의식을 가진 뇌는 단지 복잡한 전기 회로에 불과하다. 그렇다면, 뇌의 전기 회로로서의 행동을 기계로 재현함으로써, 거기에도 의식이 깃들 것이다. 많은 신경 과학자들은 그렇게 생각하고 있다. 그중에서도 여기서 주목할 것은, 인간의 의식을 컴퓨터로 이식하는, 이른바 '의식의 업로드'이다. 만약 그것이 가능하다면, 인간이 가상 현실에서 계속 살아가는 것도, 아바타를 통해 현실에 내려오는 것도 가능해진다.
하지만 지금까지 제안된 방법은, 두개골에서 뇌를 꺼내 얇게 슬라이스하여 분석함으로써, 컴퓨터 상에 개인의 뇌의 디지털 복사본을 구축하는 것이었다. 이렇게 하면 죽음을 원치 않는 당사자는 틀림없이 죽음을 맞이하게 된다. 이 연재 제2회에서는, 내가 제안하는 '죽음을 거치지 않는 의식의 업로드'의 구체적인 프로세스를 소개하고, 그 실현을 위한 열쇠를 쥐고 있는 브레인-머신 인터페이스를 다루고자 한다.
한쪽만의 세계
나는 세계의 한쪽만 보고 있다. 이것은 어떤 은유가 아니다. 문자 그대로, 시선의 정확히 가운데를 경계로 왼쪽만 보이는 것이다. 그래서, 갑자기 자신의 오른손이 나타나서 놀란다. 또한, 가로로 쓰인 글을 제대로 읽을 수 없다. 단어 하나를 집어내려 해도, 시선의 끝에서 약간 오른쪽의 문자가 눈에 들어오지 않아 기어가듯 한 글자씩 읽어갈 수밖에 없다. 이전보다 몇 십 배나 많은 시간이 걸린다.
그렇다, 나도 예전부터 이랬던 것은 아니다. 그날 이후로 완전히 변해버렸다. 말하고 싶어도 말할 수 없다. 그것뿐만 아니라, 내 입은 생각지도 않은 말을 내뱉는다. 셔츠의 단추를 채우려고 해도 오른손이 옆에서 떼어버린다. 스테이크를 입으로 가져가려고 해도 오른손의 칼이 쳐내버린다.
마치, 내 오른쪽 반신이 정체를 알 수 없는 무언가에게 점령당한 것 같다. 오른손도, 오른발도, 다른 의지가 있는 것처럼 행동한다. 유일한 위안은, 그 무언가가 완전히 낯선 타인이 아니라는 것이다. 옷이나 음식의 취향은 약간 다른 것 같지만, 그 입에서 이야기되는 기억은 내 어린 시절 그대로다...
여기 등장하는 인물은 괴기 영화나 SF 소설 속의 캐릭터가 아니다. 이러한 경험을 하고 있는 사람들이 실제로 있다. 간질 치료를 위해 오른뇌와 왼뇌를 분리하는 외과 수술을 받은 환자들이다. 수술 후, 시각적으로도, 신체적으로도, 왼쪽만을 지배하는 오른뇌의 의식과, 오른쪽만을 지배하는 왼뇌의 의식이 두 개로 나뉜다.
하나의 두개골 속의 두 개의 의식. 신경심리학자 로저 스페리는, 바로 그 존재 증명으로 1981년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.
단, 한 가지 주의할 점이 있다. 일반적으로, 의사나 연구자와 대화할 수 있는 것은 언어 영역을 가진 왼뇌뿐이다. 스페리도 오른뇌의 '진술'을 이끌어내는 데 애를 먹었다. 여러 시도를 한 끝에, 오른뇌가 보고 있는 것을 답하게 하기 위해, 그것이 통제하는 왼손으로 물건을 잡게 하는 것으로 해결을 보았다. 또한, 스페리에게 다행인 것은, 오른반구도 과제의 구두 지시를 이해할 정도의 언어 능력을 가지고 있었다는 점이다.
편두통 발작과 시모조 교수
여기서 굳이 오른뇌를 등장시킨 이유가 있다. 서두의 두 단락은, 사실 내 경험 그대로다. 중학교 3학년 때, 모의시험의 영어 중, 점점 글을 읽을 수 없게 되었다. 나중에 알게 된 것이지만, 그것은 편두통 발작의 일부였다.
