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KAIST, 인간지능 핵심요소 AI 이식 '첫걸음' 내딛다

KAIST, 인간지능 핵심요소 AI 이식 '첫걸음' 내딛다

  • 온라인 뉴스팀
  • 승인 2019.12.23 10:59
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[온라인 뉴스팀 ]KAIST(총장 신성철)는 바이오및뇌공학과 이상완 교수 연구팀이 신경과학과 인공지능의 융합을 통해 인간의 문제해결 과정에서 뇌가 정보를 처리하는 원리를 규명하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.

이 같은 연구 결과는 인간 지능의 핵심 요소를 인공지능 알고리즘으로 이식할 가능성을 높일 것으로 기대된다.

불확실성과 복잡도가 변하는 상황에서 달성 가능한 목표를 설정하고, 계획을 세워 실행 및 전략을 수정해 나가는 과정은 인간이 가진 고유한 문제 해결 능력 중 하나이다.

최근 인공지능 알고리즘이 다양한 분야에서 인간의 작업 수행 능력을 넘어서고 있으나 이러한 문제 해결 능력에 대한 완벽한 해결 방안은 제시하지 못하고 있다.

인간의 문제 해결 과정은 목표설정-전략수립-실행-전략수정을 반복하는 것으로, 이는 상태 의존적인 복잡한 시간의 함수이다.

일반적으로 인간의 문제 해결 과정은 많은 양의 데이터를 수집하기 어렵고, 불확실성과 복잡도가 높아 빅데이터 기반의 전통적 딥러닝 설계 방식으로는 구현이 어렵다.

연구팀은 이러한 문제 해결을 위해 ‘강화학습 이론 기반 실험 디자인’이라는 기술을 이용, 문제 해결 목표, 문제의 복잡도, 상황 변화의 불확실성이라는 세 가지 변수를 동시에 변화시켜 실제 인간의 문제 해결 과정과 유사한 상황을 구현했다.

이를 통해 취득한 행동과 뇌 영상 데이터를 바탕으로 문제 해결 과정을 설명할 수 있는 수학적 모델을 찾기 위해 100가지가 넘는 종류의 메타 강화학습 알고리즘을 학습하고 비교·분석했다. 모델 기반 뇌 이미징 분석이라 불리는 기법이다.

연구팀은 더 엄밀한 검증을 위해 ‘정밀 행동 프로파일링’이라는 분석 방법을 적용했다. 이 방법을 이용하면 겉으로 보이는 행동이 인간과 유사할 뿐만 아니라 실제로 인간과 같은 원리로 문제를 해결하는 모델을 도출할 수 있다.

그 결과 문제의 불확실성 및 복잡도와 변화하는 상황에서 인간의 학습과 추론 과정을 모사하는 메타 강화학습 모델을 구현했다. 이 모델의 정보처리 과정이 전두엽의 한 부위인 복외측전전두피질의 신경 활성 패턴으로 설명된다는 것을 발견했다.

이상완 교수는 “기존 연구 방식이 하나의 퍼즐 조각을 떼서 다른 퍼즐의 빈자리를 메꾸는 것이라면 이번 연구는 퍼즐을 푸는 원리를 배워 다른 퍼즐 맞추기에 적용하는 것에 비유할 수 있다”며, “인간만이 가진 지능의 핵심 요소들을 인공지능 알고리즘으로 이식하는 기술은 이제 첫걸음을 떼었다고 생각한다. 이 기술이 완성되면 지능을 공학적으로 분해하면서 과학적으로 이해할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원 및 과학기술정보통신부 정보통신기획평가원의 지원으로 수행됐다.

이상완 교수와 함께 KAIST 김동재 박사과정과 박건영 석사과정이 주도하고, 미국 캘리포니아 공과대학(Caltech)이 참여한 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 온라인 판에 지난 16일 게재됐다.


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