주간뇌연구동향 2016-04-15 한국뇌연구원 뇌연구정책센터
1. 운동계획단계동안전운동피질에서의견고한신경역학 NATURE Published online 06 April 2016 신경활동은몇초에걸친과거와미래사건들을연결하는신경표상을유지함. 신경네트워크모델들은운동계획 (motor planning) 이나행동시기 (action timing), 작업기억및의사결정과관련된지속적 (persistent) 활동과증폭 (ramping) 활동을발생시킬수있지만, 이러한느린역학 (slow dynamics over seconds) 에중요한양성피드백은섭동 (perturbation) 에매우민감함. 미국자넬리아팜연구캠퍼스 Karel Svoboda 박사와 Shaul Druckmann 박사연구팀은운동계획이일어나는동안지속적신경표상의견고성 (robustness) 을연구하기위해쥐전운동피질 (premotor cortex) 에서전기생리학과광유전학적섭동을이용함 대뇌양쪽반구의 ALM(anterior lateral motor cortex) 에서의신경세포는특정행동방향을예측하는지속적예비신경활동 (preparatory activity) 을나타내는데, 연구팀은일시적광억제 (photoinhibition) 에따른한쪽대뇌반구의침묵 (unilateral silencing) 에도예비신경활동이매우견고함을보여줌. 향후특정움직임을유도하는세부적인신경역학은빠르고선택적으로네트워크에의해복원되며, 행동의선택성은전운동피질의양쪽대뇌침묵후에는복원되지않음을밝힘. 따라서하나의대뇌반구에대한섭동은다른반구로부터의정보에의해보정되고, 뇌량 (corpus callosum) 의이등분 (bisections) 에의해서는전운동피질반구들이독립적으로예비신경활동을유지할수있음을보여줌. 전운동피질에서관찰된것처럼선택적으로결합된모듈의중복성은강력한조절시스템의특징임이확인됨. 이러한원리를통합하는신경네트워크모델은데이터와일치하는견고성을나타내줌
1. 운동계획단계동안전운동피질에서의견고한신경역학 ALM preparatory activity is robust to photoinhibition. a, Mice discriminate pole location during the sample epoch and respond lick right or lick left after a delay. Cyan, photoinhibition. b, Grey, ALM; area that produced behavioural effects with photoinhibition throughout the delay epoch (Methods; Allen Mouse Brain Atlas(http://mouse.brainmap.org/static/atlas). Cyan, contours of photoinhibition (small, 90% reduction in activity; medium, 80%; large/dashed, 50%). c, Schematic network models and responses to transient photoinhibition of subsets of neurons (cyan). Dashed line, unperturbed activity trajectory; solid line, perturbed activity trajectories. d, Behavioural performance (see timing in a). Bar, mean. Symbols, individual. e, Example neurons. Top, spike raster. Bottom, peristimulus time histogram (PSTH), averaged over 200 ms. Lick-right (blue) and lick-left (red) trials, grouped by instructed movement. Dashed lines, behavioural epochs. Cyan, photoinhibition. Black ticks above PSTH, significant spike rate change. f, Fraction of neurons with significant spike rate change (n = 168, 168 and 175). Cyan, photoinhibition. g, ΔSelectivity from control (mean ± s.e.m. across neurons, bootstrap; selective neurons tested for >3 trials in all conditions, n = 55). Green lines, recovery to 80% of control. Sample, 373 ± 260 ms; early delay, 510 ± 218 ms; middle delay, 327 ± 112 ms. *anterior lateral motor cortex(alm)
