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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 뇌는 인공지능을 위한 빅데이터 창고

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[편집자] 4차 산업혁명은 모든 사물과 인간을 연결하여 빅데이터를 모으고, 이를 이용하여 인공지능으로 학습해, 결국 인공지능이 인간을 대체하는 시대를 말한다. 이러한 4차 산업혁명의 물결이 산업뿐만 아니라 경제, 사회, 정치 등 전 분야에 걸쳐서 막대한 변화를 일으키고 있다.

글로벌뉴스통신사 뉴스핌은 '김정호의 4차혁명 오딧세이' 칼럼을 매주 연재하며 4차 산업혁명의 본질과 영향, 그리고 전망을 독자들에게 쉽게 소개하고자 한다. 4차 산업혁명의 핵심은 바로 인공지능, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅으로 표현할 수 있으며 그 핵심 부품이 반도체이다. 이들 핵심 기술의 개념과 원리, 응용을 설명하여 일반 독자들이 4차 산업혁명에 대해서 공감하고 이해하며 더 나아가 개인과 기업, 국가의 미래를 계획하는 것을 돕고자 한다.

김정호 카이스트(KAIST) 전기 및 전자공학과 교수는 서울대 전기공학과를 졸업하고 미국 미시건대에서 박사 학위를 받았다. AI대학원 겸임교수, IEEE펠로우, 카이스트 ICT석좌교수, 한화 국방 인공지능 융합연구 센터장, 삼성전자 산학협력센터장 등을 겸하고 있다.

뇌 속을 들여다보는 기계들

일반적으로 수술을 하지 않고 뇌 속을 들여다보기 위해 뇌 의료영상을 사용한다. 이러한 뇌 의료영상 이미지를 얻기 위해서는 인간의 뇌를 투과할 수 있는 입자나 파동을 사용해야 한다. 투과 신호를 3차원으로 조합하고 정보를 처리해서 단면 영상을 얻는다. 뇌 의료 영상을 사용하면 인간의 시각에 의존해서 직관적으로 판정을 내릴 수 있다.

김정호 교수

뇌 의료 영상을 얻을 수 있는 대표적 장비로 X-ray(엑스레이) 입자를 이용해서 3차원 영상을 얻는 CT(Computerized Tomography)가 있다. 높은 에너지 입자인 X-ray 입자는 인체를 통과하기 때문에 가능하다.

3차원적인 센서의 배열과 영상 처리 기법을 이용해서 3차원 이미지를 얻을 수 있다. 단층 영상의 생성에 컴퓨터가 활용된다. 그래서 Computer(컴퓨터)라는 단어가 들어간다. 기존의 X-ray 영상이 뼈와 복부 내장이 함께 겹쳐져 보이는 등 평면적이었다면, CT는 검사 부위의 단면을 잘라 보여줄 수 있어 뼈와 장기의 세밀한 관찰이 가능하다.

이 뿐만 아니라 인간의 뇌 속을 들여다보기 위해서 전자파의 일종인 자기장을 이용할 수도 있다. 고주파 자기장이 인체를 통과하고 특정 분자에 흡수되기 때문이다. 이렇게 특정 주파수의 자기장이 몸속의 물 분자나 특정 물질에 흡수되는 현상을 이용해서 영상을 얻는다. 이러한 장비를 MRI(Magnetic Resonance Imaging)라고 한다. 다른 말로 자기 공명 단층 촬영법이다.

장비 이름에서도 보는 것처럼 자기장(Magnetic Field), 공진(Resonance)과 같은 물리적 현상을 사용한다. CT가 횡단면만을 보여주는 데 반해, MRI는 종단면과 횡단면을 모두 보여주는 입체 영상으로 환부를 볼 수 있어 CT보다 높은 해상도의 영상으로 좀 더 세밀한 검사를 할 수 있다.

여기에 더해 음성 대역의 파동인 초음파를 이용해서 인간의 뇌 내부 영상을 얻을 수 있다. 초음파 역시 뇌와 인체를 투과하기 때문에 가능하다.

필자 연구실에서 초고주파의 일종인 테라헤르츠(Terahertz) 전자파를 이용해서 인체와 두뇌 영상을 얻으려는 연구를 한 적이 있다. 테라헤르츠는 10의 12승의 주파수를 가지는 전자파이다.

