뇌의 미래 (인류의 미래를 뒤바꿀 뇌과학 혁명)

미겔 니코렐리스

저자 미겔 니코렐리스는 의학박사이자 듀크대학교 신경공학센터의 창시자. 세계에서 가장 영향력 있는 20명의 과학자 중 한 사람으로 손꼽히는 인공지능 분야의 세계적 석학이다. 1999년 케네디의 환자가 컴퓨터 커서를 움직이던 것과 똑같은 방식으로 생쥐가 로봇 팔을 조종할 수 있다는 실험결과를 내놓으며 전 세계 과학계의 이목을 집중시켰고, 2000년에는 원숭이 뇌에 머리카락 굵기의 가느다란 탐침을 꽂아 원숭이가 팔을 움직일 때 뇌 신호를 포착해 이 신호로 로봇 팔을 움직이게 하는 BMI 실험에 성공했다. 이어서 2003년, 붉은털원숭이의 뇌에 700개의 미세전극을 이식하여 생각하는 것만으로 로봇 팔을 움직이게 하는 데 성공했을 뿐만 아니라 2004년 32개 전극으로 사람 뇌의 활동을 분석하여 신체 마비 환자들에게 도움이 되는 BMI 기술 연구에 착수, ‘다시 걷기 프로젝트(Walk Again Project)’라는 이 프로젝트를 통해 전신마비 환자에게 온몸을 움직일 수 있는 능력을 되찾아주는 기술을 개발 중이다. 이와 같은 그의 탁월한 연구 성과는 <네이처>, <사이언스> 등의 학술잡지에 실리며 인공지능 분야를 주도해나가고 있다. 프랑스학술원, 브라질 과학 아카데미, 교황청과학원의 회원인 2010년 해당 연구분야에 탁월한 연구업적을 가진 과학 리더에게 수여하는 NIH Director's Pioneer Award를 수상하였으며, 2008년 교황청 과학원의 회원으로 선정되기도 했다.

들어가는 글 그냥 음악만 따라오게 8

1. 생각이란 무엇인가? 21
2. 뇌 속 전기폭풍을 찾아서 51
3. 가상의 신체 79
4. 대뇌의 심포니에 귀를 기울이다 117
5. 쥐가 고양이에게 도망치는 법 149
6. 오로라의 뇌를 해방시켜라 195
7. 자가조절 241
8. 마음의 진짜 세상 둘러보기 273
9. 비행기가 된 사나이 299
10. 마음의 형성과 공유 341
11. 뇌 속에 숨어 있는 괴물 381
12. 상대론적 뇌로 계산하기 413
13. 다시 별로 돌아가다 447

감사의 글 484
참고문헌 489
찾아보기 506

인류의 미래를 송두리째 바꿔놓을 최첨단 뇌과학의 모든 것!
인체의 한계를 뛰어넘어 인간에게 무한한 능력을 가져다줄 뇌-기계 인터페이스 그 혁명적 기술이 지금 공개된다! 인공지능의 세계적 석학 니코렐리스가 최초로 공개하는 뇌과학의 역사와 미래 전망! 상상을 뛰어넘는 창조적 실험과 도전으로 입증해낸 뇌과학의 무한한 잠재력에 주목하라! 뇌파로 컴퓨터를 작동하고, 생각만으로 전 세계 사람들과 의사소통을 하며, 타인의 생각까지도 다운로드받을 수 있는 세상! 인간과 기계의 경계가 허물어지고 두뇌만으로 모든 물리적 세계를 통제하는 경이로운 미래의 모습이 생생하게 펼쳐진다!

인공지능의 세계적 석학 니코렐리스가 최초로 공개하는
최첨단 뇌과학의 역사와 미래 전망!

2009년 개봉하여 전 세계적으로 선풍적인 인기를 끈 할리우드 영화 <아바타>에서는 인간의 생각을 그대로 주입하여 원격 조종할 수 있는 새로운 생명체를 만들어낸다. <매트릭스>나 <공각기동대>에서도 컴퓨터에 인간의 생각을 이식하거나 컴퓨터가 인간에게 새로운 기억을 주입하는 장면이 등장한다. 공상과학 영화에서나 나오던 이 첨단기술이 과연 현실에서도 실현 가능할까? 인간의 뇌와 컴퓨터 등의 기계장치를 연결하여 정보를 주고받는 것이 과연 가능한 일일까? 불과 30~40년 전만 해도 상상에 불과했을지 모르지만, 인간의 두뇌에 대한 비밀이 하나씩 밝혀지고 컴퓨터가 급속도로 발전하면서 인류는 영화에서만 보았던 이 첨단기술에 점점 더 가깝게 다가가고 있다. 그 선두에서 연구를 주도하고 있는 사람이 바로 세계적 석학이자 세계에서 가장 영향력 있는 과학자 20인 중의 한 명으로 손꼽히는 브라질 출신의 미국 신경공학자 미겔 니코렐리스 교수이다. 그가 인간의 두뇌와 기계를 연결하는 혁명적 기술 뇌-기계 인터페이스(Brain-machine Interface, BMI)의 역사와 미래 전망에 대해 대중적으로 소개하기 위해 집필한 《뇌의 미래》가 김영사에서 출간되었다.
뇌는 이미 21세기의 키워드로 자리 잡았고 그중에서도 BMI는 그 중심에 있다. 세계 각국에서는 앞으로 100년을 좌우할 신기술로 BMI를 주목하고 기술 개발에 박차를 가하고 있고, 우리나라에서도 과기평가원과 삼성경제연구소에서는 10대 미래 유망기술로 BMI를 선정했다. 세계적으로 관심이 집중되는 분야인 만큼 기술 개발도 급속도로 진행되어 1990년대 쥐를 사용하여 진행되던 연구는 2000년대 영장류를 거쳐 지금은 인간을 대상으로 연구가 진행될 정도로 빠르게 발달하고 있다. 현재는 BMI는 사고나 질병으로 인체의 손상을 입은 환자를 치료하는 의료를 중심으로 개발되고 있지만, 많은 과학자들은 머지않은 미래에 뇌파만으로 컴퓨터를 작동하고, 생각만으로 전 세계 사람들과 의사소통을 하며, 컴퓨터에 저장된 타인의 생각까지도 다운로드를 받을 수 있는, 영화 속에서나 존재하던 모습이 현실이 되리라 기대하고 있다. 이 책은 이렇듯 인류의 미래와 뇌에 대한 관점까지 혁명적으로 바꿔놓을 BMI의 역사와 현주소는 물론이고 이 기술을 통해 신체의 한계를 벗어난 뇌가 앞으로 어떻게 발전해나가며 인류의 미래를 혁명적으로 바꿔놓을지 생생하게 펼쳐 보이고 있다.

