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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 뇌는 인공지능을 위한 빅데이터 창고

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[편집자] 4차 산업혁명은 모든 사물과 인간을 연결하여 빅데이터를 모으고, 이를 이용하여 인공지능으로 학습해, 결국 인공지능이 인간을 대체하는 시대를 말한다. 이러한 4차 산업혁명의 물결이 산업뿐만 아니라 경제, 사회, 정치 등 전 분야에 걸쳐서 막대한 변화를 일으키고 있다.

글로벌뉴스통신사 뉴스핌은 '김정호의 4차혁명 오딧세이' 칼럼을 매주 연재하며 4차 산업혁명의 본질과 영향, 그리고 전망을 독자들에게 쉽게 소개하고자 한다. 4차 산업혁명의 핵심은 바로 인공지능, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅으로 표현할 수 있으며 그 핵심 부품이 반도체이다. 이들 핵심 기술의 개념과 원리, 응용을 설명하여 일반 독자들이 4차 산업혁명에 대해서 공감하고 이해하며 더 나아가 개인과 기업, 국가의 미래를 계획하는 것을 돕고자 한다.

김정호 카이스트(KAIST) 전기 및 전자공학과 교수는 서울대 전기공학과를 졸업하고 미국 미시건대에서 박사 학위를 받았다. AI대학원 겸임교수, IEEE펠로우, 카이스트 ICT석좌교수, 한화 국방 인공지능 융합연구 센터장, 삼성전자 산학협력센터장 등을 겸하고 있다.

뇌 속을 들여다보는 기계들

일반적으로 수술을 하지 않고 뇌 속을 들여다보기 위해 뇌 의료영상을 사용한다. 이러한 뇌 의료영상 이미지를 얻기 위해서는 인간의 뇌를 투과할 수 있는 입자나 파동을 사용해야 한다. 투과 신호를 3차원으로 조합하고 정보를 처리해서 단면 영상을 얻는다. 뇌 의료 영상을 사용하면 인간의 시각에 의존해서 직관적으로 판정을 내릴 수 있다.

김정호 교수

뇌 의료 영상을 얻을 수 있는 대표적 장비로 X-ray(엑스레이) 입자를 이용해서 3차원 영상을 얻는 CT(Computerized Tomography)가 있다. 높은 에너지 입자인 X-ray 입자는 인체를 통과하기 때문에 가능하다.

3차원적인 센서의 배열과 영상 처리 기법을 이용해서 3차원 이미지를 얻을 수 있다. 단층 영상의 생성에 컴퓨터가 활용된다. 그래서 Computer(컴퓨터)라는 단어가 들어간다. 기존의 X-ray 영상이 뼈와 복부 내장이 함께 겹쳐져 보이는 등 평면적이었다면, CT는 검사 부위의 단면을 잘라 보여줄 수 있어 뼈와 장기의 세밀한 관찰이 가능하다.

이 뿐만 아니라 인간의 뇌 속을 들여다보기 위해서 전자파의 일종인 자기장을 이용할 수도 있다. 고주파 자기장이 인체를 통과하고 특정 분자에 흡수되기 때문이다. 이렇게 특정 주파수의 자기장이 몸속의 물 분자나 특정 물질에 흡수되는 현상을 이용해서 영상을 얻는다. 이러한 장비를 MRI(Magnetic Resonance Imaging)라고 한다. 다른 말로 자기 공명 단층 촬영법이다.

장비 이름에서도 보는 것처럼 자기장(Magnetic Field), 공진(Resonance)과 같은 물리적 현상을 사용한다. CT가 횡단면만을 보여주는 데 반해, MRI는 종단면과 횡단면을 모두 보여주는 입체 영상으로 환부를 볼 수 있어 CT보다 높은 해상도의 영상으로 좀 더 세밀한 검사를 할 수 있다.

여기에 더해 음성 대역의 파동인 초음파를 이용해서 인간의 뇌 내부 영상을 얻을 수 있다. 초음파 역시 뇌와 인체를 투과하기 때문에 가능하다.