2. 신경이식을통한피질척수신경재생 Nature Medicine published online 28 March 2016 피질척수로 (corticospinal tract, CST) 는인간에게서가장중요한운동신경계이지만, 척수손상 (spinal cord injury, SCI) 후에는재생되지않음. 미국 UCSD Mark H Tuszynski 박사연구팀은 SCI 쥐모델에서 SCI 부위에다능성신경전구세포 (multipotent neural progenitor cell, NPC) 를이식한후, 강력한피질척수축삭재생, 기능적시냅스형성및앞다리운동기능증진결과를보고함 연구팀은피질척수재생은주둥이쪽 (rostralized) 운명보다는꼬리쪽 (caudalized) 운명으로유도될수있는이식이요구되며, 완전히성숙된꼬리쪽신경이식은피질척수재생이일어나게함을확인함. 게다가, 피질척수축삭은신경이식으로부터생성될수있고, 잠재적으로는신경아교흉터감소와관련된과정이일어나게함이확인됨. 쥐피질척수축삭은또한꼬리쪽척수정체성의인간공여자이식으로재생됨이밝혀짐. 종합적으로, 이러한연구결과는척수를상동신경줄기세포 (homologous neural stem cell) 로 ' 치환 함으로써 SCI 연구에서충족되지않은주요목표를달성시킬수있고, 임상중개를위한새로운가능성을제공함으로써척수병변부위에서강력한피질척수재생을가능하게할수있음을나타냄
2. 신경이식을통한피질척수신경재생 Corticospinal regeneration requires an injury signal and contact with neural grafts. (a,b) Experimental design to determine whether an injury signal is required to enable CST axon regeneration. NPC grafts were placed into the spinal sensory columns at the C4 level immediately dorsal to the CST. In injured animals (a), a spinal cord lesion was placed at C5, transecting the dorsal corticospinal projection. No-injury animals did not receive a lesion (b) (h) Experimental design to determine the requirement of physical contact between the NPC graft and injured CST axons. NPCs are grafted to C4, and a spinal cord injury is placed at C5 (as in a), but in some cases with a 22 50-μm gap (between black arrows) interposed between the graft and the CST
3. 지카바이러스, 소두증유발첫증거나와브라질연구진 뇌신경줄기세포다섯중하나는 24 시간안에감염, 출처 : 동아사이언스 지카바이러스가태아의소두증을유발한다는첫증거가나왔다 스티븐레헨브라질리우데자네이루연방주립대교수팀은성장중인태아가지카바이러스에감염되면뇌를구성하는신경세포에기형이발생하고, 뇌의성장이더뎌진다는연구결과를학술지 사이언스 10일자에발표했다 지난해 5월브라질에서첫환자발생후지카바이러스가신생아소두증의원인일것이라는의견이제시됐지만현재까지명확한증거는없었다 연구진은사람의신경만능줄기세포 (ips) 를지카바이러스에감염시킨후시험관수준에서변화를살폈다. 그결과 24시간뒤신경줄기세포다섯개중하나가지카바이러스에감염됐다 신경줄기세포는뇌의일부분인신경구나뇌유사조직으로발달한다. 연구진은지카바이러스에감염된신경줄기세포에서만들어진신경구는 3일뒤부터그모양이변하면서기형이된다는사실을확인했다. 6일이지나자만들어진수백개의신경구중극히일부만생존했다 또연구진은지카바이러스에감염된신경줄기세포로만든뇌유사조직의크기가정상에비해 40% 가량작다는 사실도확인했다. 지카바이러스와유사한구조를가진뎅기열바이러스에감염시킨경우에는뇌유사조직의크기 에변화가없었다. 지카바이러스가소두증의유일한원인이될수있다는것이다 뇌신경줄기세포 ( 파란색 ) 가지카바이러스 ( 빨간색 ) 에감염된모습. - 사이언스제공 스티븐교수는 태아의뇌가발달하는단계에서지카바이러스에감염되면뇌의기능과크기에손상을입힐수있 다는의미 라며 발육단계에따른지카바이러스의감염영향에대해서는추가연구가필요하다 고말했다
