인공지능 AI 시대에 예술하기 - part #3: 인간과 AI의 차이 그리고 전망

최근 "뇌가 실제로 양자 효과를 사용한다는 새로운 연구 결과"가 등장했다는 소식이 있어 궁금해 내용을 찾아보았다: https://youtu.be/R6G1D2UQ3gg?si=iZCP9nPkKiRdtQ6a
 

 

이미 꽤 오래전에, '로저 펜로즈' 같은 물리학자는 이 부분에 대한 자신의 생각을 내놓은 적이 있고, 이후 스튜어트 해머로프 박사와 뇌의 양자 역학적 특성에 대한 이해를 통해 물리학이 인간 의식에 어떻게 적용될 수 있는지에 대한 흥미로운 이야기를 꺼낸다. 이 "새로운 연구"라는 것은 결과적으로 '로저 펜로즈'의 과거 주장을 어느 정도 검증한 것이 된다. 뇌의 미세소관이 초복사와 같은 양자 현상을 보여줄 수 있음을 설명한 것이 요점인데, 이는 미세소관이 신경세포 내에서 정보를 전달하는 양자 채널로 작용할 수 있음을 보여준다. 펜로즈와 해머로프는 이 미세소관이 의식의 근원일 수 있다는 이론을 오랫동안 주장해 왔다. 이들의 접근 방식은 의식을 단순한 물리적 계산 이상의 것으로 보고, 양자 역학의 비계산적 특성을 통해 설명하려 한다는 것이다.

<Ultraviolet Superradiance from Mega-Networks of Tryptophan in Biological Architectures>
N. S. Babcock, G. Montes-Cabrera, K. E. Oberhofer, M. Chergui, G. L. Celardo, and P. Kurian
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.3c07936

정리하자면 이렇다.
이 연구는 인간의 뇌가 의식 과정에 기여하는 세포 구조의 핵심 구성 요소인 미세소관에서 양자 효과를 활용할 수 있다는 로저 펜로즈의 가설을 지지한다. 미세소관(Microtubule)은 뇌 내 신호 전달에서 중요한 역할을 하는 중합체를 형성하는 큰 분자를 말하는데, 이들은 튜불린이라는 더 작은 구성 요소로 만들어진다. 로저 펜로즈(Roger Penrose)는 의식을 완전히 설명할 수 있는 계산 가능한 과정이 아니라고 제안하고, 양자 역학, 특히 파동 함수의 붕괴가 핵심적인 역할을 한다고 주장했다. 로저 펜로즈는 2020년 노벨 물리학상 수상자이지만, 여전히 많은 물리학자들이 뇌의 따뜻하고 시끄러운 환경이 양자 현상에 적대적이라는 사실로 인해 미세소관에서 발생하는 양자 효과에 관한 의구심을 표현한다. 신경생물학자 스튜어트 헤머로프(Stuart Hameroff)는 펜로즈와 협력하여 미세소관이 양자 효과로 인해 동기화될 수 있다고 제안했다.

최근 독립적인 연구에서 미세소관이 양자 현상인 초복사(Superradiance Effect)를 나타낼 수 있다는 것을 발견했는데, 이는 양자적으로 연결된 분자들이 더 많은 빛을 방출하게 한다고 한다. 양자물리에 관해 제대로 된 지식이 너무나 부족하여 자세히는 모르겠다. 이 “새로운 연구"는 컴퓨터 모델링과 실험실 테스트 모두 미세소관이 실제로 양자 효과를 나타낼 수 있음을 보여주었으며, 이는 실온에서 관찰되며 복잡하고 통제가 어려운 환경에서도 대해 상당히 유지 가능한 것으로 나타났다. 또한 미세소관의 양자 효과가 자외선을 더 효율적으로 흡수하여 세포를 손상으로부터 보호할 수 있음을 제한하는데, 이러한 문제들을 통해 퇴행성 뇌 질환의 원인을 찾을 수 있을 것이라는 희망적 관점을 보여주기도 한다.

뇌에서의 양자 활동에 대한 발견에도 불구하고, 이 양자 효과와 의식 사이의 직접적인 연결은 추측적이며 대체로 입증되지 않았다는 사실을 간과할 수는 없는데, 그럼에도 불구하고 미세소관에서의 양자 효과와 그 성격은 양자 컴퓨팅에서 그 응용 가능성을 보여주기도 한다. 

 

나는 '최근 AI시대에 예술하기'라는 화두를 확장하는데 이런 내용이 도움이 되지 않을까 싶은 생각이 들었다. -- 비계산적 특성을 통한 설명 -- 공리계에서 형식체계는 스스로의 무모순을 증명할 수 없다. 계산주의적 관점이나 순수한 형식체계를 바탕으로 하는 '지능'이나 '인식'은 공학적으로 불가능하다는 의미다.

 

펜로즈는 무엇을 주장하고자 했던 것일까?

