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인지과학과 융합과학의 연결

by 유어인천 2023. 7. 28.

BT-CogT의 연결

생명과학기술과 인지과학기술의 연결은 각종 인지기능 향상과 관련된 신경약물학의 발전이 일차적인 중심이(특히 물질과학 중심의 낙후된 과학관을 지닌 한국에서) 되리라 본다. 구체적으로는 기억 약(memory drugs 또는 cognitive drugs)과 같은 인지기능 향상 약물 개발이 빠르게 발전될 전망이다. 이 분야가 바로 인지기능향상(CE)의 미래 연구영역 분야에서 파급 효과가 크지만 동시에 윤리적 문제가 심각하게 제기될 중요한 영역으로 평가될 수 있다.

또한 동기, 정서 연구 활용이 두드러질 것이며, 보다 간편하게 측정되는 신경 생리적 지표[뇌파(EEG), 피부전기반응(GSR), 근전도(EMG)]와 fMRI, fNIR(근적외선 영상) 등의 인지 경영상 연구 결과가 활발하게 응용될 전망이다. 또한 신경 회로망 연구의 활용으로 각종 감성 제품, 인공지능 제품의 개발이 이뤄질 것이다.

 

NT-CogT의 연결

이는 직접적인 연결보다는 BT, IT를 통한 연결 기술 발전의 의의를 찾을 수 있는 분야이다. 가장 영향력을 줄 것은 BT와의 연결을 통한 뇌 기능 진단 및 활용화 기법의 발전이다. 예를 들어 적외선을 사용한 인지영상기법, Cogno-scope(청진기가 아닌 인지진단기) 등의 발전이 가능하다. 또한 신경 보철 인공물 기능을 고수준 화하는 데에 이 NT-CogT 연결이 중요한 역할을 할 것이다. 이 연결은 ‘BT-NT-IT-CogT’의 연결로 이어져 나노바이오지능컴퓨터와 같은 혁신적인 성과물을 내놓게 될 것이다.

 

IT-BT-CogT의 연결

현재까지의 신경과학, 인지신경과학의 발달을 바탕으로 가장 빠르고 획기적 발달이 이뤄지고 있으며 미래에도 빠르게 발전할 분야이다. 신경과학-심리학-컴퓨터과학(공학)의 연결의 확장되어 BT-IT-CogT 3자 연결에 의한 발전이 가속화되고, 뇌영상기법과 컴퓨터 모델링 기법이 빠르게 획기적으로 발전할 것이다. 세부적으로는 BCI(Brain-Computer Interface) 기술과 BRI (Brain Robot Interface) 기술이 발전하고 신경 보철 -컴퓨터 연결 기술 개발이 발전할 것이다. 이런 발전은 로보틱스에도 큰 영향을 주게 될 것이다.

이 분야는 NBIC 융합과학기술의 목표와도 직결되는 인지기능 향상 기술과 깊은 관련을 맺고 있는 영역이다. 앞서 언급한 바처럼 인간의 인지기능 향상 주제 영역으로는 다음과 같은 측면이 있다: 일상생활에서 일반인들의 여러 인지적 적응력 향상, 또는 각종 일 장면에서 노동자, 기술자, 직원의 일반적인 인지적 적응 기능 향상 및 증강 측면; 학교나 산업장면에서의 교육받는 여러 연령대의 사람들의 인지적 기능의 향상 및 증강 측면; 유전적 원인, 뇌 손상, 재난 등의 각종 원인으로 인하여 일반 인지기능이나 사회인지기능 등의 심적 기능이 정상적이지 못한 사람들의 인지적, 사회적 기능을 증강, 개선, 향상하는 측면 등이 있다.

이외에도 IT-BT-CogT의 연결로 뇌 손상자, 신체 심리 기능 이상자의 인지 신경적 적응 기법 연구가 발전할 것이다. 구체적으로는 다음과 같은 기술들의 발전이 기대된다. 1) 시청각, 촉각, 운동감각 등 이상의 신경 보철 기술 발전 이외에도 인지컴퓨팅(cognitive computing)이나 인지시스템 연구, 인지로보틱스 등의 발전을 기대할 수 있다. AI 틀을 대체하는 인지컴퓨팅의 개념 아래에서는 로보틱스가 IT-BT-CogT의 연결 연구가 된다.