여러분 중에도 편두통을 앓고 있는 분들이 있을지도 모른다. 내 경우, 무지개 색의 지그재그 무늬가 오른쪽 시야에 나타나는 것으로 발작이 시작된다. 이 오라(Aura)라는 현상은, 19세기의 책에도 삽화로 등장하는 유서 깊은 증상이다. 자신의 뇌가 꽤 이상한 것은 아닐까 걱정했지만, 마찬가지로 기이한 환각에 시달린 옛 선배들을 만나 마음을 놓았다. 그 오라가 가라앉고 나서, 잠시 후 시야 결손이 시작되어, 15분 정도면 오른쪽 시야 전체가 완전히 사라진다.
이상하게 생각할지 모르겠지만, 사라진 시야를 메우는 것은 흰색도 검은색도 아니다. 바로 '무'이다. 머리 뒤쪽이 보이지 않는 것과 마찬가지로 거기에는 아무것도 없다. 마치, 분리뇌 환자의 시각 세계를 의사 체험하는 것처럼.
2003년, 캘리포니아 공과대학의 시모조 신스케 교수 밑에서 안식년 생활을 할 수 있는 행운을 얻었다. 도착하고 얼마 지나지 않아, 처음으로 안내된 교수의 사무실에서, 자신의 편두통 발작 이야기를 한 것을 지금도 선명히 기억하고 있다. 준비해온 실험 아이디어가, 교수에게 전혀 먹히지 않았던 탓에 고육지책으로 꺼낸 이야기였다. 단, 내 시야 소실에는 갑자기 관심을 보였다. 발작이 일어나면 밤중이라도 연락하라고 했다. 연구실 자랑의 경두개자기자극장치(TMS)와 관련하여, 교수만의 천재적인 영감이 떠오른 것 같다.
TMS는 고등학교 물리에서 등장하는 플레밍의 오른손이나 왼손 법칙으로, 두개골의 바깥에서 뇌에 전류를 흐르게 하는 놀라운 장치이다. 미국으로 건너가기 몇 년 전 참석한 학회에서, "나는 이제 나이가 들어 피험자 겸 저자가 되는 것을 울며 겨자 먹기로 받아들였다"고 비장하게 이야기하는 대교수의 영상이 흐르고, 그것이 강렬한 인상으로 남아 있었다. 당시, 여러모로 보수적인 일본에서는, 논문 저자 이외의 사람을 피험자로 삼는 것이 가이드라인으로 금지되어 있었다. 그런 이유도 있어, 시모조 연구실에 가더라도 그것의 피험자만은 되지 않겠다고 마음을 먹고 있었지만, 처음부터 그 각오가 꺾이게 되었다.
돌이켜보면, 시각적 의식을 생성하지 않는 내 뇌를 주제로, 의식의 메커니즘에 접근하는 실험을 떠올렸음에 틀림없다. 지금의 나라면, 약을 먹어서라도 편두통 발작을 일으켜 협력하겠지만, 당시에는 의식의 '의'자도 관심이 없었다.
스모그로 흐릿한 로스의 연한 푸른 하늘 아래에서 의식 연구를 만나, 멀리까지 내다볼 수 있는 남독일의 맑은 푸른 하늘 아래에서 많이 고민하며, 어느 날, 한 의식 연구 방법을 떠올렸다. 그 부산물로 내가 제안하는 '의식의 업로드'가 있는 것이다. 그 경위에 대해서는 추후에 이야기하고자 한다.
죽음을 거치지 않는 의식의 업로드
이제, 기다리던 '죽음을 거치지 않는 의식의 업로드'이다. 지금까지 제안된 방법은, 두개골에서 뇌를 꺼내 그 디지털 복사본을 구축하는 것이었다. 뇌의 분석 정밀도의 한계로 거의 실현 가능성이 없다고 생각되지만, 만약 이루어진다고 해도, 죽음을 피하고 싶은 당사자는 틀림없이 죽음을 맞이하게 된다. 바로 본말전도이다.
죽고 싶지 않다면, 남은 방법은 단 하나. 살아있는 동안에 의식을 업로드하는 수밖에 없다.
그 모범이 되는 것이, 간질 환자가 분리뇌 수술을 통해 겪는 의식의 변화이다. 원래 있던 하나의 의식은, 죽음이나 단절을 거치지 않고, 두 개의 의식으로 이동한다.