펜로즈는 우선 의식을 이해하기 위해서는 현재의 과학적 지식을 넘어서는 새로운 물리학이 필요하다고 주장했다. 펜로즈는 의식 발생의 이해를 위해서는 거의 ‘새로운' 물리법칙에 관한 이해가 필요하다고 본다. 의식 현상을 완전히 이해하기 위해서는 물리학에 대한 더 넓은 이해가 필수적이라는 것이다. 이것은 뇌를 일종의 컴퓨터와 동일하게 보는 일종의 ‘계산주의 computational' 이론이나 모델과 다소 차이가 있다. 물론, 소위 그 ‘새로운' 물리법칙의 세계에서는 또 다시 계산주의적 접근이 가능할지도 모르겠으나, 현재 우리의 이해에서 말하는 계산이나 물리법칙 범주의 것은 아닐 것이다.

그렇다면 인공 지능과 머신 러닝 같은 계산모델 즉, 공리계(axiomatic system)와 형식체계(formal system) 진정한 의식을 달성할 수 있는지, 아니면 단지 그 측면을 모방할 수 있는지에 대한 논의가 중요한 부분을 고민해 보아야 한다. 그러나 이는 논리학적 관점에서 이미 가능하지 않음을 보여주고 있다고 볼 수 있다. 적어도 현재 우리가 ‘공리'나 수학적 ‘형식체계' 즉, 외부에서 유입되는 의미를 전적으로 배제한 논리체계로만 어떠한 문제들을 풀어낼 수 있다는 믿음은 잘못되었다는 것은 쿠르트 괴델(Kurt Gödel)과 같은 인물에 의해 증명되었다.

나는 이것이 현재 AI와 인간을 나누는 가장 큰 차이라고 보는 쪽이다.
그리고 이런 내용을 끄적이는 것은, 이 부분도 앞으로 어찌 될지 모른다는 의미이기도 하다.

스튜어트 해머로프는 뉴런의 미세소관이 의식에 필수적인 양자 과정의 잠재적 장소일 수 있다고 설명한다. 이는 펜로즈와 함께 개발한 이론이며, 바로 이 문제가 펜로즈가 오래 전부터 주장해 온 내용이기도 하다. 펜로즈와 해머로프의 이론은 의식이 뉴런의 미세소관 내의 양자 상태에서 특정 중력 효과로 인해 붕괴되어 발생한다고 하는 것이다. 그리고 현재 우리가 직면하는 다양한 한계 중에는 양자역학을 신경과학과 통합하는 문제, 의식에서 경험을 통합하는 문제, 그리고 의식을 완전히 설명하기 위한 현재 과학 방법에 한계가 있다는 것이 이들의 주장이기도 하다.

암튼, 새롭게 발표되었다는 미세소관에서의 양자 효과를 실험적으로 뒷받침하한다는 주장은, 뇌의 복잡하고 온난한 환경에서 양자 현상이 일어날 가능성에 회의적인 기존 물리학계의 생각과 다르다는 것을 알 수 있다. 그러나 펜로즈와 해머로프는 이러한 환경에서도 양자 효과가 의식에 영향을 미칠 수 있다고 주장한다. 가능하다면 소위 말하는 '상온'에서 지금과는 다른 패러다임의 양자 컴퓨터를 만드는 것도 가능할 것이다.

나는 ‘이해'의 문제 그리고 ‘인식' 더 나아가서는 ‘의식'이라는 문제와 관련해 현재 우리가 만나고 있는 ‘트랜스포머(Transformer Deep learning architecture)’가 ‘반도체(semiconductor)’라는 하드웨어 위에서 구현되는 한은 우리가 아는 의미의 그것들이 구현되지 못하라리는 생각을 가지고 있다. 로저 펜로즈의 주장처럼 ‘새로운 물리체계' 등을 고안해서 무엇인가를 공학적으로 설계해 낼 수 있는 시대를 맞는다면 그 또한 다른 이야기가 될 수 있겠으나, 우리가 맞고 있는 현재의 상황은 아직 그러한 상황은 분명 아니다.

‘트랜스포머’가 언제까지 이처럼 AI 시대를 견인할지, 그리고 현재와 같은 GPU나 NPU 같은 하드웨어가 이러한 시스템을 구현해내는 시대가 언제까지일지 그것을 장담할 수 있는 사람은 없을 것이다.

그러나 중요한 것은 ‘흔한 우려'와는 달리 현재 우리가 보고 있는 AI는 우리의 ‘의식'과는 거리가 있는 모습을 하고 있다. 그것은 – 적어도 현재까지는 –  사물이나 동물에 감정이입을 하고 그것들을 의인화 하는 인간 사고의 특징에 의한 일종의 착시 현상인 것이다.

그렇다면 가장 중요한 것은,
‘환원에 관한 가장 중요한 통찰은 환원불가능성에 관한 이해'임을 새겨보고 현재 우리의 역할을 재정의하는 것에 있지 않을까 싶다.