단일 뉴런이 슈퍼컴퓨터가 될 수 있다는 중국 연구 결과

수십 년 동안 뇌가 어떻게 사고하는지에 대한 표준적인 그림은 많은 단순한 점 모양의 뉴런이 신호를 주고받다가 어느 순간 계산이 창발한다는 네트워크였다. 중국 연구진의 새로운 연구는 이 그림에 도전한다. 그들은 단일 뉴런이 결코 단순한 노드가 아니라고 주장한다. 가지처럼 뻗은 수상돌기는 그 자체로 고급 인지 계산을 수행할 수 있는 ‘슈퍼컴퓨터’에 해당한다.

이 연구는 상하이에 위치한 중국과학원 뇌과학 및 지능기술 우수센터의 쉬닝룽 연구원이 이끄는 팀에서 나왔다. 연구 결과는 10월 16일 세계에서 가장 많이 인용되는 종합 과학 저널 중 하나인 ‘사이언스’에 온라인으로 게재되었다.

“여러 컴퓨터가 네트워크로 연결되어 작동하는 것과 같다. 단일 ‘수상돌기’ 슈퍼컴퓨터가 그것을 해낼 수 있다”라고 쉬 연구원은 중국 과학기술부 기관지인 ‘과기일보’ 보도에서 말했다. 수상돌기는 뉴런의 세포체에서 뻗어 나와 입력 신호를 받는 나무 모양의 가지로, 모든 신경세포 도해에서 익숙한 특징이다.

전통적인 모델에서 뉴런은 수많은 시냅스에 도달하는 신호를 합산하고 그 합이 역치를 넘으면 발화한다. 각 세포에게는 상당히 소박한 일이며, 진정한 지능은 방대한 수의 연결에서 나온다고 여겨졌다. 새로운 연구는 신호가 세포체에 도달하기 전에 수상돌기 자체가 상당한 처리를 수행하여 사실상 단일 세포 내에서 계산을 실행한다고 시사한다.

그 영향은 기초 신경과학을 넘어선다. 생물학적 뉴런이 어떻게 그렇게 효율적으로 계산하는지 이해하는 것은 더 유능하고 에너지 효율적인 기계를 만들려는 컴퓨터 공학자들과 학습, 기억, 신경 질환을 개별 세포 수준에서 이해하려는 연구자들에게 오랜 영감의 원천이다.

이 발견은 중국 뇌과학의 더 넓은 흐름과도 맞닿아 있다. 연구자들은 살아있는 뉴런이 작동하는 모습을 관찰할 수 있게 해주는 이미징, 기록, 모델링 기술에 막대한 투자를 해왔다. 단일 수상돌기 내부의 계산을 보여주려면 정교한 실험과 진지한 이론 모델링이 모두 필요하다.

이 연구는 중국 언론에서 그날의 주요 과학 뉴스 중 하나로 보도되었으며, 점진적인 결과가 아니라 교과서적 가정을 다시 쓰는 것으로 framed되었다. 일반 독자에게 핵심은 간단하다. 뇌의 구성 요소는 표준 도해가 시사하는 것보다 훨씬 똑똑할 수 있으며, ‘하나의 세포’와 ‘네트워크’ 사이의 경계는 과학자들이 한때 생각했던 것보다 훨씬 모호하다.

어떤 새로운 결과와 마찬가지로 의문은 남는다. 이 수상돌기 계산이 뇌 영역과 종을 넘어 얼마나 널리 사용되는지, 그리고 실제 행동에 어떻게 기여하는지는 수년간의 후속 연구가 필요할 것이다. 그러나 주장 자체는 놀랍다. 만약 단일 뉴런이 인지 계산을 실행할 수 있다면, 뇌의 추정 수백억 개 뉴런은 옛 모델이 인정했던 것보다 훨씬 더 많은 컴퓨팅 파워를 나타낸다.