최근 뇌세포를 배양해 만든 작은 조직 오가노이드를 이용해 계산과 학습 기능을 구현하려는 연구가 주목받고 있다. 이른바 오가노이드 지능이라 불리는 이 분야는 살아있는 신경세포의 정보처리 능력을 컴퓨터처럼 활용하려는 시도다. 아직 초기 단계지만 기존 반도체 기반 인공지능과는 다른 접근이라는 점에서 관심을 모은다.
오가노이드는 줄기세포를 배양접시에서 자라게 해 만든 미니 장기 유사 조직을 말한다. 뇌 오가노이드는 실제 뇌처럼 신경세포가 서로 연결망을 이루며 전기 신호를 주고받는 구조를 갖춘다. 연구자들은 이 신경망에 미세전극을 심어 자극을 주고 반응을 기록하는 방식으로 정보를 입력하고 출력을 얻는 실험을 진행해왔다.
살아있는 신경세포는 매우 적은 에너지로도 복잡한 패턴을 학습하고 기억하는 능력을 지닌 것으로 알려져 있다. 연구진은 오가노이드에 특정 자극을 반복해 주고 그에 따른 전기 신호 변화를 관찰해 일종의 학습 곡선을 확인했다고 밝힌 바 있다. 이는 생체 조직이 단순 반응을 넘어 정보를 저장하고 처리할 가능성을 보여준 사례로 소개된다.
다만 현재 수준에서 오가노이드가 수행할 수 있는 연산은 매우 제한적이다. 단순한 소리나 패턴을 구분하는 초보적인 과제를 반복 학습하는 정도이며 기존 디지털 컴퓨터가 처리하는 복잡한 연산과는 비교하기 어렵다. 오가노이드의 크기와 수명, 산소와 영양 공급 문제도 안정적인 장기 운용을 어렵게 만드는 요인으로 꼽힌다.
전극에 연결된 오가노이드로 신호를 기록하는 실험 장면 [그림=메디닉스DB]
뇌 오가노이드는 실제 뇌와 달리 혈관이 없어 조직 내부까지 산소와 영양분을 충분히 전달하기 어렵다는 한계가 있다. 이 때문에 조직이 일정 크기 이상 커지면 중심부 세포가 괴사하는 문제가 나타나곤 한다. 학계에서는 이를 해결하기 위해 미세유체 장치를 활용한 인공 순환 시스템을 결합하는 연구가 함께 진행되고 있다고 설명한다.
만약 오가노이드 기반 연산이 안정화된다면 저전력으로 학습하는 새로운 형태의 인공지능 하드웨어 개발에 활용될 수 있다는 기대가 나온다. 또한 신경질환 치료제나 독성 물질이 뇌에 미치는 영향을 평가하는 실험 모델로도 응용 가능성이 거론된다. 다만 이러한 응용은 여전히 개념 검증 수준에 머물러 있는 것으로 평가된다.
오가노이드 지능 연구가 확대되면서 생명윤리 측면의 논의도 함께 이뤄지고 있다. 신경세포 집합체가 어느 수준까지 발달하면 의식이나 감각을 가질 수 있는지에 대한 과학적 합의는 아직 마련되지 않았다. 이 때문에 국내외 여러 학회와 연구윤리 기구는 오가노이드 연구의 범위와 한계를 정하는 지침 마련에 나서고 있다.
오가노이드 연구 윤리와 한계를 논의하는 연구진 [그림=메디닉스DB]
관련 학계는 오가노이드가 인간 뇌를 그대로 재현한 것이 아니라 단순화된 신경망 모델에 가깝다고 설명한다. 따라서 오가노이드에서 관찰되는 반응을 의식이나 사고 작용과 곧바로 연결짓는 해석은 경계해야 한다는 의견이 많다. 연구 목적과 결과 해석 과정에서 과장을 피해야 한다는 지적도 꾸준히 제기되고 있다.
국내에서도 여러 대학과 연구기관이 뇌 오가노이드를 활용한 신경과학 및 신약 개발 연구를 진행하고 있다. 다만 오가노이드를 정보처리 장치로 활용하는 연구는 아직 해외 일부 연구소를 중심으로 초기 단계에 머물러 있는 것으로 알려진다. 국내 연구 인프라 확충과 국제 공동연구 참여 확대가 향후 과제로 꼽힌다.
전문가들은 오가노이드 지능이 상용화 단계에 이르기까지는 상당한 시간이 필요하다는 데 대체로 뜻을 모은다. 일반인이 관련 소식을 접할 때는 초기 실험 결과를 최종 완성된 기술처럼 받아들이기보다 검증 단계를 함께 확인하는 태도가 필요하다. 신경질환이나 인지 기능과 관련해 궁금한 점이 있다면 검증되지 않은 정보보다 전문 의료진과의 상담을 통해 확인하는 것이 바람직하다.