4. 조울증진단과치료실마리찾았다이탈리아연구진, 조울증뇌에서공통패턴발견, 출처 : 동아사이언스 기분이들뜨는조증과기분이가라앉는우울증이번갈아나타나는조울증. 뇌활동의불균형이원인으로추정되는가운데, 최근조울증환자의뇌에서공통적인특성이발견됐다 마리오아모르이탈리아제노아대교수팀은캐나다오타와대등과공동으로조울증환자의뇌에서일정한활성화패턴을찾았다고 미국국립과학원회보 (PNAS) 11일자에발표했다 연구팀은 18~60세의조울증환자 60명을대상으로뇌에흐르는혈류량을분석해활성화부위와그정도를분석했다 우울한상태의환자 20명, 조증상태의환자 20명, 평상시상태의환자 20명각각의혈액산화레벨의존성 (BOLD) 에관측한뒤, 건강한성인 40명과비교해뇌의어떤부위가활성화되는지비교한것이다 그결과, 조울증환자들은뇌가활동하지않을때작동하는 디폴트모드네트워크 (DMN) 와감각중추와운동중추를주관하는 감각운동네트워크 (SMN) 에해당하는신경망에서공통적인패턴이나타났다 환자가우울증상태에서는 DMN/SMN의비율이높게나타나고, 조증상태에서는이비율이매우낮게나타난것이다. 이는임상적으로환자들이조증, 우울증, 평상시일때의상태와일치했다 아모르교수는 이번연구에서확인된 DMN과 SMN의활성화패턴이조울증을진단하는 바이오마커 가될수있을것으로기대한다 며 조울증치료법개발에도도움이될것 이라고밝혔다
5. 日연구팀, 인공지능이용자폐증진단지표개발뇌활동패턴분석, 진단정확도 85%, 출처 : 헬스통신 인공지능 (AI) 을이용해뇌의활동패턴을분석하는방법으로다른사람과의사소통을잘하지못하는자폐증스펙트럼 (ASD) 을진단하는방법을도쿄 ( 東京 ) 대학과국제전기통신기초기술연구소연구팀이개발했다고아사히 ( 朝日 ), 마이니치 ( 每日 ) 등일본언론이 15일보도했다 발달장애의일종인 ASD는지금까지주로의사의문진이나행동관찰을통해진단해왔으나객관적인지표가없어판정이어려운경우가많았다. 새진단법개발로 ASD의신속한진단과새로운치료약개발이가능할것으로기대된다 연구팀은혈압과혈당치등의객관적인지표를개발하기위해 ASD인사람 74명과그렇지않은사람 107명 ( 합계 181명 ) 을대상으로안정된상태에서의뇌활동을 10분간기능적자기공명단층촬영 (fmri) 을이용해조사했다 뇌를 140개의영역으로나눠 fmri에서얻은각영역데이터에대해영역별상관관계를독자적으로개발한인공지능 (AI) 를이용해분석했다. 분석결과짝을이루고있는 9730개의영역중 16개짝의패턴을보면 ASD를판별할수있는것으로나타났다 실제로 16개짝의상관관계를수치화해조사대상 181명에게적용한결과정확도가 85% 에달했다. 미국에서발표된 fmri 데이터로실시한검증에서는정확도가 75% 였다 국제전기통신기초기술연구소의가와토미쓰오 ( 川人光男 ) 뇌정보통신종합연구소장은 " 뇌속 16개짝영역의회로가어떻게활동하는지를조사하면자폐증스펙트럼을판별하는객관적인잣대로삼을수있다 " 면서 " 이회로를타깃으로한치료약개발도가능할것으로기대한다 " 고말했다 이들의연구결과는영국과학지네이처커뮤니케이션스온라인판 (14일자) 에게재됐다
6. 알츠하이머치료천연단백물질메커니즘규명출처 : 헬로디디 김명옥경상대교수 " 치매치료한계극복한오스모틴 상용화진행 " 국내연구팀이천연단백물질 ' 오스모틴 ' 의알츠하이머치료효과메커니즘을규명했고새로운치매치료제개발가능성을열었다 경상대학교 ( 총장권순기 ) 생명과학부김명옥교수연구팀이천연단백물질오스모틴의메커니즘을규명하고알츠하이머치료에원천기술확보, 상용화성공가능성을제시했다고 10일밝혔다 합성물질을이용하는대부분의치매치료제는부작용이심하고 복용을중단하는경우증상이악화된다. 치료효과를증명하기 어렵다는단점이있었다 오스모틴은동물세포가가진구조와흡사한점이많아인체에부작용이적고혈액-뇌장벽통과가용이하다. 뇌신경세포퇴행에서유래되는치매 대사질환치료에효과적으로개선할가능성을가지고있다 고령화된 (12 개월, 16 개월, 치매의중증환자 = 약인간의 65-80 세 ) 알츠하이머생쥐에게오스모틴을투여했을때치매의세가지특징중하나인인지기능이정상군과비슷한수준으로회복됨을 in vitro/ in vivo 실험을통해확인할수있다. < 사진 = 연구팀제공 >
6. 알츠하이머치료천연단백물질메커니즘규명 ( 계속 ) 연구팀은천연단백물질오스모틴을치매치료 대사질환등에활용하기위해인체에흡수가잘되는펩티드형태로제작하고그메커니즘을증명해상용화토대를 마련했다 오스모틴이치매치료제로써상용화가가능성을높인것으로평가받고있다 김명옥교수는 " 이번연구는알츠하이머병과퇴행성뇌질환의근본적인발병원인을규명할수있는시발점을제공하고치매치료의한계점을해결할수있는토 대가될것으로기대된다 " 고말했다 한편, 연구결과는정신의학 신경과학 세포생물학분야의권위지인분자정신의학지 ' 모큘라싸이카이어트리 '(Molecular Psychiatry) 에 3 월 22 일자온라인판에게재 됐고, 5 월호표지논문으로표기될예정이다
