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"숫자, 배우지 않아도 안다" 인공지능과는 다른 동물의 뇌

송고시간2021-01-04 13:00

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국내 연구진이 동물의 뇌는 인공신경망과는 달리 '숫자 감각'(number sense)을 타고난다는 사실을 실험을 통해 밝혔다.

한국과학기술원(KAIST) 바이오·뇌공학과 백세범 교수 연구팀은 학습 과정을 거치지 않은 신경망에서 숫자 감각이 자발적으로 생길 수 있음을 증명했다고 4일 밝혔다.

인공신경망(인간의 신경을 모사한 기계학습) 분야에서 이런 인지 기능에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 대부분 숫자 감각을 발생시키기 위해 어떤 학습 과정이 필요한 지에 대한 연구에 집중돼 있다.

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KAIST, 고등 인지 기능 자발적으로 발생하는 원리 밝혀

동물의 타고난 숫자 감각
동물의 타고난 숫자 감각

[KAIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 동물의 뇌는 인공신경망과는 달리 '숫자 감각'(number sense)을 타고난다는 사실을 실험을 통해 밝혔다.

한국과학기술원(KAIST) 바이오·뇌공학과 백세범 교수 연구팀은 학습 과정을 거치지 않은 신경망에서 숫자 감각이 자발적으로 생길 수 있음을 증명했다고 4일 밝혔다.

주어진 시각 정보에서 물체의 수량을 파악하는 능력인 숫자 감각은 뇌 신경망의 고등 인지 기능 중 하나이다.

인공신경망(인간의 신경을 모사한 기계학습) 분야에서 이런 인지 기능에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 대부분 숫자 감각을 발생시키기 위해 어떤 학습 과정이 필요한 지에 대한 연구에 집중돼 있다.

하지만 동물의 뇌는 전혀 학습을 하지 않은 생애 초기에도 인공신경망과 달리 숫자 감각을 갖는 것으로 보고돼 왔다.

학습하지 않은 신경망에서 나타나는 수량 선택성
학습하지 않은 신경망에서 나타나는 수량 선택성

[KAIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 동물의 뇌 구조를 모사한 인공신경망 시뮬레이션을 통해 고등 인지 기능이 최초로 발생하는 상황을 관찰하는 데 성공했다.

모든 연결 가중치가 무작위인 초기화된 상태에서, 학습 없이도 뉴런(신경세포)이 특정 숫자에 대해 선택적으로 반응하는 '수량 선택성'이 자발적으로 생성된다는 것을 밝혔다.

이렇게 발생한 수량 선택적 특징은 실제 동물의 뇌에서 발견되는 '베버 페히너의 법칙'(자극의 강도와 인간의 감각 사이의 상대적 관계를 나타내는 심리 물리학적 법칙)을 동일하게 따르는 것으로 나타났다.

자발적으로 발생하는 수량 선택성을 묘사한 삽화
자발적으로 발생하는 수량 선택성을 묘사한 삽화

[KAIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

백세범 교수는 "대부분의 뇌 기능이 학습과 훈련에 의해 생긴다는 기존의 시각과 달리 선천적이고 자발적으로도 발생할 수 있음을 밝혔다"며 "새로운 인공지능 구현 원리를 찾는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances) 지난 1일 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

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