신체의 제약을 뛰어넘어 새로운 차원으로 진화하는 뇌,
그 무한한 잠재력에 주목하라!

뇌과학은 인간의 본질에 대한 과학이다. 인간의 본성이라고 할 수 있는 대부분의 활동은 주로 뇌의 영역에서 비롯된다. 그렇다면 인간의 두뇌활동은 어떻게 이루어지는 것일까? BMI 기술의 출발점은 바로 이런 호기심에서 시작되었다. 이 책에서는 지난 200여년 가까이 인류가 뇌의 본질을 두고 벌인 지적 논쟁에서부터 1932년 신경과학자 에이드리언이 인간의 뇌가 주변 정보를 어떻게 뇌의 언어인 전기적 신호로 암호화하는지를 최초로 밝혀낸 과정, 1924년 한스 베르거 최초로 뇌파 측정한 순간 등 상상을 초월하는 뇌 과학자들의 창조적 실험과 도전까지 흥미진진하게 풀어내고 있다.
이렇듯 인류의 두뇌 자체에 대한 연구에서 시작된 뇌과학은 컴퓨터의 발달과 함께 다른 방식으로 진행되기 시작했다. 니코렐리스 역시 신경과학에 대한 연구를 하던 중에 BMI에 대한 영감을 얻고 ‘오로라’라는 이름의 올빼미원숭이와 다른 원숭이를 대상으로 다양한 실험을 시작했다. 2000년 10월 그는 올빼미원숭이의 뇌에 가느다란 탐침을 꽂아 원숭이가 팔을 움직일 때 나타나는 뇌 신호를 포착하고 이 신호를 활용하여 로봇 팔을 움직이게 하는 실험에 성공했다. 미국에서 원숭이가 런닝머신을 달리면 일본 교토에 있는 다리가 달리게 하는 실험에도 성공했다. 미국에 있는 원숭이의 상상만으로 일본 쿄토의 기계 다리를 움직일 수 있게 된 것이다. 이어서 그는 사람의 뇌의 활동을 분석하여 신체 마비 환자들에게 도움이 되는 BMI 기술 연구에 착수하여 전신마비 환자들이 운동능력을 되찾을 수 있도록 전신외골격(full-body exoskeleton)을 조정하는 신경보철물을 개발하는 ‘다시 걷기 프로젝트(Walk Again Project)’를 진두지휘하고 있다.
니코렐리스는 BMI 기술이 완벽하게 실현되면 인류는 궁극적으로 신체적 경계를 넘어서는 세계가 펼쳐지며 마침내 시간과 공간의 제약을 뛰어넘어 사람 뇌를 몸으로부터 자유롭게 하는 놀라운 순간이 찾아올 것이라고 주장한다. 그런 미래에는 로봇이나 우주선을 인간 대신 파견해 원격으로 조종해서 마음껏 다른 행성과 별들을 탐험할 수 있게 될 것이다. 또한 뇌와 뇌 사이의 네트워크가 형성되어 생각만으로 다른 사람들과 소통하고 상대방이 느끼는 그대로를 생생하게 경험할 수 있게 된다. BMI 기술을 통해 인간과 인간의 두뇌는 전혀 다른 차원의 진화의 세계로 들어가는 것이다. 이처럼 뇌과학의 역사에서 뇌과학이 송두리째 바꿔놓을 미래사회의 모습까지 매력적으로 그려내고 있는 이 책은 단순히 뇌과학에 대한 책을 뛰어넘어 매력적인 미래예측서라 하기에 부족함이 없다.

추천사

놀랍기 그지없는 책이다. 니코렐리스 교수는 시인과 같은 매력적인 문체로 두뇌라는 놀라운 기계가 어떻게 정보를 처리하고 행동하는지에 대해 신선하고 도발적이며 사색적인 관점을 우리 앞에 펼쳐보인다. - 토마스 커루, 캘리포니아대학교 신경생물학 및 행동학과 과장

날카로운 통찰과 정교한 논리로 인간의 두뇌에 대한 새로운 시각과 뇌-기계의 인터페이스라는 첨단 기술이 인류 사회에 미칠 영향을 생생하고 매력적으로 설명하고 있다.
- 피터 아그레 박사, 2003년 노벨화학상 수상자

뇌-기계 인터페이스 분야의 최신 성과와 그것이 인류의 삶에 미칠 막대한 잠재력을 소개하는 탁월한 안내서다. 뛰어난 과학자이자 사상가인 니코렐리스 교수는 풍부한 과학적 지식을 흥미진진하게 소개하며 첨단기술이 열어나갈 미래사회에 대한 호기심과 희망을 우리 마음속에 불어넣고 있다.
- 빌 마리스, 구글 벤처스 매니징 파트너.