필자 연구실에서 초고주파의 일종인 테라헤르츠(Terahertz) 전자파를 이용해서 인체와 두뇌 영상을 얻으려는 연구를 한 적이 있다. 테라헤르츠는 10의 12승의 주파수를 가지는 전자파이다.

기가헤르츠(Gigaherz) 전자파보다 약 1000 배 정도 빨리 변화하고, 파장도 1000배 이상 짧아진다. 그래서 파장의 길이가 머리카락보다 짧아 안테나 크기도 매우 작다. 여기에 더해 테라헤르츠(Terahertz) 전자파는 X-ray보다 인체에 해가 없는 장점도 있다. 이렇게 테라헤르츠 전자파는 새로운 전자파 대역으로 그 잠재적 유용성의 가치가 높다.

하지만 테라헤르츠 전자파는 뇌나 인체 영상에 적용하는 데 치명적인 단점이 있다. 그 이유는 테라헤르츠 전자파가 물에 잘 흡수되기 때문이다. 그래서 몸속 침투의 깊이가 밀리미터 정도밖에 되지 않는다. 그래서 뇌나 인체 깊숙한 영상을 얻을 수 없다. 테라헤르츠 전자파가 인체 깊이 들어갈 수 있다면, 지금쯤 새로운 의료 장비가 사업화될 수 있었을 것이다.

이렇게 뇌 내부를 들여다보는 의료 영상 기술은 의료 진단과 치료, 수술에 획기적인 발전을 가져왔다. 다르게 말하면, 이들 장비 모두 인간의 뇌의 빅데이터 정보를 얻기 위한 장비들이다. 직접 데이터를 읽어 내지는 못하지만, 물리적 구조체의 모양은 읽어낼 수 있다. 이러한 노력은 궁극적으로 인간의 뇌 속에 심어진 빅데이터를 얻어내려는 초기 단계라 볼 수도 있다.

필자의 연구실에서 얻은 테라헤르츠 전자파를 이용한 뼈의 골다공증 단면 이미지. [출처=KAIST]

지금 인공지능은 인간의 뇌를 들여다보려는 시도

4차 산업혁명의 중심인 인공지능 기술도 결국 뇌 속에 심어진 빅데이터를 얻으려는 시도로 본다. 직접 뇌 속의 데이터를 얻는 것이 아니라 학습이라는 과정을 통해서 간접적으로 뇌 데이터를 복사한다고 볼 수 있다. 인공지능인 기계학습을 뇌 데이터 복제 과정으로 볼 수도 있는 것이다.

이러한 뇌 속의 빅데이터는 뇌에 심어진 기억, 감정, 생각, 꿈, 상상을 포함한 인간의 생각이 된다. 기계학습 과정에 학습되는 변수(Weight)들은 인간 뇌 데이터의 변형된 모습이다. 이렇게 의료 영상과 인공지능은 모두 뇌 속을 들여다보려는 인간의 노력이라는 공통점이 있다.

이렇게 보면, 구글과 아마존, 페이스북 등 빅데이터 플랫폼 기업들은 결국 인간의 뇌 속의 빅데이터를 얻기 위한 간접적인 장치를 확보한 기업들이라 할 수 있다. 단지 그 중간 매개체가 메시지, 전자메일, 문자, 사진, 음성, 동영상, 구매정보, 배달 정보 등일 뿐이다.

그래서 아마존이 알렉사 스피커를 집안으로 들여놓으려 한다. 도청하면서 전 세계 주부들의 머릿속에 들어가고 싶은 것이다. 또는 사진이나 동영상 속의 사람들의 표정으로 그 사람의 마음을 읽는다. 그래서 CCTV, 컴퓨터 카메라, 핸드폰 카메라가 간접적인 뇌 빅데이터를 얻기 위한 징검다리가 된다. 이러한 정보를 인공지능으로 처리해서 사람의 머릿속을 들여다보려고 한다. 이때 인공지능 알고리즘이 사람의 뇌 속으로 들어가는 통로가 된다.

