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Wonderful Science | 지능의 탄생과 진화

정보/Wonderful Science 2019. 10. 15. 17:53






Intelligence

- 지능의 탄생과 진화 -



우리는 전기 없이 살 수 없습니다. 곧 인공지능은 전기와 같이 없어서는 안될 존재가 될 것입니다. 전화를 걸고 이메일을 보내고 송금을 할 때마다 알고리즘이 작동하고 모든 생산과 문화활동, 사회적 소통이 인공지능에 의지해 이루어지고 있습니다. 인공지능의 ‘인공’은 ‘원래 자연에 있지 않았던 어떤 것을 인간이 만들어낸’이죠. 그럼 ‘지능’은 과연 무엇일까요? 




지능이란


예일대 신경과학자 이대열 교수는 지능을 ‘자기복제를 위해 의사결정과정을 거쳐 형성되는 생명현상의 일부‘라고 정의합니다. 정확하게 말하면 ‘생명체가 자신을 위해 문제를 해결하는 능력’입니다. 


지능은

생존과 번식을 위해서

복잡한 의사결정의 문제를 해결하는 능력


지능은 뇌와 관련된 무엇이고 인공지능은 인간의 뇌를 모방한 것입니다. 뇌는 오랜 진화과정을 밟아왔고, 인공지능은 인간의 뇌를 벤치마킹하고 이제 부분적으로는 우리의 능력을 넘어서고 있죠. 인공지능을 이해하기 위해서라도 우리의 뇌를 좀 알아봅시다. 뇌는 왜 생겼을까요?




뇌의 진화


나의 뇌는 내 신체의 일부분이고 나는 생물체이다. 생물학은 ‘진화’의 관점을 떠나서는 이해할 수 없다. 생명은 환경에 적응하면서 다양해졌는데 그 중 일부는 복잡성을 갖게 되었고 인간과 포유류의 뇌가 대표적이다 그런데 ‘식물에는 왜 동물과 같은 뇌가 없을까?’ 봄에 먹으면 그 향이 아주 좋은 멍게는 유충시절에는 뇌가 있다. 바다 속을 떠돌기 때문이다. 하지만 성체가 되어 바위에 붙어 움직이지 않게 되면 멍게는 자신의 뇌를 스스로 먹어 소화시켜버린다. 움직임이 없으면 뇌도 없다. 뇌는 운동하기 위해 진화한 것이다 우리의 생각도 운동이다. 미국의 뇌 과학자 로돌포 이나스는 ‘운동이 내면화된 것이 뇌’라고 한다. 


<그림 1, 생물계의 분류. 원핵생물계, 원생생물계, 식물계, 동물계, 균계로 되어있다. 출처 : 브런치>


바위에 부착해 사는 동물인 해면에도 뇌가 없고 뇌의 전신인 신경조차 없다. 바다를 떠다니는 해파리정도 되어야 신경조직이 나타난다. 그리고 편충 같은 편형동물에서 처음으로 신경들이 모여 엉켜진 신경절이 보인다. 이 신경절이 발달해 개구리, 참새, 문어, 꿀벌의 뇌가 되고 인간의 뇌가 되었다. 해파리의 단순한 신경이 어떻게 플라나리아의 뇌가 된 것일까? 해파리는 한 방향으로만 운동하지만 플라나리아는 우리 인간처럼 전후, 좌우, 상하 세 방향으로 운동할 수 있기 때문이다. 1차원에서 3차원으로 운동이 복잡해지면서 신경의 수가 늘고 복잡한 신경계가 출현한 것이다. 이 복잡한 신경계가 바로 뇌다. 


<그림 2, 동물의 신경계와 뇌의 진화. 신경(nerve)이 모여서 신경절(ganglia)이 되고 신경절이 발달한 것이 뇌(brain)다. 출처 : Pediaa.com>


뇌는 운동하기 위해 진화했다고 했다. 그렇다면 어떻게하면 운동을 더 잘 할 수 있을까? 운동을 좋아하면 된다. 무엇이 마구 하고 싶은 것, 즉 욕망하면 된다. 이것이 감정emotion이다. 인간의 뇌에서 감정을 주로 관장하는 곳이 ‘변연계’이다. 여기에는 모든 감각을 대뇌피질로 중계해주는 시상, 기억을 만드는 해마, 본능과 깊게 연결된 시상하부, 성격을 나타내는 대상회, 주로 공포감정과 연관된 편도체등이 있다. 감정은 무척 효율적이라 생존에 아주 훌륭한 도구지만 지나치면 오히려 해가 되기도 한다. 그래서 감정을 통제할 수 있는 것이 필요해지고, 변연계를 대뇌피질이 둘러싸게 된다. 감정을 이성으로 똘똘 말아 함부로 날뛰지 못하게 한 것이다.


