AI 이용해 단기기억의 내부 작용 밝혀내다

>

묵과 활동, 두 가지 작용과정게티이미지뱅크 단기기억은 정보를 단기적으로 기억하며 능동적으로 이해하고 조작하는 과정이다. 수초에서 수분까지 지속되기도 하며 장기기억으로 일부는 넘어가기도 하지만 대부분은 사라진다. 일상에서 매일 단기기억을 필요로 한다. 예를 들어 머리 속으로 암산을 하거나 누군가에게 전해들은 휴대전화 번호를 잠시 외울 때 단기기억이 쓰인다. 또 딱히 외우려는 목적을 지니지 않아도 단기기억을 통해 방금 지나왔던 복도에서 만난 사람을 기억해낼 수 있다. 미국 연구진이 인공지능(AI)를 이용해 단기 기억의 작동과정을 밝혀냈다.

데이비드 프리드먼 미국 시카고대 신경생물학과 교수 연구팀은 단기 기억이 업무의 복잡성에 따라 다른 뇌 회로를 사용한다는 연구 결과를 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 10일자에 발표했다.

연구팀은 동물에게 단기기억이 필요한 업무를 시킨 다음 뇌에서 일어나는 전기적 활동의 패턴을 관찰했다. 이를 통해 어떻게 뇌가 기억 속에 있는 정보를 끄집어내는지 조사했다. 그런 다음 뇌세포들의 활동을 관찰하고 업무에 따른 뇌의 활동성을 측정했다.

연구팀은 특정 업무에서 활동성이 크게 떨어져 거의 ‘침묵’인 상태의 신경회로를 발견했다. 연구팀은 신경세포 혹은 시냅스 간의 연결성에 일시적인 변화 때문에 이런 현상이 발생할 것으로 추측했다. 측정기술의 한계로 신경세포나 시냅스에서 무슨 변화가 생겨 신경회로에 침묵 상태가 발생하는지 알 수 없었다.

연구팀은 동물 실험에서 얻은 데이터와 AI기술을 통해해 실제 뇌의 신경세포를 모방한 가상의 네트워크를 개발했다. 그런 다음 동물 실험에서 적용됐던 것과 동일한 단기기억 업무를 네트워크에 적용해 그 활동을 관찰했다.

그 결과 단기기억은 업무의 복잡성에 따라 서로 다른 뇌 회로를 쓰는 것으로 나타났다. 우선 업무가 복잡할 경우 뇌는 '활동' 회로를 사용했다. 외부로부터 자극을 받는 신경세포가 전기 스파이크를 만들어내며 활동을 시작하고, 활동을 시작한 신경세포가 다른 신경세포를 활동토록 했다. 연구팀은 "외부의 자극이 중단되어도 마치 메아리가 퍼지듯 신경세포가 지속적으로 연쇄반응을 일으켰다"며 "이런 패턴을 통해 뇌는 복잡한 단기기억 업무를 처리했다"고 설명했다.

AI는 단기기억 처리 과정에서 '침묵' 상태의 회로도 발견했다. 신경세포의 활동이 거의 없는 상태에서 뇌는 단기기억 업무를 처리했다. 연구팀은 “신경세포의 지속적인 활동이 없어도 단기기억을 유지할 수 있는 것은 장기기억이 기억을 뇌에 저장하는 방식과 비슷하다”며 “장기기억은 다량의 신경세포 간 복잡한 네트워크를 만들어내 기억을 유지한다”고 설명했다.

프리드먼 교수는 “단기기억의 침묵과정은 마치 펜으로 무언가를 영구적으로 써놓는 것이 아닌 습기가 가득찬 거울에 손가락으로 무언가를 써놓는 것과 같다”며 “우리는 신경과학에 AI 기술을 접목해 단기기억의 두 가지 신경활동 과정을 밝혀냈다”고 밝혔다.

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]