뇌 빅데이터를 직접 읽으려는 시도, 뇌 센서

이와는 달리, 아예 센서를 뇌 속에 집어넣어 두뇌 빅데이터를 직접 읽으려는 연구도 진행 중이다. 반도체 센서를 뇌 속에 삽입하고, 그 데이터 신호를 무선으로 외부에 송신하는 장치도 개발 중이다. 아직은 쥐를 이용해 실험하지만, 언제인가 인간의 뇌를 실험 대상으로 삼을 수 있다.

이 방법의 어려움은 일단 수술을 통해서 뇌 속에 반도체 센서를 넣어야 한다는 점이다. 상당한 거부감이 발생할 수 있다. 그리고 장기간 사용을 위해 배터리를 주기적으로 교체하거나 무선으로 전력을 보내야 한다. 통신과 센서의 한계로 읽는 신호의 종류와 데이터의 양도 상당히 제한적이다.

그리고 과연 뇌에 흐르는 전기 신호로 얼마나 사람의 뇌 속의 데이터를 표현할 수 있는가의 난제도 있다. 과연 전기 신호를 측정해서 사람의 뇌 속의 기억과 생각, 마음을 읽을 수 있나 하는 숙제가 있다. 이러한 연구와 노력은 결국 모두 인간의 기억과 생각의 창고인 뇌의 빅데이터를 수집하기 위함이다.

정재웅 KAIST 교수가 개발한 쥐의 뇌에 이식된 반도체 센서. 이를 통해서 뇌의 데이터를 스마트폰으로 읽는 장치. [출처=KAIST]

현시대의 대표적 혁신가 일론 머스크도 같은 생각을 하고 있다고 생각한다. 왜냐하면 그가 2016년 약 1억 달러를 투자해 뇌 인터페이스 회사인 '뉴럴링크(Neuralink)'라는 BCI(Brain-Computer Interface) 전문 스타트업 기업을 설립했기 때문이다.

'뉴럴링크'는 두뇌와 컴퓨터를 연결하는 인터페이스를 개발한다고 알려져 있다. 일런 머스크는 궁극적으로 건강한 인간의 뇌에 칩을 이식해 '디지털 슈퍼 인텔리전스'를 만들 수 있다는 생각을 하는 것으로 보인다.

이렇게 보면, 일론 머스크도 인간의 뇌가 빅데이터의 최종 목적지라는 사실을 잘 알고 있는 것이 분명하다. 결국 인간의 뇌가 궁극적인 빅데이터 창고이다. 인공지능을 포함한 최신 4차 산업혁명 기술의 발전은 바로 이렇게 인간의 뇌 속의 빅데이터를 얻기 위한 방향으로 발전되어 가고 있다.

 