<그림 3, 뇌의 진화 과정 출처 : 다음 백과>


운동하는 나, 운동을 욕망하는 나, 욕망을 통제하는 나 이렇게 수많은 나가 생겨나고 그래서 이것을 하나로 통제하려는 자아, 그리고 통제하고 있다는 착각이 생긴다. 이것이 바로 마음의 기원이다. 


참고 : [카오스 술술 과학] 뇌의 기원




뇌는 학습을 통해 유전자의 목적을 달성한다.

생명은 자기 복제 기계입니다. RNA로 시작한 생명체의 진화가 유전자라는 생존과 번식의 암호 물질을 장착하고 다세포생명체의 일부에서 ‘운동기계’인 뇌를 발명하고 진화 시켰습니다. 그러나 유전자는 끊임없이 변하는 환경에 맞추어 동물의 행동을 실시간으로 제어 할 수 없습니다. 시시각각 변하는 환경에 적응하면서 매 순간 업그레이드 되는 뇌가 훨씬 효율적입니다 매 순간 과거의 경험을 참조해 새로운 운동을 산출하는 것이 뇌가 하는 일이며 이것이 학습입니다. 학습이야말로 ‘문제해결능력’인 ‘지능’의 본질이죠. 뇌는 환경의 변화에 적응하기 위해 끊임없이 학습을 해야만 합니다. 학습이 없이는 진정한 지능이 존재할 수 없습니다. 유전자가 호기심 많은 뇌로 학습을 유도해서 환경의 변화를 성공적으로 예측하고 자기 복제의 확률을 높인 것이죠. 동물에게 학습은 운명입니다. 

<그림 4, 인간의 뇌는 1000억개의 신경세포로 되어있고 각 신경세포는 대략 1000개의 시냅스를 가진다. 즉 100조개 정도의 신경세포 간 연결점이 있게 된다. 학습을 하면 신경세포(뉴런)에 있는 스파인과 그 연결점인 시냅스가 변하고 늘어나는데 이를 가소성이라 한다. 출처 : 한겨례(좌), 박문호의 자연과학 세상(우) >




인간의 지능과 인공지능

생명은 자기복제의 과정이며, 지능은 자기복제를 위한 의사결정 과정이라고 했습니다. 동물과 인간의 문제해결을 위한 도구가 바로 뇌이며, 뇌는 끊임없는 학습을 통해 지능을 유지하고 업그레이드합니다. 생존과 번식이라는 자기목적성으로 위해서입니다. 그렇다면 인공지능은 과연 어떨까요? 지능은 생명체의 전유물일까요? 뇌와 컴퓨터의 근본적인 차이는 무엇일까요? 컴퓨터 과학은 인간의 뇌를 따라잡을 수 있을까요? 
 
지능이 ‘자기복제를 위한 생명현상’이라는 이대열교수의 정의에 따르면 인공지능은 생명도 아니고, 자기복제라는 자기목적성을 갖고 있지 않으므로 아무리 ‘문제해결’을 잘 하더라도 진정한 의미의 지능이 아니라고 할 수 있겠습니다. 그는 인공지능이 인간을 대체하기 어려운 이유로 세가지를 들고 있습니다. 인공지능의 문제풀이 능력이 극히 제한적이고, 인공지능은 그 자신을 위한 것이 아니며, 인공지능의 롤모델인 인간의 뇌가 어떻게 정보를 처리하고 저장하는지 아직 완전히 이해하지 못하고 있기 때문이라는 것이죠. 그래서 인공지능은 아직 ‘지능’이 아닙니다. 만일 인공지능을 장착한 기계가 자기복제를 할 수 있다면 그것이 바로 인공생명의 시작이며, 그 인공지능은 진정한 의미에서 지능의 자격을 갖추게 되는 것이라 합니다.

인간이 인공지능과의 관계에서 주체가 되기 위해서는 반드시 지켜야 할 것이 있는데 바로 인공지능이 스스로 복제하는 것을 허락해서는 안된다는 것입니다. 인공지능이 자기목적성을 가지게 되는 순간 인간은 더 이상 그가 봉사해야 할 절대적인 존재가 아니게 될 것이니까요.

