[논문 리뷰] Can we build a conscious machine?

Dorian Aur|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 01.

Neuroscience and Neural EngineeringNeuroscience참고 문헌 64인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 디지털 컴퓨터를 활용해 영양 공급과 균형 유지 등을 수행하는 하이브리드 시스템 내에서 생물학적으로 진화하는 뇌를 키워 의식을 지닌 기계를 구축하는 것을 제안한다. 신경전기역학 원리를 활용해, 치환적 현실을 통해 뇌를 훈련시키며 분자 수준의 전기파 간섭을 유도함으로써 의식 경험의 출현을 유도하는 전환점에 이를 수 있다.

ABSTRACT

The underlying physiological mechanisms of generating conscious states are still unknown. To make progress on the problem of consciousness, we will need to experimentally design a system that evolves in a similar way our brains do. Recent experimental data show that the multiscale nature of the evolving human brain can be implemented by reprogramming human cells. A hybrid system can be designed to include an evolving brain equipped with digital computers that maintain homeostasis and provide the right amount of nutrients and oxygen for the brain growth. Shaping the structure of the evolving brain will be progressively achieved by controlling spatial organization of various types of cells. Following a specific program, the evolving brain can be trained using substitutional reality to learn and experience live scenes. We already know from neuroelectrodynamics that meaningful information in the brain is electrically (wirelessly) read out and written fast in neurons and synapses at the molecular (protein) level during the generation of action potentials and synaptic activities. Since with training, meaningful information accumulates and is electrically integrated in the brain, one can predict, that this gradual process of training will trigger a tipping point for conscious experience to emerge in the hybrid system.

연구 동기 및 목표

• 디지털 시뮬레이션을 넘어서는 의식이 인공 시스템에서 어떻게 유도되는지에 대한 해결되지 않은 문제를 다루기 위해.
• 인공 신경망이 아닌 인간 신경 조직의 진화적 접근을 통해 생물학적으로 기반을 둔 의식의 접근을 제안하기 위해.
• 의식 경험은 살아있는 진화하는 뇌 시스템 내에서 훈련에 의해 유도된 전기적 통합을 통해 유도될 수 있음을 보여주기 위해.
• 하이브리드 생물-디지털 시스템에서 의식, 지능, 신경가소성을 테스트할 수 있는 프레임워크를 구축하기 위해.
• 현재 생물공학 및 나노신경과학 기술을 활용해 확장 가능하고 실험적으로 실현 가능한 의식 기계 창출 경로를 제공하기 위해.

제안 방법

• 영양 공급, 산소 공급, 균형 유지 등을 위해 디지털 컴퓨터를 활용해 배양 상태에서 성장하는 인간 뇌 조직을 유지하는 하이브리드 시스템을 설계하기 위해.
• 프로그래밍된 세포 배열을 통해 신경세포 유형의 공간적 조직을 제어하여 진화하는 뇌의 구조를 형성하기 위해.
• 가상의 감각 환경을 제공하는 치환적 현실을 통해 뇌를 훈련시어 실제 장면을 경험하도록 유도하기 위해.
• 신경전기역학을 활용해 액션 퍼텐셜과 시냅스 활동 중에 생성되는 테라헤르츠 전자기파를 통해 무선으로 정보를 읽고 쓰기 위해.
• 분자 수준의 전기파 간섭(예: 전방 및 후방 파동)을 활용해 단백질 수준에서 뉴런과 시냅스에 정보를 인코딩하고 통합하기 위해.
• 맥락 기반의 파동 간섭을 적용해 신경 엠블럼 형성 모델링과 비선형 진동 패턴을 통해 의식 상태의 유도를 지원하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 진행적인 훈련과 의미 있는 정보의 전기적 통합을 통해 하이브리드 생물-디지털 시스템 내에서 의식 상태가 유도될 수 있는가?
• RQ2 재프로그래밍된 인간 세포와 제어된 세포 조직을 통해 인간 뇌의 다스케일적이고 진화하는 특성을 어느 정도 재현할 수 있는가?
• RQ3 액션 퍼텐셜과 시냅스 활동 중에 생성되는 테라헤르츠 전자기파가 분자 수준에서 의미 있는 정보를 수반하고 전송하는가?
• RQ4 의식의 전환점은 살아있는 뇌 시스템 내에서 훈련을 통해 축적된 전기적 통합 정보에 의해 유도될 수 있는가?
• RQ5 인공 신경망이나 디지털 시뮬레이션 대신 진화하는 생물학적 신경 조직을 활용해 의식 기계를 구축하는 것이 실현 가능한가?

주요 결과

• 논문은 의미 있는 정보가 훈련을 통해 충분히 전기적으로 통합되어 전환점에 도달하면, 하이브리드 시스템 내에서 의식 경험은 유도될 수 있다고 주장한다.
• 신경전기역학은 액션 퍼텐셜과 시냅스 활동 중에 전자기파를 통해 정보가 분자(단백질) 수준에서 인코딩되고 읽히며 전송됨을 보여준다.
• 신경 사건 중에 생성되는 분자 진동과 테라헤르츠 파동은 의미 있는 정보의 운반체로 제안되며, 간섭이 엠블럼 형성에 핵심 역할을 한다.
• 시스템 설계는 맥락 기반의 파동 간섭에 기반하며, 다수의 저세기 파동의 중첩이 비선형 진동을 생성해 정보를 인코딩한다.
• 저자들은 현재의 디지털 뇌 시뮬레이션 프로젝트가 신경 복잡성의 과도한 단순화와 생물학적 동역학의 부족으로 성공할 가능성이 낮다고 주장한다.
• 신경세포, 센서, 인터페이스, 컴퓨터 등의 최소 구성 요소로 프로젝트를 시작할 수 있으며, 다학제적 협업을 통해 확장 가능하다.