인간 뇌, 지구상 모든 컴퓨터보다 용량크다

인간 뇌, 지구상 모든 컴퓨터보다 용량크다. 왜냐하면 인간 두뇌엔 컴퓨터 한대당 하나밖에 없는 중앙연산처리장치, 즉 CPU가 수백조(兆)개나 들어있기 때문이다.

흔히 사람들은 자신이나 다른이들의 머릿속을 컴퓨터에 비유해 하나의 CPU만 있는 것으로 비유한다. 그리고 그것이 고기능칩인지 아니면 저기능 칩인지만을 말하기 일쑤다.

그러나 사실 인간의 뇌는 전 지구상의 모든 컴퓨터보다 더 많은 스위치를 가지고 있다는 연구결과가 나왔다.

씨넷은 지난 주 뉴런(Neuron)잡지에 소개된 스탠포드대 연구팀의 보고서를 바탕으로 건강한 인간이 가지고 있는 약 2천억개의 신경세포와 연계된 수백조 개의 시냅스(신경전달물질) 하나하나가 모두 컴퓨터 마이크로프로세서(CPU)와 같다는 연구결과를 소개했다.

■두뇌는 세상에서 가장 복잡한 CPU의 집적체

이에따르면 각 시냅스는 마이크로프로세서(CPU)처럼 기능하는데 이들 가운데 수만 개는 하나의 뉴런(신경단위)을 다른 신경세포와 연결시켜 준다. 대뇌피질에서만 약 125조개의 시냅스가 있는데 이는 수많은 별들이 1500개의 은하수를 채우는데 필요한 수와 같다.

이 시냅스들은 물론 너무 작아서 지름이 1mm의 1천분의 1도 안된다. 따라서 사람의 육안으로는 그 많은 수의 시냅스가 시간의 경과에 따라 어떻게 변하는지, 정확히 무엇을 어떻게 하는지 알 수가 없다.

스탠포드대의대 연구원들은 지난 수년 간 이 뇌 스캔 이미지들을 모아서 3차원이미지로 만들어 회전하고, 들어가 보고, 이 으로 돌아다녀보기 위해 새로운 컴퓨터SW와 연계해 배열 단층촬영(array tomography)라고 부르는 새로운 이미징 모델을 만드는데 시간을 보냈다.

이 연구결과를 집필한 스티븐 스미스 스탠포드대 분자세포심리학교수는 “연구진들은 두뇌의 복잡성의 정도가 거의 그들이 믿는 수준을 넘어선, 그들이 생각하는 그 어떤 것의 복잡성도 넘어설 정도라는 것을 밝혀냈다”고 말했다.

하나의 시냅스는 그 자체로는 단순한 온오프스위치 이상의 메모리와 스토리지, 그리고 정보처리요소를 가진 마이크로프로세서와 같다. 사실 하나의 시냅스는 1천개분자 크기의 스위치의 명령을 포함하고 있을 수 있다. 하나의 인간 뇌는 모든 지구상의 인터넷연계 라우터와 모든 컴퓨터보다 더 많은 스위치를 가지고 있다.

■유사해 보이는 시냅스가 사실은 완전히 다르다

스미스는 이것은 우리에게 이전에는 얻지 못한 두뇌조직의 수준을 볼 수 있게 해준다고 덧붙였다.

원래 이 연구의 목적은 신경과학에 필요한 잠재력있는 배열 단층촬영을 보여주기 위한 것이었다. 하지만 연구팀은 서로 유사한 것으로만 여겨졌던 시냅스의 집단이 실제로는 서로 간에 확실한 차별성을 내포하고 있다는 것을 알아내고는 놀라움을 금치 못했다.

연구진들은 그들의 이번 이미징모델을 사용, 이러한 시냅스(신경전달물질) 간 차별성에 대해 더 알아내고, 외상증후군이나 알츠하이머 같은 신경퇴행을 겪은 후 학습할 때 시냅스가 어떤 것을 얻고 어떤 것을 잃어버리는지를 알고 싶어한다.

이들의 작업결과는 지난 주 뉴런잡지에 실렸다.

이들의 모델을 테스트하기 위해 연구팀은 대뇌피질에서 더커진 뉴런(신경단위)이 오징어에서 발견되는 것 같은 형광단백질로 표현되도록 생체공학적으로 만든 쥐의 뇌 조직을 떼어내 연두색으로 빛나게 만들었다.

이 연두색 빛으로 인해 연구원들은 뉴런을 배경으로 한 시냅스를 볼 수 있었다.

한편 스미스와 미체바는 이 기술을 바탕으로 투자를 받는 벤처회사를 시작했다. 그리고 스탠포드기술라이선스사무국은 미국특허국으로부터 어레이단층촬영 특허를 받았으며 두 번째 출원을 해놓고 있다.

이 4분짜리 비디오는 6개층을 통해본 생쥐의 피질외피, 그리고 이와 이웃해 있는 피하백질을 탐색해 본 것이다.