김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수 joungho@kaist.ac.kr

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매킬로이 마스터스 2연패 위업 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 오거스타의 신은 로리 매킬로이의 역사적인 마스터스 2연패를 허락했다. 매킬로이는 수많은 골프 명인들조차 커리어 내내 한 번 입기도 벅찼던 그린 재킷을 2년 연속 차지했다. 역대 마스터스 2연패의 주인공은 단 세 명뿐. 잭 니클라우스(1965·1966), 닉 팔도(1989·1990), 타이거 우즈(2001·2002). 우즈 이후 20년 넘게 끊겼던 대기록을 달성하면서 마스터스 역사상 네 번째 레전드에 이름을 새겼다. [오거스타 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=매킬로이가 13일(한국시간) 마스터스 토너먼트 최종일 우승 트로피를 들고 가족들과 기념촬영을 하고 있다. 2026.4.13 psoq1337@newspim.com 매킬로이는 13일(한국시간) 미국 조지아주 오거스타 내셔널 골프클럽(파72)에서 열린 제90회 마스터스 최종 4라운드에서 버디 5개, 보기 2개, 더블보기 1개로 1언더파 71타를 기록했다. 최종 합계 12언더파 276타를 적어낸 그는 세계 랭킹 1위 스코티 셰플러(미국)의 거센 추격을 1타 차로 따돌리고 타이틀 방어에 성공했다. 우승 상금은 450만 달러(약 66억원)다. 2년 연속 우승자가 같아 이날에는 오거스타 내셔널의 프레드 리들리 회장이 옷을 입혀주는 역할을 맡아 눈길을 끌었다. [오거스타 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=오거스타 내셔널의 프레드 리들리(오른쪽) 회장이 13일(한국시간) 마스터스 토너먼트 우승자 매킬로이에게 그린재킷을 입혀주고 있다. 2026.4.13 psoq1337@newspim.com "그린 재킷 하나를 받기까지 17년을 기다렸는데…. 연속으로 받게 된다니 믿기지 않는다"며 소감을 말한 매킬로이는 "골프는 모든 스포츠 중 멘털의 영향을 가장 많이 받는 종목이다. 4라운드 내내 집중력을 유지하는 건 정말 어렵다"며 "경기 중 부모님 생각이 몇 번 났지만 '아직은 아니야'라고 스스로를 다잡았다. 지난해 부모님이 현장에 오시지 않았고 이 때문에 내가 우승했다고 믿으시더라. 겨우 설득해 부모님을 모시고 왔는데, 부모님의 생각이 틀렸다는 것을 증명해서 다행"이라며 웃었다. 우승을 확신한 순간에 관해선 "18번 홀(파4) 파 퍼트가 홀 바로 옆에 멈췄을 때 그린 뒤에 있던 가족이 보였다"며 "'또 해냈다'라는 생각이 들었다. 작년보다 격한 감정이 솟구치지는 않았지만, 더 큰 기쁨을 느꼈다"고 돌아봤다. 가장 긴장했던 순간에 관해선 "18번 홀 티샷을 친 뒤 공을 찾는 과정"이라고 말했다. [오거스타 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=매킬로이가 13일(한국시간) 마스터스 토너먼트 최종일 우승 트로피를 들고 포즈를 취하고 있다. 2026.4.13 psoq1337@newspim.com 2라운드까지 2위와 6타 차 앞서며 대회 2연패에 근접했던 매킬로이는 무빙데이에서 1오버파를 치며 세계 3위 캐머런 영(미국)에게 공동 선두를 허용, 우승 향방은 짙은 안갯속에 빠졌다. 이날 최종일의 승부는 세계 톱랭커들이 다투는 명승부가 연출되며 패트론의 눈을 즐겁게 했다. 세계 2위 매킬로이는 지난해 연장패로 눈물을 삼켰던 세계 9위 저스틴 로즈와 2년 만의 왕좌 탈환을 노린 세계 1위 셰플러의 끈질긴 추격을 뿌리쳤다. [오거스타 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=매킬로이가 13일(한국시간) 마스터스 토너먼트 최종일 18번 홀에서 챔피언 퍼트를 넣고 환호하고 있다. 2026.4.13 psoq1337@newspim.com [오거스타 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=매킬로이가 13일(한국시간) 마스터스 토너먼트 최종일 18번 홀에서 챔피언 퍼트를 넣고 환호하고 있다. 2026.4.13 psoq1337@newspim.com 11언더파 공동 선두로 나선 매킬로이는 3번홀 첫 버디로 흐름을 잡는 듯했지만 4번홀(파3)에서 2m 파 퍼트를 놓치며 곧바로 더블보기를 기록했다. 