7. 담뱃잎에서찾은오스모틴, 치매치료에효과경상大 치매쥐, 해마신경세포회복되고미로찾기성공, 출처 : 동아사이언스 국내연구팀이담뱃잎에서추출한천연물질이알츠하이머성치매에탁월한효과가있다는사실을규명했다 김명옥경상대생명과학부교수팀은담뱃잎에서추출한천연단백질 오스모틴 이알츠하이머치매에대한근본적인치료효과를보인다고 8일밝혔다 알츠하이머성치매는아밀로이드베타단백질을비롯한각종단백질들의상호작용으로인해신경세포가파괴돼발생하는질환이다. 기존치매치료제는이같은증상을완화시켜줄수있지만부작용이있고, 복용을중단하면다시치매가진행되는한계가있었다 연구팀은천연물질오스모틴을인체흡수가용이한펩타이드형태로만들고, 쥐를이용한실험에서알츠하이머성치매의초 중 말기등전주기에치료효과가있다는사실을확인했다 알츠하이머성치매를앓는쥐에게오스모틴을투여하자뇌속해마신경세포의활성이회복되고, 미로찾기를정상쥐처럼순조롭게찾을수있게됐다 또한연구팀은오스모틴이콜레스테롤합성을조절하는단백질 (SREBP2), 당과지질대사에관여하는효소 (AMPK) 등을조절해아밀로이드베타단백질의축적을방해함으로써알츠하이머성치매가치료되는메커니즘을함께규명했다 김교수는 이번연구는증상을완화시키는것뿐아니라알츠하이머성치매를근본적으로치료할수있는가능성을제시했다는데의의가크다 고설명했다 연구결과는분자정신의학지 몰레큘러싸이키아트리 (Molecular Psychiatry) 3월 22일자온라인판에실렸으며, 5월호표지논문으로게재될예정이다 또한미국특허 1건, 국내특허 2건등등록을마쳤으며, 연구성과중일부가국내기업에기술이전됐다
8. 식용색소유사체, 치매뇌신경세포파괴억제출처 : 대덕넷 권인찬 GIST 교수 미연구팀과공동규명 ' 커런트알츠하이머리서치 ' 최신호게재브릴리언트블루유사체 아밀로이드단백질축적감소 사탕이나음료에첨가된파란색식용색소의유사체가알츠하이머성치매로인한뇌신경세포의파괴를억제한다는사실이밝혀졌다 GIST( 광주과학기술원 총장문승현 ) 는권인찬신소재공학부교수와알레브에리시르미국버지니아주립대심리학과교수등공동연구팀이동물실험을통해이를규명했다고 14일밝혔다. 연구팀은치매증상을보이는쥐에게식용색소청색제1호인 ' 브릴리언트블루 FCF' 와유사한색소인 ' 브릴리언트블루 G' 를사료와혼합해먹였을때, 치매로인한뇌신경세포파괴와뇌조직의변화가현저히감소한다고밝혔다 브릴리언트블루 G는사탕, 과자, 음료등에가장흔하게첨가되는청색색소인브릴리언트블루 FCF의구조와비슷한트리페닐메탄계색소로, 각막수술용염색이나단백질염색등에주로사용된다 알츠하이머성치매의원인중의하나로꼽히는단백질인베타아밀로이드는뇌안에서해로운덩어리를형성해뇌신경세포의파괴를일으킨다. 이단백질의덩어리형성을조절해알츠하이머성치매를치료할수있는약후보물질을찾기위해다양한연구가진행되고있다
8. 식용색소유사체, 치매뇌신경세포파괴억제 ( 계속 ) 연구팀은음식과같이섭취된브릴리언트블루 G 성분이뇌안으로전달되면서뇌신경세포안에존재하는베타아밀로이드단백질이나전구체의축적을현저히감소시키는것이뇌신경세포의파괴를막아주는요인이라고판단하고있다 이번연구결과는뇌안에서베타아밀로이드단백질의농도가높아져유해한덩어리를형성하고이것이뇌신경세포를파괴해치매가발생한다는가설을뒷받침하는것이고연구팀은설명했다 권인찬교수는 " 이번연구를바탕으로음식과같이섭취할수있는알츠하이머성치매치료용의약품이개발된다면환자들이편리하고거부감없이치료를받을수있을것으로기대한다 " 고밝혔다 한편, 이번연구결과는알츠하이머성치매관련분야의권위지인 ' 커런트알츠하이머리서치 ' 최신호에게재됐다
9. 한 일연구팀, 만성통증새로운발병기전규명출처 : 연합뉴스 일상생활조차힘들게하는통증을야기하는 ' 신경병증성통증 ' 의예방및치료의기초가될발병기전이국내연구진을포함한국제공동연구팀에의해규명됐다 경희대는김선광한의과대학교수연구팀이서울대의과대학김상정교수, 일본국립생리학연구소나베꾸라준이치교수, 야마나시대학고이즈미슈이치교수등국제공동연구팀과대뇌교세포에의한신경시냅스회로재배선이만성신경병증성통증을일으킨다는사실을세계최초로규명했다고 14일밝혔다 신경병증성통증은체성감각신경계의병변이나기능부전에의해일어나는만성통증이다. 말초신경손상 암 대상포진 당뇨등여러이유로발병한다 일상생활을힘들게할정도로극심한통증때문에환자가자살까지하는사례도있지만치료가쉽지않다 오랫동안신경병증성통증의진단방법및발병기전에대한연구가이뤄져왔으나, 완전한치료법은아직발견되지않았다 기능적자기공명영상 (fmri), 양전자단층촬영 (PET) 등뇌이미징기술은신경병증성통증발병에중요한역할을하는대뇌부위이상을관찰하는데큰도움이됐으나기존기술은개별세포및시냅스를관찰할때해상도에한계가있었다 또기존의동물실험은실험군과대조군의차이를비교해신경시냅스의기능 구조적변화를추정하는것으로만성통증전후의동일세포및시냅스의직접적인변화를반영하기힘들었다 김교수연구팀은살아있는동물의대뇌피질에서 1mm깊이에있는미세한개별세포, 시냅스까지고해상도 (200-400nm) 로장기간추적 관찰할수있는최신이미징기법 ' 생체내다광자이미징 ' 기술을발명했다 이기술로연구팀은대뇌피질의신경시냅스회로변화가신경병증성통증의만성화를야기함을규명했다