기가헤르츠(Gigaherz) 전자파보다 약 1000 배 정도 빨리 변화하고, 파장도 1000배 이상 짧아진다. 그래서 파장의 길이가 머리카락보다 짧아 안테나 크기도 매우 작다. 여기에 더해 테라헤르츠(Terahertz) 전자파는 X-ray보다 인체에 해가 없는 장점도 있다. 이렇게 테라헤르츠 전자파는 새로운 전자파 대역으로 그 잠재적 유용성의 가치가 높다.

하지만 테라헤르츠 전자파는 뇌나 인체 영상에 적용하는 데 치명적인 단점이 있다. 그 이유는 테라헤르츠 전자파가 물에 잘 흡수되기 때문이다. 그래서 몸속 침투의 깊이가 밀리미터 정도밖에 되지 않는다. 그래서 뇌나 인체 깊숙한 영상을 얻을 수 없다. 테라헤르츠 전자파가 인체 깊이 들어갈 수 있다면, 지금쯤 새로운 의료 장비가 사업화될 수 있었을 것이다.

이렇게 뇌 내부를 들여다보는 의료 영상 기술은 의료 진단과 치료, 수술에 획기적인 발전을 가져왔다. 다르게 말하면, 이들 장비 모두 인간의 뇌의 빅데이터 정보를 얻기 위한 장비들이다. 직접 데이터를 읽어 내지는 못하지만, 물리적 구조체의 모양은 읽어낼 수 있다. 이러한 노력은 궁극적으로 인간의 뇌 속에 심어진 빅데이터를 얻어내려는 초기 단계라 볼 수도 있다.

필자의 연구실에서 얻은 테라헤르츠 전자파를 이용한 뼈의 골다공증 단면 이미지. [출처=KAIST]

지금 인공지능은 인간의 뇌를 들여다보려는 시도

4차 산업혁명의 중심인 인공지능 기술도 결국 뇌 속에 심어진 빅데이터를 얻으려는 시도로 본다. 직접 뇌 속의 데이터를 얻는 것이 아니라 학습이라는 과정을 통해서 간접적으로 뇌 데이터를 복사한다고 볼 수 있다. 인공지능인 기계학습을 뇌 데이터 복제 과정으로 볼 수도 있는 것이다.

이러한 뇌 속의 빅데이터는 뇌에 심어진 기억, 감정, 생각, 꿈, 상상을 포함한 인간의 생각이 된다. 기계학습 과정에 학습되는 변수(Weight)들은 인간 뇌 데이터의 변형된 모습이다. 이렇게 의료 영상과 인공지능은 모두 뇌 속을 들여다보려는 인간의 노력이라는 공통점이 있다.

이렇게 보면, 구글과 아마존, 페이스북 등 빅데이터 플랫폼 기업들은 결국 인간의 뇌 속의 빅데이터를 얻기 위한 간접적인 장치를 확보한 기업들이라 할 수 있다. 단지 그 중간 매개체가 메시지, 전자메일, 문자, 사진, 음성, 동영상, 구매정보, 배달 정보 등일 뿐이다.

그래서 아마존이 알렉사 스피커를 집안으로 들여놓으려 한다. 도청하면서 전 세계 주부들의 머릿속에 들어가고 싶은 것이다. 또는 사진이나 동영상 속의 사람들의 표정으로 그 사람의 마음을 읽는다. 그래서 CCTV, 컴퓨터 카메라, 핸드폰 카메라가 간접적인 뇌 빅데이터를 얻기 위한 징검다리가 된다. 이러한 정보를 인공지능으로 처리해서 사람의 머릿속을 들여다보려고 한다. 이때 인공지능 알고리즘이 사람의 뇌 속으로 들어가는 통로가 된다.

뇌 빅데이터를 직접 읽으려는 시도, 뇌 센서

이와는 달리, 아예 센서를 뇌 속에 집어넣어 두뇌 빅데이터를 직접 읽으려는 연구도 진행 중이다. 반도체 센서를 뇌 속에 삽입하고, 그 데이터 신호를 무선으로 외부에 송신하는 장치도 개발 중이다. 아직은 쥐를 이용해 실험하지만, 언제인가 인간의 뇌를 실험 대상으로 삼을 수 있다.