<그림 5, 120 년 동안 무어의 법칙이 업데이트 되었다. (Kurzweil의 그래프를 기반으로 함)

가장 최근의 7 가지 데이터 포인트는 모두 NVIDIA GPU 이다. 출처 : 그림 참고>


한편에서는 지능이 생명체 특히 인간의 전유물이어야 하는가에 대한 반론도 있습니다. 기계들이 계속 발전을 하면서 언젠가 특정 규칙을 나타내는 패턴을 인지하고 찾아내 이 패턴을 실행 할 수 있는 프로그램을 직접 작성할 수 있는 기계가 나타날 수도 있는 것 아니냐고 말입니다. ‘특이점이 온다’의 저자 레이 커즈와일은 "시냅스와 트랜지스터를 동일시하면 대략 2045년경이면 컴퓨터의 중앙처리장치의 성능이 인간의 뇌와 비슷한 수준에 도달할 것이다”고 합니다.



인공지능의 미래는 정말 비관적인 것일까?

인류의 미래와 관련해 ‘뇌와 인공지능’의 문제는 마치 양자역학과 현재의 앙자문명의 관계와 유사해 보입니다. 우리는 매일 양자역학을 적용해 만들어낸 물건과 시스템 속에서 살아가고 있지만 아직 양자역학을 이해하고 있지 못합니다. 마찬가지로 인공지능의 발전으로 나날의 생활이 놀랍도록 편리해지고 연결되고 있는데 그 근본적인 원리는 잘 모르고 있습니다. 왜냐하면 인공지능이 모방하는 인간의 뇌에 대해 우리가 알고 있는 것이 너무 적기 때문입니다. 우리는 아직 자아self의 출현, 자기인식 self-awareness, 자의식self-consciousness뿐 아니라 사실 ‘생명이 무엇인가’에 대해서도 정답을 갖고 있지 못합니다. 우리의 지식은 불완전합니다. 그렇지만 우리는 이미 인공재료로 DNA를 만들고, 살아있는 신경세포를 실험실에서 인공적으로 배양하고, 분리해낸 인간의 뉴런과 유전자를 컴퓨터 계산과정에 이용하는 연구를 하고 있습니다. 2007년에 물리학 잡지(Institute of Physics) 에서는 “생명체와 유사한 방식으로 행동하는 무기물질을 지구와 먼 우주에서 동시에 발견했다”는 발표도 있었습니다. 



<그림 6, 자기인식은 일종의 '지식'이다. 여기서 지식이란 의사결정 과정에서 선택된 행동의 결과를 예측하기 위해 사용될 수 있는 정보이다. 

자기인식은 사회적 의사결정의 산물이다. 이것은 필연적으로 재귀적 속성을 띠게 된다.

즉 나의 사고 과정에 관한 상대방의 사고과정을 예측하고자 하면 어쩔 수없이 나의 사고 과정에 대한 이해가 생기는 것이다.

따라서 인간이 자기이해의 능력을 갖게 된 것은 사회적인 뇌의 진화에 따른 부수적인 결과라고 봐야 할 것이다.

출처 : Via themidult(좌), 네이버 블로그(우)>




지능은 어디까지 진화할 것인가?


인류는 처음에 새의 날갯짓을 모사해 하늘을 날고자 했습니다. 하지만 인류는 새의 모사품이 아닌 비행기를 만들어 결국 하늘을 날게 되었습니다. 인공지능의 미래는 어떻게 될 것인가? 복잡하고 어려운 문제이며 지금의 문제이자 미래를 결정짓는 문제입니다. 우리는 참으로 놀라운 세상에 살고 있습니다. 우리의 상상력조차 추월하고 있는 듯 합니다. 월등한 자연 지능인 우리의 뇌가 이제 완전히 새로운 페이지를 마주하고 있습니다. 하루하루가 기적 같은 날입니다.




[참고문헌]


1. 지능의 탄생, 이대열

2. 내츄럴 - 본 사이보그, 앤디 클락

3. SKEPTIC 인공지능과 인류의 미래


※ 이 글은 다양한 자료를 바탕으로 필자 개인의 견해를 나타낸 글이며, 회사 방침과는 무관합니다.



기고 | 엑셈아카데미 김현미







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