우리는 본격적인 인공지능 시대에 출발선에 서있습니다. 최근 chatGPT가 많은 사람들에게 알려질 정도로 보편화 되어 많이 활용되고 있습니다. 이런 인공지능이 아케이드 게임을 배우는데 90분이 소요되는데 반해 5분만에 학습한 새로운 인공지능이 개발되고 있습니다. 바로 접시 속의 뇌입니다. 뇌 오가노이드라고 하며 오스트레일리아의 연구진에 의해 접시 속에서 배양 된 뇌세포에 전기적 자극을 줘 학습을 이뤄냈습니다. 연구진들에 따르면 인공지능이 게임 실력은 더 좋았지만 학습 속도는 더 늦었다고 합니다.
앞으로 더욱 인공지능은 사람의 생각과 가까워 질것 같습니다. 이런 뇌 오가노이드가 어떤 것인지 한번 알아봅시다.
뇌 오가노이드의 작동 원리
1. 줄기세포 분화:
뇌 오가노이드는 줄기세포로 시작합니다. 줄기세포는 어떤 특정한 세포로 발전할 수 있는 미분화된 세포입니다. 연구자들은 이러한 줄기세포를 뇌 세포의 전구세포인 신경전구세포로 분화시킵니다.
2. 자체 구성과 뉴런 네트워크:
뇌 오가노이드는 자체 구성이라고 하는 과정을 통해 형성됩니다. 이 과정에서 신경전구세포들은 인간의 뇌에서 발견되는 대뇌 피질, 해마 및 기타 주요 영역과 유사한 구조를 갖는 별개의 뇌 영역으로 배열됩니다.
뇌 오가노이드가 성숙되면, 뉴런들은 복잡한 네트워크를 형성하며, 발달 중인 인간 뇌에서 관찰되는 뉴런 활동과 유사하게 의사소통하고 전기적 신호를 생성합니다.
3. 뇌 발달과 장애 모델링
뇌 오가노이드는 인간의 뇌 발달과 다양한 신경학적 장애의 기전을 연구할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 이는 전통적인 2D 세포 배양이나 동물 모델로는 어려운 과정입니다.
뇌 오가노이드의 장점
1. 질병 연구: 과학자들은 인간의 뇌를 가깝게 모방한 통제된 환경에서 알츠하이머, 파킨슨병, 자폐증과 같은 신경 질환의 발달과 진행을 연구할 수 있습니다.
2. 맞춤형 의료: 환자로부터 파생된 줄기세포를 사용하여 연구자들은 신경 질환에 대한 맞춤형 치료법을 개발하는 데 도움이 되는 개인화된 뇌 오가노이드를 생성할 수 있습니다.
3. 약물 검사: 약물 검사를 위한 유용한 플랫폼 역할을 합니다. 연구자들은 이러한 오가노이드를 사용하여 잠재적 치료법을 테스트하며, 동물 실험의 필요성을 감소 시키고 약물 발견 과정을 가속화할 수 있습니다.
4. 뇌 발달 연구: 태아 뇌 발달의 특정 측면을 요약함으로써, 연구자들은 이전에는 연구할 수 없었던 초기 단계 동안 인간 뇌 발달에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
5. 안전하고 통제된 환경: 인간 뇌와 관련된 현상을 연구하기 위한 더 안전하고 통제된 환경을 제공하여 인간 대상에 대한 직접적인 실험과 관련된 윤리적 우려를 감소 시킵니다.
뇌 오가노이드를 둘러싼 윤리적 문제
의식과 고통 인식:
뇌 오가노이드가 의식을 갖거나 고통을 느낄 수 있는 지에 대한 윤리적 관심사가 있습니다. 기본적인 신경 활동을 갖기 때문에 의식 경험 여부는 과학자와 윤리학자 사이에서 논의 중입니다.
신경학적 장애 모델링:
신경학적 장애를 가진 환자의 세포에서 성장한 뇌 오가노이드는 정보에 대한 동의와 사생활에 대한 윤리적 질문을 던집니다. 기증자들은 자신의 상태에 대한 잠재적 통찰력을 어느 정도까지 알고 있어야 하는 것에 대해 고려해야 합니다.
뇌-컴퓨터 인터페이스:
연구의 진보는 뇌 오가노이드와 외부 기술의 통합으로 이어질 수 있으며, 이러한 하이브리드 시스템을 만드는 것과 관련된 윤리적 책임에 대한 질문이 있습니다.
뇌 기능 향상 및 지각 있는 개체 생성:
먼 미래에 오가노이드의 정교한 발전 가능성은 지각 있는 개체를 만드는 것에 대한 우려를 불러일으킬 수 있으며, 포괄적인 지침과 규제가 필요합니다.
모델의 한계:
뇌 오가노이드는 인간 뇌의 완벽한 복제품이 아니며, 인간의 신경학적 조건을 모델링하는 정확성은 여전히 연구되고 있습니다. 이러한 단순화된 모델의 데이터를 해석할 때 윤리적 고려사항이 발생합니다.
뇌 오가노이드 시장
생명공학정책연구센터에 따르면 세계적인 오가노이드 시장은 연마다 평균적으로 20%를 넘는 성장률을 보이고 있다고 합니다.
2027에는 약 3조~4조에 이를 것으로 전망하고 있습니다. 뇌 오가노이드와 다른 기관의 오가노이드 또한 활발하게 연구개발 중이며 이에 따른 기초 바이오 R&D와 제약의 약물 독성 효능 평가와 후보 물질 탐색 등에 높은 비용과 많은 시간 그리고 동물 실험 등에 대체 되거나 도움을 주어 신약 개발의 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
뇌 오가노이드는 인간 뇌의 복잡성을 탐색하는 독특한 창을 열어주며 신경 과학과 의학 분야에서 혁신적인 가능성을 갖고 있습니다.
인공지능 분야에서도 괄목할만한 발전이 있겠지만 다양한 뇌 질환 연구에도 활발히 활용될 것입니다. 가장 유사하게 실험실에서 뇌의 반응을 확인 할 수 있는 강력한 방법이라고 생각합니다.
이러한 접시 속의 뇌라고 불리는 미니 브레인 연구의 이점은 상당하나, 연구가 진행됨에 따라 사용에 따른 윤리적 문제들은 지속적인 주목과 고려, 그리고 규제를 요구합니다.
수많은 수학적 연산으로 이루어지는 인공지능이 아닌 사람과 같은 방법으로 학습하며 생각하는 인공지능의 발전과 가장 어렵고 미지의 영역으로 여겨졌던 뇌질환의 문제에도 필수가 되는 기술이 될것입니다.