웻 컴퓨터라는 화학 컴퓨터/분자 컴퓨터/뉴런 컴퓨터에 도전

유럽, 화학 컴퓨터/분자 컴퓨터/뉴런 컴퓨터(Chemical computer, Molecular Computer, Neuron Computer)인 웻 컴퓨터(wet computer)의 개발, 3년간 뉴런을 모방한 컴퓨터에 도전, 이 프로젝트는 EU emerging technologies programme의 하나, 분자 로봇을 제어하기, 화학 조립장치의 정교한 제어, 화학신호를 인간의 몸에 전달하는 지능적인 약, 세포의 화학적 상태에 따라 작동하는 지능적인 약을 제어(Chemical computer that mimics neurons to be created(29/Jan/2010)

유럽은 EU emerging technologies programme의 하나로 야심찬 국제공동 프로젝트를 올해부터 3년간 추진한다. 바로 생물학적 영감에서 얻은 화학 컴퓨터(biologically-inspired "chemical computer")가 그 것이다. 그간 밝혀진 두뇌 뉴런의 메커니즘을 이용해 소위 웻 컴퓨터(wet computer)라는 화학 컴퓨터/분자 컴퓨터/뉴런 컴퓨터(Chemical computer, Molecular Computer, Neuron Computer)에 도전하는 것이다. 3년간 총 160만 달러를 투자한다.


1. 뉴런이란


신경(神經, nerve)은 동물체 내에서 몸의 안팎의 각종 변화에 대처하여 몸의 각 부분의 기능을 종합 통제하는 기관이다. 신경은 수많은 뉴런(신경세포)으로 구성되어 있다. 신경세포는 보통 세포의 본체(세포체, Cell body)와 거기서 뻗어 나온 수많은 신경섬유(nerve fibers)로 되어 있다. 세포의 본체 속에는 핵 및 미토콘드리아 등 일반 세포와 같은 세포 내용물이 들어 있고, 세포 본체에서 나와 있는 섬유에는 나뭇가지와 비슷한 모양을 하고 있는 수상돌기(樹狀突起, Dendrite)라고 하는 짧은 섬유 여러 개와 축색돌기(軸索突起, Axon)라고 하는 가늘고 긴 섬유가 하나 있다. 이 축색돌기를 보통 신경섬유(neural wires or fibers)라고 한다.

이 축색돌기는 다른 신경세포와 접촉하고 있다. 이때 신경섬유들(neural wires)은 수초를 구성하는 지방질 물질인 미엘린(myelin)이라 불리는 지방층(a fatty layer)으로 코팅되어 있는데, 이들은 신경세포들이 전달하는 전기신호의 누수를 막기 위한 절연체 코팅물질이다. 그 안에 물이 신경섬유의 길이에 따라 일직선으로 분산되어 이동하는데 - 신경세포에서는 수상돌기에 따라 여러 방향으로 분산되어 이동한다- 이는 바로 정보와 자극과 신경전달물질(화학물질)을 실어 나르는 통로인 것이다. 색깔이 흰색이라 신경섬유인 축색돌기 부분을 백색물질(white matter)1)이라 부르고, 수상돌기를 가진 세포체는 색깔이 회색이라 이 부분을 회색물질(gray or grey matter)2)이라 부른다(02407-04).

① 신경 세포체 : 별 모양의 성상세포로 핵과 세포질로 되어 있으며, 많은 돌기가 있다.
② 수상돌기 : 신경 세포체에서 뻗어나온 돌기로서, 수가 많고 짧다. 정보를 전기적 신호(+, -)로 받아들이는(감지, 수집) 돌기이며, 수상돌기의 글루타민 수용체들이 시냅스의 흥분 신경전달물질을 받아들인다.
③ 축색돌기 : 수상돌기나 세포체에서 오는 신호를 종합하여 활동전위라 불리는 특수한 신호를 발생시켜 이를 다른 뉴런이나 반응기로 먼 거리까지(말초신경) 전달한다. 뉴런은 수상돌기에서 축색돌기로 자극을 전기적신호로 전도하지만, 시냅스는 축색돌기에서 뉴런의 수상돌기로 흥분을 화학물질(신경전달물질)로 전달한다.

2. 미엘린(myelin)의 역할

두뇌의 신경세포와 신경세포에 전기 신호를 전달하는 신경섬유들(neural wires)은 수초를 구성하는 지방질 물질인 미엘린(myelin)이라 불리는 지방층(a fatty layer)으로 코팅되어 있다. 이는 바로 전선(electrical wire)을 둘러싼 절연체 물질과 같은 역할로, 미엘린은 신경섬유로부터 누수되는 전류를 막고 두뇌를 통해 이동하는 신호들의 속도를 가속화시킨다. 따라서 미엘린의 품질이 좋으면 좋을 수록(고품질 일수록) 신호들은 더욱 빠르게 이동한다.