여기서 가정하자. 우리의 생체 뇌 반구와 기계의 뇌 반구를 연결하고, 그 사이에서 의식을 통합하고 기억을 공유할 수 있었다고 하자. 그 위에, 생체 뇌 반구 측이 피할 수 없이 맞이하는 종말의 때에 맞춰, 분리뇌 수술처럼 두 반구를 분리하면 어떻게 될까? 죽음을 거치지 않고, 우리는 기계 안에서 계속 살아갈 수 있지 않을까?
물론, 서두의 분리뇌 환자에서 보았던 여러 불편함이 나오지 않도록, 생체 오른뇌와 기계 왼뇌, 생체 왼뇌와 기계 오른뇌를 교차 연결하고, 궁극적으로 기계 뇌끼리 연결할 것이다.
비침습 브레인-머신 인터페이스의 한계
하지만, 미리 말해두고자 한다. 앞서 말한 의식의 업로드를 완수하려면, 그 전 단계로서 생체 뇌와 기계 뇌 사이에서 의식을 통합하고 기억을 공유할 필요가 있다. 슬쩍 언급했지만, 그 프로세스를, 최근 축구 일본 대표팀에서 낙선한 오사코 유야에 비유하자면, 반파 없다.
지금까지도, 영화나 SF 작품 등에서는, 살아있는 동안에 의식을 업로드하는 모습이 많이 그려져 왔다.
영화 '채피'에서는, 머리에 쓰기만 하면 장착할 수 있는 사이클 헬멧 같은 간단한 장치를 사용하여, 몇 분 만에 의식이 업로드된다. 한편, '트랜센던스'에서는, 키아누 리브스가 주인공으로 등장하여, 두피 위에서 전극 같은 것을 수십 개 달고, 사전을 외우듯 영어 단어를 계속 읽어가며 의식을 업로드하는 장면이 그려진다.
하지만, 아쉽게도, 이들 영화에 그려진 것처럼 비침습 측정 장치, 즉, 두개골을 열지 않고 두개골 바깥에서 뇌 활동을 측정하는 장치로는 업로드가 불가능하다.
뇌에서 정보 처리를 담당하는 것은 뉴런이다. 뇌의 1밀리미터 각의 정육면체 안에는 5만 개 정도의 뉴런이 빽빽하다. 회사의 부서에 비유하자면, 각각이 다른 '담당'을 가지고, 다른 뉴런에 대해 전용 회선을 깔고 있다. 특정 상대와만 연결되는 실 전화가 복잡하게 얽혀 있는 상황이다. 그런 가운데, 뉴런들은 하루 종일 전화를 걸고 있다.
비침습 측정은, 두꺼운 벽―두개골 너머에서 간신히 들려오는 사무실의 소음을 포착하는 것과 같다. 당연히, 수많은 통화가 겹쳐진 소음 속에서, 개별 통화를 분간할 수 없다. 보통의 분석으로 할 수 있는 것은, 새로운 사건, 예를 들어 시각 자극이 들어와 전체 통화량이 증가한 것을 감지하는 정도이다. 최신 분석 기법을 사용하면, 들어온 사건의 대략적인 분류를 추정할 수도 있지만, 한 번 한 번의 추정 정확도는 믿을 수 없는 가을 날씨 예보 정도로 생각하는 것이 좋다. 여러 번 같은 조건을 반복함으로써, 뇌의 작동에 대해 과학적으로 밝혀낼 수 있는 것은 헤아릴 수 없지만, 의식의 업로드는 꿈도 꿀 수 없다.
기존 침습 브레인-머신 인터페이스의 한계
비침습이 안되면, 당연히 침습이라는 것이 된다. 두개골에 구멍을 내고 뇌의 회백질에 직접 전극을 삽입함으로써, 이번에는 뉴런들 간의 대화를 직접 들을 수 있게 된다. 하나의 전극으로 여러 뉴런을 포착할 수 있으며, 가장 많은 경우에는 천 개에 가까운 뉴런의 동시 기록이 달성된 적이 있다.
그렇다면, 생체 뇌 반구와 기계 뇌 반구를 연결하고, 그 사이에서 의식을 통합하고, 나아가 기억을 공유하기 위해서는, 얼마나 많은 뉴런을 기록해야 할까?