이 방법의 어려움은 일단 수술을 통해서 뇌 속에 반도체 센서를 넣어야 한다는 점이다. 상당한 거부감이 발생할 수 있다. 그리고 장기간 사용을 위해 배터리를 주기적으로 교체하거나 무선으로 전력을 보내야 한다. 통신과 센서의 한계로 읽는 신호의 종류와 데이터의 양도 상당히 제한적이다.

그리고 과연 뇌에 흐르는 전기 신호로 얼마나 사람의 뇌 속의 데이터를 표현할 수 있는가의 난제도 있다. 과연 전기 신호를 측정해서 사람의 뇌 속의 기억과 생각, 마음을 읽을 수 있나 하는 숙제가 있다. 이러한 연구와 노력은 결국 모두 인간의 기억과 생각의 창고인 뇌의 빅데이터를 수집하기 위함이다.

정재웅 KAIST 교수가 개발한 쥐의 뇌에 이식된 반도체 센서. 이를 통해서 뇌의 데이터를 스마트폰으로 읽는 장치. [출처=KAIST]

현시대의 대표적 혁신가 일론 머스크도 같은 생각을 하고 있다고 생각한다. 왜냐하면 그가 2016년 약 1억 달러를 투자해 뇌 인터페이스 회사인 '뉴럴링크(Neuralink)'라는 BCI(Brain-Computer Interface) 전문 스타트업 기업을 설립했기 때문이다.

'뉴럴링크'는 두뇌와 컴퓨터를 연결하는 인터페이스를 개발한다고 알려져 있다. 일런 머스크는 궁극적으로 건강한 인간의 뇌에 칩을 이식해 '디지털 슈퍼 인텔리전스'를 만들 수 있다는 생각을 하는 것으로 보인다.

이렇게 보면, 일론 머스크도 인간의 뇌가 빅데이터의 최종 목적지라는 사실을 잘 알고 있는 것이 분명하다. 결국 인간의 뇌가 궁극적인 빅데이터 창고이다. 인공지능을 포함한 최신 4차 산업혁명 기술의 발전은 바로 이렇게 인간의 뇌 속의 빅데이터를 얻기 위한 방향으로 발전되어 가고 있다.

 