이들 미엘린이 코팅된 신경섬유들은 두뇌의 백색물질을 구성하고, 반면 신경세포들은 회색물질을 구성한다.

백색물질은 대부분의 두뇌 스캐닝에서 보이지 않는다. 그러나 최근에 개발된 MRI의 업그레이드된 분산장이미징(DTI, diffusion-tensor imaging) 기술은 조직을 통해 흐르는 물 분자들의 분산을 측정해 두뇌의 복잡한 신경섬유들의 연결을 매핑하게 해준다. 더우기 지방질인 미엘린 코팅 덕분에, 물은 신경섬유들의 길이에 따라 분산되지만, 회색물질인 신경세포에서는 수상돌기에 따라 여러 방향으로 분산되어 이동한다.

그 결과 잘 조직화된 두뇌는 가장 고품질의 기능성 미엘린을 갖고 있는데, 이러한 두뇌에서 물이 특정 통로를 따라 움직이는 것을 볼 수 있다.

3. 웻 컴퓨터(wet computer) 개발의 목적

신경섬유들(neural wires)은 수초를 구성하는 지방질 물질인 미엘린(myelin)이라 불리는 지방층(a fatty layer)으로 코팅되어 있는데, 이들은 신경세포들이 전달하는 전기신호의 누수를 막기 위한 절연체 코팅물질이다.

이 뉴런 세포는 세포벽에 자연적으로 이러한 지방층 코팅을 하는데, 이는 전기신호나 화학물질을 다른 뉴런세포에 전달할 때 누수를 방지하면서 통로로 이용하는 것이다.


따라서 이 프로젝트의 목적은 전통적인 컴퓨터보다 더 나은 컴퓨터를 만드는 것이 아니라 새로운 환경에 맞는 컴퓨터를 개발하는 것이 목표이다라고 University of Southampton의 Klaus-Peter Zauner 프로젝트 담당자는 말한다.

"이러한 유형의 웻 정보기술을 단기적인 응용 제품, 즉 비즈니스 소프트웨어를 목표로 하지 않습니다"라고 Zauner 박사는 말한다. "우리가 목표로 하는 것은 현재의 IT가 솔루션을 제공하지 않는 영역의 어플리케이션, 예컨데, 분자 로봇을 제어하기, 화학 조립장치의 정교한 제어, 화학신호를 인간의 몸에 전달하는 지능적인 약, 세포의 화학적 상태에 따라 작동하는 지능적인 약을 제어하는 어플리케이션의 개발입니다"라고 말한다.

4. 지방과 물(액체)(Lipids and liquids)

이 그룹은 현재 두 가지의 핵심 아이디어에 집중하고 있다. 하나는 각각의 뉴런세포는 소위 지방층으로 벽을 코팅하고 있는데, 이는 자동적으로 그 세포 안에 액체(물)을 캡슐화하여 물의 이동 분산을 가능케 하고 있는 점이다.

최근의 논문에 의하면 서로 다른 뉴런세포의 두개의 지방층이 만날 때, 하나의 단백질이 둘 사이에서 하나의 통로를 만들고, 둘 사이의 화학적 신호를 패스시키고 있다는 사실이 밝혀졌다.

다른 하나는 세포의 내부가 Belousov-Zhabotinsky 혹은 B-Z 화학반응(chemical reaction)3)이라는 주요 역할을 하고 있다는 것이다. 이 화학적 반응은 원자번호 브롬(Br, Bromine)의 주입되는 양(농도)에 따라 가속화된다는 것이다. 1950년 러시아의 벨로소프(Belousov)가 발견한 화학반응으로 반응속도가 반응물(브롬)의 농도에 따라 증가하게 된다.

이것을 컴퓨터에 적용하고자 하는데, 중요한 것은 화학신호가 도착한 후에, 세포는 어느 정도의 고집 기간(refractory period)에 들어간다는 것으로, 이 고집기간 동안 더 이상의 화학신호가 화학반응에 영향을 끼치지 않도록 한다.

다시 말해 하나의 신호가 연결된 다른 세포들로 전달되는 것을 막는 다는 것이다. 이러한 자기조절 시스템(self-contained systems)은 하나의 문지방을 넘어 자극에 반응하는 고유의 화학 파우어로 뉴런세포에서 보이는 아날로그적인 프로세스이다.

"모든 뉴런은 하나의 분자 컴퓨터와 같습니다. 우리의 컨셉은 아주 추상적인 것입니다. 그러나 뉴런은 신호를 흥분 상태로 전환하는 능력을 갖고 있습니다. 입력된 신호를 재구성하여 자기 고유의 에너지를 이용해 불을 지펴 새로운 신호를 만듭니다"라고 Zauner 박사는 말한다.