한 홀 만에 2타를 잃으며 선두 자리에서 내려왔고 혼전 양상으로 바뀌었다. 승부는 결국 '아멘 코너'에서 갈렸다. 11번홀(파4)에서 까다로운 파 퍼트를 집어넣으며 위기를 넘긴 매킬로이는 12번홀(파3)에서 홀 왼쪽 2m 남짓에 붙인 티샷으로 버디를 낚아 다시 선두를 탈환했다. 이어 13번홀(파5)에선 그린 뒤 러프에서 과감히 퍼터를 꺼내 세 번째 샷을 3m 안쪽에 세웠다. 이 버디 퍼트까지 떨어뜨리며 2타 차로 달아났다. 3라운드에서 아멘 코너에서만 3타를 잃어 공동 선두를 허용했던 악몽을 최종일 같은 구간에서 만회했다. 저스틴 로즈(잉글랜드)는 가장 위협적인 추격자였다. 6번부터 9번홀까지 4연속 버디를 몰아치며 한때 12언더파 단독 선두까지 치고 나갔다. 그러나 11·12번홀 연속 보기로 다시 2타를 잃으면서 아멘 코너에서 고개를 숙였다. 경기 막판 다시 버디 사냥에 나섰지만 벌어진 간격을 끝내 메우지 못했다. 셰플러도 마지막 라운드에서 3타를 줄이며 압박했지만 리더보드 맨 위 이름을 뒤집기에는 한 타가 모자랐다. [오거스타 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=저스틴 로즈가 13일(한국시간) 마스터스 토너먼트 최종일 18번 홀을 마치고 아쉬워하며 듯 모자를 벗고 있다. 2026.4.13 psoq1337@newspim.com [오거스타 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=셰플러가 13일(한국시간) 마스터스 토너먼트 최종일 18번 홀을 마치고 아쉬운 듯 모자를 벗고 있다. 2026.4.13 psoq1337@newspim.com 마지막까지 긴장은 이어졌다. 2타 차로 맞은 18번홀(파4)에서 매킬로이의 티샷은 오른쪽 나무 아래 거칠게 빨려 들어갔다. 숲을 통과해야 하는 난감한 라이였지만 그는 8번 아이언을 쥐고 과감하게 그린을 향했다. 두 번째 샷은 그린 왼쪽 벙커에 빠졌고 세 번째 샷으로 공을 그린 위 4m 지점에 올린 뒤 침착하게 투 퍼트 파로 마무리했다. 우승 퍼트가 홀에 떨어지는 순간, 오거스타를 가득 메운 갤러리들이 자리에서 일어나 '로리'를 연호했다. [오거스타 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=매킬로이가 13일(한국시간) 마스터스 토너먼트 최종일 18번 홀에서 챔피언 퍼트를 넣고 환호하는 패트론을 향해 팔을 번쩍 들어올리며 기뻐하고 있다. 2026.4.13 psoq1337@newspim.com 매킬로이는 지난해 17번째 도전 끝에 마스터스를 처음 제패하며 커리어 그랜드슬램을 완성했다. 1년 전 18번 그린에서 무릎을 꿇고 눈물을 흘리던 그는 같은 자리에서 다시 일어나 그린재킷을 차지했다. "한 번 우승하면 두 번째는 조금 더 쉬워질 것"이라던 그의 말은 아멘 코너를 넘어 역사를 다시 쓰는 순간 현실이 됐다. 1라운드부터 선두를 지킨 그는 4라운드 내내 단 한 번도 리더보드 꼭대기 자리를 내주지 않아 2020년 더스틴 존슨 이후 6년 만의 와이어 투 와이어 우승으로 자신의 시대를 증명했다. 영과 러셀 헨리(미국), 로즈, 티럴 해턴(이상 잉글랜드)은 10언더파 278타로 공동 3위, 콜린 모리카와, 샘 번스(이상 미국)는 9언더파 279타로 공동 7위, 맥스 호마, 잰더 쇼플리(이상 미국)는 8언더파 280타로 공동 9위에 이름을 올렸다. 임성재는 이날 버디 1개, 보기 4개, 더블 보기 1개를 합해 5오버파 77타로 부진해 최종 합계 3오버파 291타로 46위에 그쳤다. 김시우는 버디 5개, 보기 5개로 이븐파 72타를 치면서 최종 합계 4오버파 292타로 47위를 기록했다. psoq1337@newspim.com 2026-04-13 08:11
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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