9. 한 일연구팀, 만성통증새로운발병기전규명 ( 계속 ) 또대뇌피질내교세포가 ' 트롬보스폰딘-1' 이라는물질을분비해신경시냅스회로를재배선함으로써신경병증성통증을매개한다는사실도밝혀냈다 쥐실험등을통해신경시냅스회로재배선때문에쥐가비유해자극 ( 촉각 ) 을유해자극 ( 통각 ) 으로인식, 심한통증을느끼는신경병증성통증이발병한다는것을규명한것이다 이번연구결과는향후대뇌피질교세포및신경시냅스회로재배선을타깃으로하는만성통증의진단및예방 치료기술에광범위하게응용할수있을것으로기대된다 한국미래창조과학부와일본정부가지원한이번연구결과는의학 ( 연구 실험 ) 분야세계톱저널중하나인 ' 임상연구저널 ' 12일자온라인판에실렸으며 5 월호에게재된다
10. " 청소년스트레스, 인터넷게임중독초래 가족 친구 교사와관계좋으면게임중독, 출처 : 헬스통신 스트레스가많은청소년일수록인터넷게임에중독될가능성이크다는연구결과가나왔다 반면가족, 친구, 교사와의관계가좋은경우인터넷게임에중독되는정도가낮았다 한국보건사회연구원은보건사회연구최근호에 ' 청소년의스트레스가인터넷게임중독에미치는영향에대한가족, 친구, 교사관계의다중매개효과 '( 박병선, 박수지 ) 보고서를통해스트레스와인터넷게임중독사이의상관계수는 0.200으로나타나스트레스가심할수록게임중독정도도심했다고 13일밝혔다 상관계수는 -1부터 +1 사이에위치한다. +1에가까울수록상관관계가크며, -에가까우면반대 ( 음 ) 의상관관계가크다 가족관계, 친구관계, 교사관계가좋은정도와인터넷게임중독사이의상관계수는각각 -0.056, -0.073, -0.041이었다. 가족, 친구, 교사와의관계가좋은경우게임중독정도가낮은것이다 스트레스는가족, 친구, 교사와의관계에도부정적인영향을미쳤다. 스트레스와가족관계, 친구관계, 교사관계사이의상관계수는각각 -0.545, -0.412, -0.346 이었다 보고서는 " 청소년의인터넷게임중독문제를예방하고치료하기위해서는스트레스를감소시켜주는것이일차적으로필요하다 " 며 " 청소년을둘러싼가족과친구, 교사와긍정적인관계를형성하는것을도와게임중독문제를해결해나갈수있을것 " 이라고설명했다 한편이번연구의분석자료인 ' 아동 청소년정신건강증진지원방안연구Ⅲ' 한국아동 청소년데이터아카이브가 2013년전국에서시행한설문조사결과다 연구진은설문에참여한아동 청소년중중고등학생 6322명의답변을분석했다
11. WHO, " 우울증 불안장애로세계경제연 1 천조원부담 " 출처 : 헬스통신 우울증과불안장애가전세계경제에매년 1조달러 ( 약 1천145조여원 ) 의경제적부담을주고있는것으로나타났다 세계보건기구 (WHO) 와세계은행은 12일 ( 현지시간 ) `란셋정신의학지 '(The Lancet Psychiatry) 에발표한보고서를통해전세계적으로우울증과불안장애와같은가장공통적인질병의치료를위해 1달러를투자하면이를통해얻는건강과경제적혜택은 4달러에달한다며이같이밝혔다 WHO 마거릿찬사무총장은 " 이번보고서는우울증과불안장애에대한치료로건강한경제적효과를얻는다는사실을밝혀냈다 " 면서 " 이제지구어디에살든모든사람에게정신보건서비스를제공하는방법을찾아야한다 " 고말했다 WHO는지난 1990년부터 2013년까지우울증과불안장애로고생하는사람이 4억1600만명에서 6억1500만명으로늘어세계인구거의 10% 에해당하는사람들이고생하고있다면서정신장애는치명적이지않은질병의 30% 를차지하고있다고말했다 아울러긴급상황이발생하면 5명중 1명은우울증과불안장애를겪는것으로추정했다 36개저개발국 개발도상국 선진국을대상으로 2016년에서 2030년까지 15년간정신질환에대한치료비용과효과등을계산한이보고서는정신질환상담과항우울제투약등으로 1470억달러가소요되지만, 노동시장참여인력과생산성향상으로 3990억달러의효과가있고, 건강증진의효과도 3100억달러에달할것으로전망했다 하지만 WHO의 `정신건강아틀라스 2014 조사 ' 를보면회원국정부는보건예산의 1% 5%, 평균 3% 정도만정신건강에배정하는등상대적으로매우낮은수준이다 세계은행김용총재는 " 세계적으로정신질환에시달리는사람이수억명에달하는데정신보건치료는매우적은실정 " 이라며 " 노동력과생산력상실은세계경제에나쁜영향을주므로이제행동에나서야할때 " 라고말했다 WHO와세계은행은정신보건에대한투자확대를위해 13 14일미국워싱턴 D.C에서세계각국의재정 보건담당책임자를대상으로행사를갖는다