"지금은 추상적이지만 언젠가 인간의 두뇌와 같이 복잡하고 파우어플한 컴퓨터를 구축하게 될 것입니다. 분명 화학 컴퓨터/분자 컴퓨터/뉴런 컴퓨터를 만들게 될 것입니다"라고 말한다. 이 프로젝트는 2010년 2월부터 시작한다. 이미 폴란드에 있는 팀은 지방층이 아주 견고한 상태에 이르는 실험에 성공했다.

[참고]

[미국 UCLA 및 호주 과학자, 물 분자들의 이동을 추적하는 분산영상기술(DSI or DTI)로 특정 뉴런구조가 IQ와 연결되어있다는 것을 세계 최초로 밝혀, 백색물질의 구조가 지능을 결정하는 중요한 인자, 축색돌기라는 신경섬유를 코팅하고 있는 절연체인 미엘린(myelin)의 층이(layer of insulation coating neural wiring) 지능을 결정하는 핵심 인자, 이 절연체의 품질(quality of this insulation)은 주로 유전적으로 결정, IQ가 부모로부터 유전된다는 사실을 밝혀, Journal of Neuroscience 지 2009년 2월 18일자에 "Genetics of Brain Fiber Architecture and Intellectual Performance(두뇌 신경섬유 구조의 유전학 및 지능 능력과의 관계)"라는 논문으로 발표(Brain Images Reveal the Secret to Higher IQ. The integrity of neural wiring is a big factor in determining intelligence. It's also inheritable(09/Apr/2009), 02617-BIO]http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/Bio/1646.html

[소스]

[BBC-Chemical computer that mimics neurons to be created(11/Jan/2010)]
Chemical computer that mimics neurons to be created



1) http://en.wikipedia.org/wiki/White_matter
2) http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_matter
3) http://en.wikipedia.org/wiki/Belousov%E2%80%93Zhabotinsky_reaction
http://yucamir.tistory.com/111


편집/저자 : 한국의 미래학자(Futurologist) 차원용 소장, 공학(박사)-경영학(석사)-영어교육학/영어영문학(학사), 이맬 : wycha@StudyBusiness.com, 02-387-9141, 011-273-5763,

아스팩미래기술경영연구소㈜ 대표소장, www.StudyBusiness.com의 편집장, 숙명여자대학 정책산업대학원 겸임교수, 고려대학교 안암캠퍼스 교양학부 겸임교수, 지식경제부 로봇팀/로봇윤리헌장작성 자문위원 및 작성자로 활동 중이다.

저서로는 <디지털 비즈니스 게임(청아, 2001)>, <솔루션 비즈니스 마케팅(굿모닝미디어, 2002)>, <미래 기술경영 대예측 : 매트릭스 비즈니스, 부록 : 서기 3000년까지의 미래 기술경영 대예측 : 매트릭스 비즈니스 로드 맵(굿모닝미디어, 2006)>, <다른 것이 아름답다(지식산업사, 2008)>, <반도체로 움직이는 세상(한국반도체산업협회/연구조합), 2008>, <한국을 먹여 살릴 녹색융합 비즈니스, 부록 : 2030년까지의 녹색융합 기술 & 비즈니스 로드맵(아스팩, 2009) 등이 있고, <(가칭) 성경에 숨겨진 미래의 과학 미래의 비즈니스, 2012년 2월 출간 예정)>, <(가칭) 불경에 숨겨진 미래의 과학 미래의 비즈니스, 2015년 2월 출간 예정> 등이 있으며, 기술경영관련 사례연구 50여 편을 저술하였고, 기술경영관련 2,000 편의 글을 쓰고 기고했다.

주요 연구분야로 (1) 미래기술-미래비즈니스-미래사회, (2) NBIT & NBIC융합 & 창조기술, (3) 환경/녹색/에너지 혁명, (4) 과학문화기술 혁명, (5) 하이텍 마케팅(HTALC) 및 기술경영(MOT), (6) 디지털 & 솔루션 비즈니스 전략 & 마케팅, (7) 신상품개발 및 신사업전략, (8) 고객중심경영, (9) 감성-경험마케팅, (10) 지식 + 분자 경제(Molecular Economy) 비즈니스 모델, (11) 유비쿼터스(Ubiquitous) 혁명, 그리고 (12) 창조와 과학 등이다. 저의 비전은 <더욱 멋진 사랑과 예술을 위해…>이다.

<출처> 스카이벤처, 2010.01.21

Posted by TopARA

댓글을 달아 주세요