인간의 좌우 뇌 반구를 연결하는 신경 섬유 다발은 세 가지가 있다. 그중에서도 가장 두꺼운 '뇌량'에서는, 좌우 각각 억 개의 뉴런이 실 전화―신경 섬유를 통해 통신하고 있다. 앞서의 천 개와 비교하면 자릿수가 다섯 개나 많다.
더 곤란한 것은, 반대 반구로 연락하는 이 뉴런들이 뇌의 광범위한 영역에 흩어져 있어, 다른 것들과 전혀 구분이 안 된다는 점이다. 인간의 한쪽 뇌 반구에는 약 100억 개의 뉴런이 존재하므로, 대략 추산해보면 백 개에 하나의 비율이다. 비유하자면, 넓은 바다를 헤엄치는 무수한 작은 물고기 중에서, 검지 않은 스위미를 찾아내는 것과 같다.
결국, 생체 뇌 반구들 간의 연락을 완벽히 재현하려면, 대뇌의 모든 뉴런을 측정해야 한다. 우리의 뇌는, 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 내부가 꽉 차 있으며, 뇌척수액이 차지하는 빈 공간은 전체의 20% 정도에 불과하다. 거기에, 뉴런의 몇 배나 큰 전극이 생체 조직을 파괴하며 들어가는 모습을 상상해보라. 모든 것은 고사하고, 뇌 전체의 0.01%의 뉴런을 측정하는 것도 어렵다고 할 수밖에 없다.
뇌에 정보 쓰기의 어려움
다음으로, 뇌의 회백질에 삽입된 기존 전극에 의한 브레인-머신 인터페이스에는 또 하나 치명적인 결점이 있다. 정보가 제대로 쓰여지지 않는 것이다.
뇌에 정보를 쓰는 것은 전극에서 전류를 흘려보내는 것으로 이루어진다. 그것에 의해, 개를 볼 때 반응하는 '개 뉴런'이 활동하면, 뇌에 '개'라는 정보가 쓰여진 것이 된다. 반대로, 정확하게 '개'라는 정보를 쓰고 싶을 때는, 그 개 뉴런만을 활동시켜야 한다. 만약, 옆의 '고양이 뉴런'도 함께 활동해버린다면, '개 고양이'의 정보가 쓰여져서, 그 요괴가 눈앞에 나타날지도 모른다. 그래서, 하나의 전극당, 그것에 가장 가까운 하나의 뉴런만을 활동시키는 것이 이상적이며, 그 구체적인 방법으로 전류값을 최대한 낮추는 것이다.
하지만, 최근에, 타겟이 되는 가까운 뉴런만을 활동시키려고 해도, 먼 곳의 여러 뉴런도 활동한다는 보고가 있었다. 그 이유는 간단하다. 전류값을 낮추었을 때, 전극에 가장 가까운 뉴런을 활동시키는 데 필요한 전류보다 작은 값에서, 전극의 더 가까운 곳을 지나는 여러 신경 섬유가 자극받아 버리는 것이다. 그 결과, 그 신경 섬유의 끝에 연결된 먼 곳의 뉴런이 활동해 버린다. 그리고 최대의 문제는, 그 먼 곳의 뉴런이 전극의 관측망에 걸리지 않아, '어떤' 뉴런인지 알 수 없다는 점이다. 참고로, 전극이 포착할 수 있는 뉴런 활동은, 거리가 1/10mm 이내에 있는 것에 한정된다.
쉽게 말해, 정체불명의 수많은 뉴런이 활동하게 된다. 이 읽기와 쓰기의 불일치로 인해, 기존 전극으로는 뇌에 제대로 정보를 쓸 수 없다. 이 현상을 발견한 클레이 리드 박사 등은 논문의 결론으로서, 기존 전극으로 구성된 브레인-머신 인터페이스의 장래성에 대해 강하게 경고하고 있다.
꿈의 브레인-머신 인터페이스
어떤 형태로든, 뇌와 기계를 제대로 연결하려면, 서로가 서로의 정보를 읽고, 서로에게 정보를 쓰는 것이 전제 조건이다. 더 나아가, 의식의 업로드는 물론, 의료 응용 등에서의 성능을 추구하려면, 뇌 부위 간의 상호작용을 재현할 필요가 있다.