김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수 joungho@kaist.ac.kr

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케냐 사웨, 마라톤 '2시간 벽' 깨다 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 마라톤 풀코스 42.195㎞ '2시간의 벽'이 공식 대회에서 처음으로 무너졌다. 케냐의 사바스티안 사웨(30)는 26일(한국 시간) 영국 런던에서 열린 2026 런던 마라톤 남자부에서 1시간 59분 30초에 결승선을 통과했다. 2023년 켈빈 키프텀(케냐)이 시카고 마라톤에서 작성한 종전 세계기록 2시간 00분 35초를 무려 65초나 지운 역대급 레이스였다. 인류가 공식 공인 마라톤 레이스에서 '서브 2'에 성공한 것은 이번이 처음이다. 사웨는 초반부터 흔들림이 없었다. 선두 그룹에서 안정적으로 레이스를 이끌며 5㎞를 14분 14초에 통과했다. 당시 페이스만으로도 2시간 00분 3초가 예측되는 살인적인 속도였다. 하프 지점도 1시간 00분 29초로 통과했다. 세계기록 페이스를 유지하면서도 표정에는 여유가 남아 있었다는 현지 중계진의 평가다. [런던=뉴스핌] 박상욱 기자=사바스티안 사웨가 26일(한국시간) 2026 런던 마라톤 남자부에서 1시간 59분 30초에 결승선을 골인한 뒤 자신의 신발을 들어보이며 포즈를 취하고 있다. 2026.4.26 psoq1337@newspim.com 승부는 30㎞ 이후였다. 사웨는 1시간 26분 03초로 30㎞ 지점을 찍은 뒤 페이스를 다시 끌어올렸다. 요미프 케젤차(에티오피아)가 옆에서 따라붙자 오히려 속도를 더 올리며 양자 구도를 만들었다. 결승선을 약 1.7㎞ 남기고 마지막 승부수를 띄웠다. 사웨는 체중이 하나도 남지 않은 듯 가볍게 치고 나갔고 케젤차는 그 스퍼트를 끝내 버티지 못했다. 버킹엄궁 앞 스트레이트에 들어설 때 승부는 이미 끝나 있었다. 사웨는 두 팔을 번쩍 치켜들며 1시간 59분 30초를 찍었다. 2시간 벽을 깨기 위한 수십 년 도전이 한순간에 결실을 맺는 장면이었다. 그는 결승점에서 "정말 행복하다. 잊지 못할 날이다. 초반부터 페이스가 좋았고 결승선에 가까워질수록 몸 상태가 더 좋아지는 걸 느꼈다"고 말했다. [런던=뉴스핌] 박상욱 기자=사바스티안 사웨가 26일(한국시간) 2026 런던 마라톤 남자부에서 1시간 59분 30초에 결승선을 골인하고 있다. 2026.4.26 psoq1337@newspim.com 2위로 골인한 케젤차 역시 1시간 59분 41초에 완주하며 인류 역사상 두 번째 '서브 2' 기록을 남겼다. 3위 제이컵 키플리모(우간다)는 2시간 00분 28초로 골인해 종전 세계기록을 앞질렀다. 인류가 한 번도 넘지 못했던 장벽이 한 레이스에서만 세 번이나 뛰어넘어진 셈이다. '2시간의 벽'은 오랫동안 인간 한계의 상징이었다. 엘리우드 킵초게(케냐)가 2019년 비엔나 특설 코스에서 1시간 59분 40초를 찍긴 했다. 하지만 이는 레이저 유도차량, 대규모 페이스메이커, 특수 설계 코스가 동원된 이벤트 레이스로 공식 기록으로는 인정받지 못했다. '인간의 다리만으로, 공인 조건에서 2시간을 깰 수 있는가'라는 질문은 여전히 열린 채 남아 있었다. 사웨는 그 물음에 '가능하다'는 답을 내놓았다. 사웨는 이미 예고된 '차세대 괴물'이었다. 2024년 발렌시아 마라톤 데뷔전에서 2시간 02분 05초로 우승한 뒤, 2025년 런던 마라톤에서는 2시간 02분 27초로 정상에 올랐다. 메이저 마라톤 풀코스 4전 전승이다. 그는 대회를 앞두고 "세계 신기록은 시간문제다. 언젠가 2시간 이내에 마라톤을 완주하는 첫 선수가 될 것이라 믿는다"고 말했다. 그리고 런던에서 그 약속을 현실로 바꿨다. [런던=뉴스핌] 박상욱 기자=티지스트 아세파가 26일(한국시간) 2026 런던 마라톤 여자부에서 2시간 15분 41초에 결승선을 통과한 뒤 감격하고 있다. 2026.4.26 psoq1337@newspim.com 여자부에서도 세계기록이 쓰였다. 에티오피아의 티지스트 아세파가 2시간 15분 41초에 결승선을 통과했다. 지난해 같은 대회에서 자신이 작성한 2시간 15분 50초를 9초 줄인 기록이다. 여자 선수만 뛰는 레이스 기준 세계 최고 기록이 다시 한 번 교체됐다. 2위 헬렌 오비리와 3위 조이실린 제프코스게이(이상 케냐)도 각각 2시간 15분 53초, 2시간 15분 55초를 찍으며 사웨의 레이스 못지않은 하이 레벨 경쟁을 펼쳤다. 세계육상연맹은 여자 도로 레이스 기록을 '혼성 경기'와 '여자 단독 경기'로 나눠 집계한다. 남자 선수들이 페이스메이커 역할을 하는 혼성 레이스와 여자들만 뛰는 레이스의 조건이 다르기 때문이다. 혼성 마라톤 여자 세계기록은 루스 체픈게티(케냐)가 2024년 시카고 마라톤에서 작성한 2시간 09분 56초다. 이번 런던에서는 여자 단독 레이스 기록이 다시 쓰였다. 마라톤은 인간 한계를 시험하는 스포츠다. 그 종목에서 가장 단단해 보이던 벽이 무너졌다. 사웨는 레이스 뒤 "오늘 이 자리까지 오직 기록 단축만을 위해 달렸다. 인간에게 한계가 없다는 걸 보여줘 기쁘다"고 말했다. psoq1337@newspim.com 2026-04-27 07:27
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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