇌공학과 백세범 교수 연구팀이 학습을 전혀 거치지 않은 뇌 신경망에서 선천적인 인지 기능이 발생하는 메커니즘을 규명했다. 

 연구팀은 신경망이 형성된 뒤 학습 없이 기초적인 인지 기능이 자발적으로 형성될 수 있음을 증명했다. 이는 선천적 인지 기능의 발생에 대한 이론을 제시하고, 최초의 뇌기능 발생 원리를 이해하는데 중요한 시각을 제공할 것으로 보인다.

 백승대, 송민 박사과정이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 <네이처(Nature)>의 자매지 <네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)> 12월 16일 자에 게재됐다.

학습과 선천적 인지 기능
 인간은 학습한다. 그리고 학습을 통해 성장한다. 하지만 기능이 전혀 없는 흰 도화지에서 학습은 불가능하다. 그렇다면 무엇이 학습의 시작을 가능하게 하는가?

 질문을 거슬러 올라가면, 학습을 위한 최소한의 인지기능이 필요하다는 결론에 도달한다. 즉, 뇌에서 선천적으로 작동하는 인지 기능이 배움의 토대가 된다. 이러한 선천적 인지 기능에 대한 논의는 철학, 심리학, 인지과학, 뇌과학 등의 분야에서 오래된 화두였다. 
연구팀은 선천적 인지 기능의 형성에 주목했다. 연구팀이 세운 가설은 ‘얼굴 인식 기능과 같은 뇌의 기초적인 인지 지능은 학습이나 훈련 없이 신경세포가 이루는 초기 신경망의 무작위적 연결 구조로부터 자발적으로 발생될 수 있다’라는 것이다. 대상의 얼굴을 인식하는 ‘얼굴 인식 기능(face detection)’은 사회적 행동을 가능하게 하는 중요한 인지 기능 중 하나로, 다양한 동물 종에서 관측된다. 얼굴 인식 기능은 충분한 학습이 이루어지지 않은 어린 동물들에게도 발견되는 것으로 보고되어왔다. 연구팀은 계산신경과학*적 인공신경망을 설계하고, 사물 인지 기능을 시뮬레이션 하여 그 결과를 관측했다. 

 결과적으로, 전혀 학습을 거치지 않은 무작위 초기화 신경망에서 얼굴 이미지에 선택적으로 반응하는 ‘얼굴 선택성’이 자발적으로 생성될 수 있음을 증명했다. 

 백 교수는 해당 연구에 대하여 “신경망에서 인지 기능을 발생시키기 위해서는 반드시 충분한 데이터 학습이 필요하다는 기존의 시각과 차별되는 뇌의 ‘선천적’ 인지 지능 발생에 대한 새로운 지식을 제공한다”며 “이를 통해 현재의 인공지능 구현 방식에 대한 근본적인 의문을 던지고 생물학적 뇌기반 이론에 근거한 새로운 인공지능 구현 방법을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

 끝으로 백 교수는 학부생들에게 URP프로그램이나 개별연구 수강을 통해 가질 수 있는 연구 경험을 추천하며, 일반적이지 않은 본인만의 과감한 아이디어들을 도출해보는 도전 정신을 강조했다.

 이를 통해 백 교수는 일반적으로 교수나 조교가 지도하는 방향으로만 가는 수동적인 연구나 남들이 중요하다고 하는 주제를 공부하는 연구가 아닌 스스로의 생각을 통해서 남들이 가보지 못한 곳까지 도달해 보는 쾌감을 통해 우리 학교 구성원들이 연구의 진정한 즐거움을 느꼈으면 좋겠다고 밝혔다.
 

계산신경과학*

신경과학의 한 갈래로서, 뇌에 대한 수학적 모델, 이론적인 분석, 추상화 등을 통해 발달신경과학, 신경해부학, 신경생리학, 인지과학에 걸쳐진 신경계의 원리를 이해함.