12. 사지마비, 뇌센서로 6 년만에손작동출처 : 사이언스타임즈 24세청년, 뇌에심은센서로 척추를다쳐사지가마비된미국의 24세청년이뇌에심은전자센서를통해손을움직일수있게됐다 학술지네이처 (NATURE) 는오하이오주더블린의이안버크하트 (24) 가 6년전사고를당해팔다리를사용할수없게됐으나, 전자센서를이용해오른손을움직이게됐다는내용의보고서를 13일 ( 현지시간 ) 실었다 이청년은병을잡을수있으며, 주전자에물을부어막대기를쥐고휘저을수도있다 또신용카드를쥐고인식기에읽힐수도있다 이청년이손을움직이게된것은뇌에심어진센서의작동때문에가능해졌다 센서에서나오는신호가컴퓨터에서번역되며, 이는팔에있는전극에전달돼손근육을자극하는원리라고연구진은설명했다 하지만아직은한계가있다 이청년이손을움직이는시간은일주일에몇시간으로제한되며, 움직일수있는공간도실험실로한정돼있다 버크하트는 기기를집에서이용할수있다면내삶의질이나아지고독립된생활이훨씬많아질것 이라고말했다 연구팀은이기술이더향상된다면뇌손상을입었거나뇌졸중을당한사람에게큰도움이될것으로기대하고있다 연구를주도한미국페인스타인의학연구소의채드부턴박사는 우리는신경세포사이의일부대화만엿듣고있는것 이라면서 신경세포들이무엇에대해이야기하는지를이해하려고계속노력해야한다 고말했다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 한국대표 AI 연구그룹 10 월對인간퀴즈대결출처 : 대덕넷 ETRI 엑소브레인 " 국내 AI 기술검증 " KIST KAIST DGIST UNIST 한양대등활약 " 韓강점 ' 제조업 ' 에인공지능접목 4차산업혁명대비해야 " 상황 1#. 대규모컨퍼런스장. 강단에선외국연사의목소리를인공지능이분석해사람과똑같은소리로실시간통역을한다. 영어, 프랑스어, 중국어, 일본어상관없이버튼하나만누르면실시간으로동시통역이가능하다 상황 2#. 출근준비를하는 A씨. 양치질을하며거울에서흘러나오는맞춤형기사를읽고, 칫솔을구멍에넣어오늘의건강상태를체크한다. 이상신호가발견되면근처병원을예약하는등개인비서역할을하는인공지능이스케줄조정을해준다 상황 3#. 휴대폰매장에사람대신인공지능로봇이서비스를대신한다. 안내부터휴대폰사용방법, 가입절차까지알아서도와준다 먼미래의모습같지만일부는진행중인연구들이다. 일본의소프트뱅크는최근도쿄에로봇페퍼를내세운 ' 인공지능무인휴대폰점포 ' 를열어주목을받았다. 고객들이인공지능로봇에개인정보를노출하는것을꺼린탓에큰성과는내지못했지만지속적으로학습시켜인공지능업무를확대해나갈예정이다. 미래에는동시통역사부터비서, 택배서비스, 상담서비스등다양한분야에인공지능기술이활용될것으로예상된다 최근인간과인공지능의지능대결을통해전세계적으로인공지능에관한관심이커지고있는가운데인공지능이 4차산업혁명의도화선이될것이라는목소리가적잖게나오고있다 인간처럼생각하고행동하는로봇이나오려면수많은연구와시간이필요하지만, 이미국내여러과학기술분야에서인공지능연구가한창이다. 국내정부출연연구소와이공계특성화대학중심연구그룹들이인공지능의비약적인성과를위해연구에매진하고있다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 한국대표 AI 연구그룹 10 월對인간퀴즈대결 ( 계속 ) ETRI 엑소브레인 "2023년까지국제적전문지식서비스제공 " 국내대표인공지능연구그룹인 ETRI( 한국전자통신연구원 ) SW 콘텐츠연구소에서는 ' 한국판왓슨 ' 이라불리는엑소브레인연구에집중하고있다. SW 콘텐츠연구소그룹은박상규본부장을비롯해 15명의연구자가과제에참여하고있다 엑소브레인은 ' 바깥의인공두뇌 ' 를뜻한다. 즉, 언어를이해하고지식을스스로학습해인간에게전문가수준의지식을서비스하는인공지능소프트웨어를말한다 지난 2013년 5월부터개발중인이프로젝트는인공지능이사람들의이야기수준으로언어를이해하고, 언어이해기술을바탕으로지식을생산한다. 지식에대한질문주어졌을때답을추론하는기능을중심으로개발되고있다 엑소브레인연구는 1단계부터 3단계까지구체적인개발단계를세웠다. 1단계는 2017년까지엑소브레인의언어이해 지식학습 질의응답등인공지능원천기술개발이목표다. 인공지능원천기술로산 학 연연계인공지능생태계를조성에견인차역할을하고있다. 아울러올해 10월인간과엑소브레인의지식대결경연대회를통해지식기반기술을검증할예정이다 이후 2단계전략으로 2017년부터 2020년까지응용기술개발에도입한다. 즉, 인간과의의사소통을뛰어넘어, 전문지식서비스를제공할수있는인공지능개발에돌입한다. 주로의료, 법률, 금융, 상담분야등에전문지식서비스시스템을상용화할계획이다 마지막 3단계는 2020년부터 2023년까지글로벌기술개발목적으로다국어전문지식서비스제공달성을목표로두고있다. 한국어에서영어로언어영역을확장하고, 다양한기기에서전문가의사결정을보조할수있는인공두뇌를개발해로봇상담사, 스마트카, 가상아바타등으로스마트기기의인공두뇌의활용점을예상하고있다 엑소브레인연구책임자인박상규본부장은 "2023년까지의사결정지원이가능한인공두뇌를개발해지식처리신산업창출을바라보고있다 " 며 " 국가차원의지식서비스기반구축과사회문제해결에기여할것 " 이라고말했다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 한국대표 AI 연구그룹 10 월對인간퀴즈대결 ( 계속 ) KIST ' 생각하는컴퓨터뇌 ' ' 인공지능로봇 ' 연구 KIST( 한국과학기술연구원 ) 에서는프론티어지능로봇사업단의김문상 박명수박사연구팀과반도체기술을통해인공뇌를만드는정두석 김인호 박종극박사연구팀등두그룹이인공지능관련연구를주도하고있다 정두석박사연구팀은컴퓨터가인간처럼인지하고생각하기위해필요한 ' 생각하는뇌 ( 인공신경망모사기술 )' 를개발중이다. 