대히트한 SF 소설 '삼체', 특히 제3부 '사신 영생'에는, 우주의 초문명이 등장하는 초 브레인테크(뇌과학을 활용한 기술)가 등장한다. 만약, 인류가 브레인테크를 발전시키고자 한다면, 지구형 뇌의 복잡한 신경 배선에 잘 적응하는, 전혀 새로운 유형의 브레인-머신 인터페이스가 필요할 것이다.
그중에서, 모든 문제를 한 번에 해결할 수 있는 것이, 내가 2020년에 도쿄대학에서 특허를 출원한 새로운 유형의 브레인-머신 인터페이스이다. 저서 '뇌의 의식 기계의 의식' (중앙공론신사)을 집필 중에 생각해낸 것이지만, 특허 관계로 포함할 수 없었다. 영어판 'From Biological to Artificial Consciousness' (Springer)에서 대대적으로 소개하고 있으며, 뇌 반구 간을 연결하는 모든 뉴런에 대한 읽기와 쓰기가 가능하고, 읽기와 쓰기의 불일치도 생기지 않는다.
핵심은, 어디에, 어떤 식으로, 어떤 전극을 넣는가이다. 또 끌어서 죄송하지만, 다음 번까지 여러분의 숙제로 하고자 한다.
아폴로 계획에 비유하여
이 글의 마지막으로, 의식의 업로드를 실현하기 위한 방안을 고찰해 보자.
확실한 것은, 우리의 눈이 검은 동안 그것을 실현하려면, 연구 개발을 상당히 가속화할 필요가 있다는 것이다. 본받고 싶은 것은 NASA의 아폴로 계획이다. 물론, 예산 규모나 인적 자원에서, 그렇게 욕심내고 싶지는 않지만.
1961년, '60년대에 인간을 달에 착륙시키겠다'고 당시 대통령이었던 존 F. 케네디가 선언함으로써, 아폴로 계획은 시작되었다. 인류의 공통 꿈에 도전하는 화려한 면에 주목하기 쉽지만, 동서 냉전 구조 없이는 그것을 이야기할 수 없다.
1957년에 소련의 스푸트니크가 밤하늘을 날고, 1961년에는 가가린이 첫 유인 우주비행에 성공했다. 우주 개발에서 선두를 빼앗긴 미국은 초조했다. 로켓 기술은 그대로 대륙간 탄도 미사일의 성능과 직결되기 때문이다. 유인 달 착륙이라는 알기 쉬운 목표 뒤에는 군사 개발상의 실리가 있었다.
나에게 있어 달 착륙이 의식의 업로드라면, 그 한 걸음 전의 달 궤도 진입은 의식의 해명이다. 죽음을 거치지 않는 의식의 업로드의 중간 단계에 위치한, 생체 뇌의 의식과 기계 뇌의 의식이 통합된 상태는, 바로 의식이 해명된 것을 의미한다. 제안하는 의식의 업로드는, 원래, 의식을 과학적으로 해명하기 위한 방법론을 고민하던 중 나온 것이다. 참고로, 나의 '현세'의 라이프 워크는 (기계에 들어간 후에는 또 다음 라이프 워크를 생각하겠지만!), 의식을 과학의 대상으로 삼는 실험 플랫폼을 제공하고, 의식에 관한 자신의 가설을 검증하는 것이다.
그렇다면, 대륙간 탄도 미사일에 해당하는 것은 무엇일까? 의식의 업로드를 목표로 하더라도, 그 중간 과정에서 개발된 다양한 기술을 사회에 환원하는 것이 요구된다. 가장 큰 성과는, AI에 의한 뇌 기능 지원, 뇌 기능 대체 등의 첨단 의료 응용이 될 것이다. 구체적으로는, 새로운 유형의 브레인-머신 인터페이스만의 조밀한 뇌와 AI의 연계로, 치매 치료를 주요 목표로 삼고 있다.
높은 목표를 설정함으로써, 일론 머스크가 이끄는 뉴럴링크 사의 뒤를 따르면서, 어딘가에서 단숨에 앞지르려는 계획이다.
참고로, 뉴럴링크 사의 주요 목표는, 척수 손상 환자를 위한 뇌 제어 로봇 의지 개발이다. 그것만으로도 뇌에서 정보를 읽는 것만으로 충분하다. 일론 머스크의 면목이 서는 뛰어난 센스이지만, 삽입 전극의 안전성이 보장되고, 그 이후를 노리게 되면, 뇌에 정보를 쓰는 것을 피할 수 없게 된다.