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당신의 뇌는 인터넷보다 더 많은 메모리를 가지고 있다.
(Your Brain Has More Memory Than the Internet)
Brian Thomas

   사람의 뇌는 우주에서 가장 초고도로 압축된, 조직화된 물질들의 집합이라고 하는 말은 점점 더 사실이 되어가고 있다. 신경세포(nerve cells) 내에 작은 구조들을 모델화한 새로운 연구는 뇌에 있는 현명한 한 전략을 발견했다. 그 전략은 에너지 효율을 극대화하면서 컴퓨팅 파워를 증가시키기 위해 사용되고 있었다. 그것의 설계는 완전히 새로운 개량된 컴퓨터 버전의 기초를 만들 수도 있다.

캘리포니아 솔크연구소(Salk Institute)와 텍사스 대학의 신경생물학자들은 뉴런이 지속적으로 기억을 가공하고 저장하는, 포유류에 있는 뇌의 한 부분인, 쥐의 해마(rat hippocampus)의 작은 부분을 모방하여, 3-D 컴퓨터 모델을 구축하는 방법을 연구했다. 생물학 저널인 elife 지에 게재된 한 모델은 시냅스의 크기가 수 분 안에 변화되는 것을 밝혀내는데 도움을 주고 있었다.[1]

두 사람이 손을 잡고 악수를 하는 것처럼, 시냅스는 신경세포들 사이에서 연결을 발생시킨다. 각 세포는 많은 이웃 세포들과 접촉할 수 있는 1천여 개의 손들을 가지고 있다. 그것을 통해 수십억 개의 연결부 및 통로를 가지는, 현란한 3-D 정렬을 형성한다. 각 연결부는 신경전달물질(neurotransmitters)이라 불리는 작은 화학물질을 따라 지나가면서, 세포들 사이에 정보를 전달한다.  

2011년에 게재됐던 경이로운 사진은 일찍이 상상했던 것보다 더 많은 이들 신경-대-신경 연결 부위를 밝혀냈다. 사람 뇌 사이의 신경연결부는 지구상에 모든 컴퓨터들의 스위치 숫자와 인터넷 연결망에 비교할 만하다.[2] 시냅스(synapses)라 불리는 이들 연결점의 크기는 시냅스 가소성(synaptic plasticity)이라 불리는 과정인, 사용-불사용의 변환을 일으키는 것으로 입중되고 있다. 시냅스는 학습이 발생할 때 강해지고, 사용하지 않을 때 약해졌다.

어떻게 뇌는 그러한 일을 수행하는 것일까? 뇌는 단순한 0과 1로 구성되는 컴퓨터 암호가 아닌, 시냅스 강도의 정도를 정보로 저장하고 전달한다. 다른 말로 해서, 뇌는 단일 입력 스파이크(input spike)를 가진 정보를 전달하지 않는다. 그것들은 시냅스 강도에 따라 구별되는 26단계의 다른 레벨이 있음이 확인되었다. 새로운 연구의 저자들은 이러한 복잡한 분자적 가변성(variability)의 가능한 장점을 살펴보았다. 그들은 ”시냅스가 에너지 효율을 위해 설계된 어떤 표본추출 전략(sampling strategy)을 나타내고 있을지도 모른다”고 썼다.[1] 신경세포는 기억과 같은 정보를 가공하고 기록하기 위해서, 각 시냅스의 크기와 안정성을 사용한다.

Nature Communications 지에 게재된 또 다른 연구는 각 시냅스 내의 생화학적 의사소통이 지속적으로 모니터 되고, 시냅스 가소성을 조절하고 있음을 발견했다.[3] Nature 지에 게재된 함부르그 분자신경생물학 센터의 크리스틴과 토마스의 요약 글에 따르면, 이 가소성-가능 메커니즘은 양성 피드백 고리(positive feedback loops)를 포함하고 있고, 세포사(cell death)를 방지하기 위한 한 안전 메커니즘을 포함하고 있었다.[4]

eLife 지에 게재된 연구의 공동 저자인 테리(Terry Sejnowski)는 솔트연구소 지에서 말했다.