아이들이성장과정에서배우고학습하는것처럼인공신경망모사기술도사람과비슷하게시각, 청각등의정보를인식하고학습할수있도록하는것이핵심이다 정박사팀은뇌동작개념을이용해시간에따라바뀌는정보를실시간으로학습하고판단하도록연구개발한다. 우리뇌가자극을받아떨리는순서로시간정보를저장하는것처럼인공시냅스회로를설계해정보시차를구분할수있도록했다 그는 " 예를들어 ' 동해물과백두산이 ' 다음에 ' 마르고닳토록 ' 의순서임을기억하는것도시냅스가떨림의정도를기억하고있기때문 " 이라며 " 우리는이런시간정보를레코드판위에정지상태로저장해놓고있는것과마찬가지다. 인공시냅스도앞뒤전후시간관계시차를정보를판단하고비교할수있다 " 고설명했다 정두석박사팀은사람의뇌가신경세포와신경세포사이에정보를저장하는것을차용해강유전체소재를이용해한공간에특정한정보를저장할수있는비휘발성저항스위치를만들고원리를규명한바있다 연구팀은이기술들이스마트폰, 테블릿 PC를넘어무인자동차등으로영역을확대할수있을것으로예상하고있다 KIST는올해인공신경망모사기술관련연구비를외부에개방해외부전문가를연구책임자로선정하는행보도주목받고있다 김대식 KAIST 교수를연구책임자로선정, KAIST를비롯해서울대 POSTECH 국민대를외부참여기관으로선정해연구비총 60% 수준을외부기관에배정했다. 약 30여명의연구자가함께움직이며, 연간 25억원이투입될예정이다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 한국대표 AI 연구그룹 10 월對인간퀴즈대결 ( 계속 ) 이연구팀은신경모사하드웨어체계플랫폼개발을위한멀티스케일요소기술 ( 정 동적패턴인식알고리즘개발 신경모사집적회로및시스템아키텍쳐개발 집적회로및관련공정기술개발 ) 개발을목표로한다 김문상박사팀은 ' 로봇기술 + 인공지능기술 ' 을융합한인공지능로봇개발을진행중으로지능적서비스연구개발에최종중점을두고있다. 집안에서독거노인들도와주고, 자폐나주의력결핍과잉행동장애 (ADHD) 를위한교육훈련로봇에인공지능을접목하는것이다 실제로그는지능로봇사업단에서사람의얼굴생김새와표정을인식하고간단한대화를나누고, 스스로사물을인식해장애물을피해움직이는기능을가진로봇 ' 실벗 ' 과사람의표정을인식하고다양한표정을기계적으로표현가능한 ' 메로 ' 를개발해상용화에성공했다 이기술들은 KIST 출신박준호박사가 ' 로보케어 ' 창업을통해꾸준하게상용화를진행해국립과천과학관, 부산로봇체험관뿐만아니라노인복지관의치매예방용로봇으로부산광역치매센터, 경기광역치매센터등에판매가됐다 현재기술로는교육에그치고있지만향후연구팀은실질적으로사람을도울수있는로봇개발에인공지능을융합할예정이다 독거노인이쓰러졌을때위험한상황이라는것을로봇이스스로인식하고근처병원이나가족에게연락을하는등상황을스스로판단하는기술등에활용할계획이다 김박사는 " 궁극적으로는수많은데이터를쌓아빅데이터를학습시키는방향이될것 " 이라며 " 노인이나노약자가필요로한인공지능을만드는것이가장큰목표다. 도움이나서비스를필요로하는사람들과공존하는세상을만들어가겠다 " 고말했다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 한국대표 AI 연구그룹 10 월對인간퀴즈대결 ( 계속 ) 인류가해결못하는문제풀어가는 ' 국내인공지능연구 ' KAIST 전기전자공학과연구팀은학습과인식기능을구현하는세가지인공지능칩연구에한창이다. 유회준교수를비롯한 18명의연구팀은사람의뇌와유사한형태의인공지능반도체를만들겠다는목표로인공지능연구에열을올리고있다 특히연구팀은지난 2월미국샌프란시스코에서개최한 ' 국제반도체회로학술회의 (ISSCC)2016' 에서선보인 ' 뇌를모방한프로세스 ' 3편의논문으로세계의관심을받고있다 첫번째는딥뉴럴네트워크기법을사용한자동차첨단운전자보조시스템용칩이다. 자동차가사고순간, 충돌위험등을예측할수있는것이다. 두번째는로봇에적용할수있는칩으로구글딥마인드알파고시스템처럼 ' 트리서치 ' 에최적화된인공지능칩이다. 세번째는웨어러블용인공지능칩이다. 가상현실처럼인터넷웹브라우저를띄우고키보드를불러와글자도입력할수있다 이가운데첨단운전자보조시스템용칩은예측에최적화된칩이다. 충돌위험등을감지하는알고리즘을바탕으로저전력칩을구현한것이다. 자동차나보행자위치를기억한후상황과비교해서위험도를 8단계로나눠보여준다. 예로, ' 물체가자동차와부딪힐확률 ', ' 물체를피할수있는확률 ' 등을예측해알려준다. 또주변물체와차량사이거리를 64단계로나눠서보여준다 아울러사용자의감각적인의도를파악하기위한 ' 서지로직 ' 을사용했다. 인간이이해할수있는애매한메시지도컴퓨터가이해할수있도록만들었다. 유회준교수는 " 알파고덕분에인공지능분야가뜨는것은반갑다 " 며 " 최근이슈가되고있는인공지능모델을그대로따라가면미국을이길수없다. 