NT-IT-CogT의 연결

최근에 사이버 물리시스템(CPS: Cyber Physical System)에 대한 연구 관심이 상당히 급증하는 것 같다. 컴퓨터 또는 로봇들이 각기 독립된 개체로 있는 것이 아니라, 사이버 시스템과 물리적 시스템이 결합하여 정보처리 (계산)하는 통합적 시스템, 언제 어디서나(ubiquitous) 상태에서, 각개의 물리적 시스템이 모든 정보를 독자적으로 내장하지 않고 웹 상에 분산 저장하며, 웹을 통하여 연결된 다른 물리적 여러 시스템과 함께 작용하는 미래 지향적 시스템이다.

이러한 시스템의 물리적 구축은 전통적인 하드웨어적 IT, NT 등의 연구를 통하여 이루어지겠지만, 결국은 소프트웨어적 효율적 연결이 필요하게 될 것이며, 또한 인간이 이러한 복잡한 시스템에 효율적으로 적응하는 문제가 발생하리라 본다.

그러한 것과 연관하여 복잡한 것을 이해하고 다룰 수 있는 인지적 능력 및 기술의 탐구 및 이에 부합된 방향으로의 사이버 물리시스템의 디자인이 중요한 주제로 부각되리라 본다. 사이버 물리시스템과 인간의 상호작용(Human-CPS Interaction)의 최적화의 문제가 HCI의 연구 주제의 확장의 한 분야로 부각될 수 있다.

 

NT-BT-IT-CogT의 연결

이 네 영역의 연결은 이론적 발전 측면에서, 그리고 기술적 측면에서 생각하여 볼 수 있다.
이론적으로 이 네 영역을 연결하여 기존 인간의 인지기능이나 지능시스템 등에 대하여 새로운 접근 관점을 제시할 수 있다. 그 한 예로 인간 및 기계의 인지학습 및 기억을 다루는 ‘분자적 진화 구조로서의 하이퍼네트워크 시스템’ 접근을 들 수 있다.

이 이론 틀에서는 인간의 융통적인 학습, 기억, 지능 과정의 특징이, 과거와 현재의 경험적 일관성 연결성을 지니며, 지엽적(local) 정보 표상과 일반적-전역적 (global) 정보 표상이 하나의 시스템에 의하여 효율적으로 이루어지며, 낱개의 개념들의 단위 요소들이 조합되어 다양하고 융통성 있는 복합 구조를 창출하여 낸다는 점을 포착하고 이러한 학습, 기억의 역동적 창출을 화학분자수준의 진화적 학습 메커니즘에 의하여 나타낼 수 있다는 데에 착안한 이론 틀이다.

이러한 이론 틀은 기억, 학습 메커니즘에 대한 기존의 이론적 틀이 지닌 한계점을 극복할 수 있는 가능성을 시사하고 있다.

이 외에 NT-BT-IT-CogT의 기술적 연결의 대표적 사례는 기능-근적외선(fNIR)기법을 통한 뇌의 인지기능 연구 방법의 활용이다. 앞에서 언급한 바와 같이 나노기술을 활용한 fNIR (functional Near-Infra Red) Spectroscopy는 머리띠처럼 생긴 NIR 기구를 사용하여 비침습적(non-invasive), 즉 뇌를 손상하거나 신경적으로 해를 주지 않고, 뇌의 신진대사와 혈류를 측정하여 주어진 자극에 대한 피험자의 인지적, 정서적 정보처리 특성을 추론하는 방법이다.

이 방법은 미래의 인지신경과학의 주 연구/응용 기법이 될 것이라고 본다. 이외에도 나노공학기술을 뇌 기능 탐색의 인지신경적 방법에 도입함으로써 보다 상세한 해상도의 뇌 기능 영상을 얻을 수 있다.