우리는 어떻게 해마의 뉴런이 낮은 에너지로 기능을 하면서도, 고도의 계산 동력을 내는지에 관한 설계 원리를 풀어낼 수 있는 핵심을 발견했다. 뇌의 기억 용량에 대한 우리의 새로운 측정은 어림잡아도 WWW(World Wide Web)과 동일한 범위인, 적어도 페타바이트(petabyte)로 증가한다.[5]

페타바이트는 어느 정도의 용량일까? 그것은 8,000,000,000,000,000 비트의 정보이다. 시냅스에 들어있는 상상을 초월하는 조직화와 조절 프로토콜의 레벨은 뇌가 방향도 없고, 계획도 없고, 지성도 없는, 무작위적인 돌연변이 과정을 통해서, 단일 세포로부터 진화했다는 개념을 완전히 거부한다. 전략, 알고리즘, 설계원리 등은 사람의 뇌는 가장 똑똑한 천재라도 모방할 꿈도 꾸지 못할 만큼의 경이로운 기관으로서, 초월적 지적설계자에 의해서 만들어졌음을 가리키고 있는 것이다.[6]

 

References

1.Bartol Jr., T. M. et al. 2015. Nanoconnectomic upper bound on the variability of synaptic plasticity. eLife. 10.7554/eLife.10778.
2.Thomas, B. Brain's Complexity 'Is Beyond Anything Imagined'. Creation Science Update. Posted on icr.org January 17, 2011, accessed January 20, 2016.
3.Tigaret, C. M. et al. 2016. Coordinated activation of distinct Ca2+ sources and metabotropic glutamate receptors encodes Hebbian synaptic plasticity. Nature Communications. 7: 10289.
4.Gee, C. E. and T. G. Oertner, 2016. Pull out the stops for plasticity. Nature. 529 (7585): 164-165.
5.Memory capacity of brain is 10 times more than previously thought. Salk News. Posted on salk.edu January 20, 2016, accessed January 20, 2016.
6.'The new work also answers a longstanding question as to how the brain is so energy efficient and could help engineers build computers that are incredibly powerful but also conserve energy' (Salk News).

 

출처 : ICR News, 2016. 2. 4.
URL : http://www.icr.org/article/9179
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 성숙 뇌는 새로운 신경세포를 구축할 수 있다. (Adult Brain Can Build New Neurons)
2. 수면 중 뇌의 목욕 : 현명한 디자인 솔루션 (Brain Bath : A Clever Design Solution)
3. 사람과 동물의 뇌 : 유일성과 유사성 (Human and Animal Brains: Uniquenesses and Similarities)
4. 새롭게 발견된 사람의 뇌 유전자들은 진화를 부정한다. (Newly Discovered Human Brain Genes Are Bad News for Evolution)
5. IBM은 '뇌'와 같은 컴퓨터를 제조하려고 한다. (IBM Attempts to Build Computer 'Brain')
6. 뇌의 복잡성은 상상을 초월한다. (Brain's Complexity 'Is Beyond Anything Imagined')
7. 뇌의 성능은 크기가 아니라, 질에 달려있다. (In Brains, It’s Quality, Not Quantity, that Counts)
8. 뇌의 긴급 브레이크 (The Brain's Emergency Brakes)
9. 뇌의 능력에 근접한 세계에서 가장 빠른 컴퓨터. (World’s Fastest Computer Approaches Brain Power)
10. 뇌는 안구운동을 보정한다 (Brain Compensates for Eye Movements)
11. 지적설계와 사람의 뇌 (Intelligent Design and the Human Brain)
12. 캄브리아기 화석 새우의 뇌는 현대적으로 보였다. (Fossil Shrimp Brains Look Modern)
13. <리뷰>캄브리아기 절지동물도 복잡한 뇌를 가지고 있었다. : 점점 더 심각해지고 있는 캄브리아기의 폭발. (Cambrian Explosion Began with Big Brains)
14. 공룡 티라노사우루스의 뇌는 조류의 뇌와 달랐다. (Tyrannosaurus rex Was No Birdbrain)
15. 화석화된 사람 뇌가 발견되었다. (Fossilized Brain May Give Paleontologists Headache)
16. 뇌 크기 : 진화론적 가정의 또 하나의 실패 (Brain Size: Another Evolutionary Assumption Shot in the Head)
17. 뇌는 우주여행을 견딜 수 없다 (A Brain Wouldn’t Survive Star Travel)
18. 사람과 침팬지의 뇌는 완전히 달랐다. (Stark Differences Between Human and Chimp Brains)
19. 오류로 밝혀진 ‘사회뇌가설’ ('Social Brain Hypothesis' Discredited)
20. 조류 뇌와 양자역학 (Bird Brains and Quantum Mechanics)
21. 고래 뇌 화석은 고생물학자들이 틀렸음을 입증했다. (Fossil Whale Brain Proves Paleontologist Wrong)
22. 연체동물은 신경계를 네 번 진화시켰다? (Brainy molluscs evolved nervous systems four times)
23. 코끼리의 놀라운 지능. (The Truth Behind Elephant Brainpower)
24. 문어는 더 나은 사냥을 위해 자신의 뇌를 발달시켰는가? (How the Octopus Built Its Own Brain for Better Fishing)
 
 
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