국가차원에서핵심주력산업을찾아적극지원할때 " 라고말했다. 유교수는 " 그동안인류는불, 철등을발견해왔다. 이것이인류에게흉기가될것이라말하기도했지만, 결국인류와공존하며살고있다 " 며 " 인공지능도인류와자연스럽게더불어살수있는인류최대의발견이될것 " 이라고덧붙였다. 한편, 유교수는 ' 뇌를모방한프로세스개발 ' 관련 2010년이달의과학자상을수상한바있다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 한국대표 AI 연구그룹 10 월對인간퀴즈대결 ( 계속 ) DGIST( 대구경북과학기술원 ) 에서도인공지능연구가한창이다. 딥러닝기반레이더로사람행동을분류하는 ' 마이크로도플러신호기반의사람행동분류 ' 연구를진행하고있다 연구팀은문태섭 DGIST 정보통신융합공학전공교수와박진희석사과정, 김영욱캘리포니아대학교전자컴퓨터공학교수등이참여하고있다 기존레이더는사물움직임 위치등의정보를일시적으로파악할수있다. 연구팀이개발중인레이더는사람 ( 사물 ) 의행동을스스로학습해움직임패턴분석정확도를높여간다 사람의동작마다레이더센서전자기파의파형이다르다. 동작들에대한기본데이터를부여하면레이더가여러가지상황에따른동작패턴들을스스로학습한다 연구팀은딥러닝기반레이더로달리기, 걷기, 막대기를잡은채걷기, 엎드리기, 움직이며권투하기, 선채로권투하기, 앉기등 7가지동작의패턴을파악하는단계까지개발했다 문태섭교수는 " 날씨등의열악한환경에영향받지않고사람의동작을정확하게인식하는인공지능기술을연구하고있다 " 며 " 이기술이완성되면국방이나자율주행자동차등에널리쓰일수있을것으로예상된다 " 고말했다 아울러연구팀은딥러닝기반레이더연구외에도딥러닝기반이미지나 DNA 염기서열의노이즈를자동으로제거해주는기술, 에너지스타트업기업인인코어드테크놀로지스와 IoT기기에근거한전력사용량분석기술등에대한연구를활발히진행하고있다 문교수는 " 인간이잘풀지못하는문제를해결해인간에게도움을줄수있는인공지능기술을만들어갈것 " 이라고피력했다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 한국대표 AI 연구그룹 10 월對인간퀴즈대결 ( 계속 ) 한양대학교 ( 총장이영무 ) 장준혁융합전자공학부박사연구팀도인공지능딥러닝을이용한음성통신기술을세계최초로개발했다 연구팀이개발한 ' 패킷손실은닉 ' 기술은 LTE와같은패킷망기반의음성통신환경에서딥러닝을이용해손실된패킷을완벽히복구할수있다 현재상용화된음성통신망은 ' 패킷 ' 이기반이며음성정보가망을따라패킷형태로전달된다. 하지만패킷은전달도중손실될가능성이있다. 현재기술로서는패킷의어떤부분이손실됐는지정확히집계할수없어음성통화품질이다소떨어진다 연구팀은딥러닝기술을통해인공지능이패킷손실이전의정보를분석하면서어느부분이손실됐는지정확히추정해낼수있도록하는알고리즘을만들었다 인공지능기반딥러닝기술을이용해손실된패킷의정보를추정하고복구한다. 기존에수신된패킷을이용해사용자로하여금패킷손실발생을인지하지못하는것이다. 이전의정보를이용해손실된패킷의정보를보다정확하게추정했고, 음성통화품질을크게향상시킬수있다 장준혁교수는 " 이번연구는음성통신기술에인공지능딥러닝기술을최초로적용한기술 " 이라며 " 앞으로인공지능딥러닝을이용한음성통신기술의상용화를위한첫걸음을내디뎠다 " 고소회를밝혔다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 한국대표 AI 연구그룹 10 월對인간퀴즈대결 ( 계속 ) UNIST( 울산과학기술원 총장정무영 ) 에서도인공지능물결을주도하고있다. 최재식확률지능형인공지능연구실교수연구팀은주식시장을분석하고, 예측하는인공지능 ' 자동통계학자 '(Automatic Statistician) 를연구하고있다 ' 자동통계학자 ' 는주식에영향을주는각종요소를자동분석하는인공지능시스템이다. 기업의기술개발, 사고, 시장상황등을뉴스나각종데이터를학습 분석해주식의변동을예측한다. 특정주식의가격이오른이유와내린원인을찾아내고, 향후상승할주식을선별해보고서까지작성한다 인공지능시스템은사람과달리감정이나분위기에휩쓸리지않고, 주식종목을선별해투자에실패할확률은크게떨어지게된다 연구팀은또알파고에사용된 ' 깊은강화학습 '(Deep ReinforcementLearning) 을로봇에적용해인식-판단-행동을수행하는로봇시스템을개발했다. 핸드폰에적재된게임을스스로로봇이학습해게임에익숙한사람못지않게조작한다 최재식교수는 " 인공지능기술은산업전반은물론인류의삶자체를바꿔놓을수있다 " 며 " 특히제조업이많은울산에서인공지능기술이접목된다면비약적인성과개선은물론안전성을확보할수있어더욱중요한연구분야중하나 " 라고예측했다 뇌공학전공원로과학자는 " 한국강점인제조업에인공지능기술을접목해한국만의 4차산업혁명을대비해야한다 " 며 " 선진국과인공지능관련기술격차를줄여갈수있도록출연연 대학 기업들간의기술협력이발빠르게이뤄져야할때 " 라고말했다
감사합니다