3. 패턴인식 마음이론 2017-03-23T10:34:50+00:00

3. 패턴인식 마음이론

뇌의 정보처리 알고리즘

생각실험을 통해 밝혀낸 뇌의 작동메커니즘을 바탕으로 뇌가 정보를 처리하는 과정을 개념화한 단순한 이론적 모형을 만들어보자. 단순한 사물인식에서 고차원적인 감정이나 추상적 사고까지 모든 연산기능을 수행하기 위해서는 어떤 방식으로 정보를 입력하고 처리하고 출력해야 하는 것일까?

Key Point

  • 신피질의 계층구조: 신피질은 기본적으로 거대한 패턴인식기다. 말 그대로 정보를 패턴으로 인식한다. 약 50만 개의 피질기둥으로 이루어져 있다. 피질기둥에는 대략 600개의 패턴인식기가 담겨있고, 패턴인식기에는 각각 100여 개의 뉴런이 담겨있다. 신피질 전체를 따졌을 때 패턴인식기는 총 3억 개, 뉴런은 총 300억 개 존재한다.
  • 패턴인식기의 구조: 패턴인식기의 입력부(수상돌기)는 하위레벨에 위치하는 패턴인식기의 축삭(출력부)에 연결된다. 하위레벨의 패턴인식기 밑에는 또 다시 무수한 하위레벨의 패턴인식기가 존재한다. 이처럼 모든 패턴인식기는 다른 패턴인식기와 계층적으로 연결되어 있다.
  • 패턴의 특성: 우리가 세상에서 경험하는 정보는 최소 2차원 이상의 데이터로 되어 있다. 하지만 이러한 감각정보들은 신피질의 패턴인식기로 입력되는 과정에서 1차원 데이터로 변환된다. 패턴인식기는 개념적인 계층으로 나열되어 있다. 맨 아래에는 감각데이터를 처리하는 패턴인식기들이 있고 맨 위에는 개념적이고 추상적인 패턴을 처리하는 패턴인식기들이 있다.
  • 신피질의 놀라운 패턴인식능력: 인간은 왜곡되어 있는 패턴도 쉽게 인식할 수 있는데, 이는 아직 컴퓨터가 따라잡지 못하는 인간의 능력 중 하나다. 이처럼 뛰어난 패턴인식이 가능한 것은 자동연상과 불변이성이라는 기능이 패턴인식과정에서 작용하기 때문이다.
  • 신피질 기능의 열쇠―학습: 학습은 곧 세상을 인식하는 작업이며, 인식한 패턴을 기억으로 저장하는 작업이다. 학습 없이는 신피질은 아무런 기능도 발휘하지 못한다. 모든 학습은―기억은―더 정확한 인식을 위해 필요한 것이다.
  • 생각의 방향성: 생각은 작동방식 측면에서 방향성 없는 생각과 방향성 있는 생각으로 구분할 수 있다. 방향성 없는 생각 역시 갑자기 떠오른 것처럼 여겨질 수 있지만, 패턴은 모두 리스트로 나열된 순서대로 촉발되기 때문에 그 기억을 촉발한 패턴이 기억에 남아있지 않은 것 뿐이다.
  • 패턴인식 마음이론에 기반한 인공지능 모형의 탄생: 계층적 은닉마르코프모형Hierarchical Hidden Markov Model

주석

1. 신피질과 계층적 사고의 관계

까마귀, 앵무새, 문어와 같은 몇몇 포유류 이외의 동물들도 약간의 추론능력을 가지고 있다는 보고가 있다. 하지만 이들의 추론능력은 매우 제한적이며 스스로 진화발전할 수 있는 도구를 만들어낼 수 있는 수준에 이르지는 못한다. 이 동물들의 특정한 뇌 영역을 이용해 몇 개 레벨의 계층적 사고를 수행하는 것으로 여겨지지만, 인간이 수행할 수 있는 사실상 제한이 없는 계층적 사고를 하기 위해서는 신피질이 필요하다.

2. “신피질은 단순한 구조의 반복으로 이루어져 있다”

B. Mountcastle, “An Organizing Principle for Cerebral Function: The Unit Model and the Distributed System” (1978), in Gerald M. Edelman and Vernon B. Mountcastle, The Mindful Brain: Cortical Organization and the Group-Selective Theory of Higher Brain Function (Cambridge, MA: MIT Press, 1982).

3.인공지능 프로그램 EPAM을 소개하는 글

Herbert A. Simon, “The Organization of Complex Systems,” in Howard H. Pattee, ed., Hierarchy Theory: The Challenge of Complex Systems (New York: George Braziller, Inc., 1973)

4. “순환recursion은 인간만이 가진 독특한 언어능력이다.”

Marc D. Hauser, Noam Chomsky, and W. Tecumseh Fitch, “The Faculty of Language: What Is It, Who Has It, and How Did It Evolve?” Science 298 (November 2002): 1569― 79.

5. 자각몽 lucid dreaming

자각몽 기술에 대해서는 Ray Kurzweil and Terry Grossman, Transcend: Nine Steps to Living Well Forever  (New York: Rodale, 2009)  에서 자세히 설명한다. 그 중 핵심적인 내용을 이곳에 발췌한다. 한국어판

저는 잠을 자면서 문제를 해결하는 법을 개발했습니다. 수십 년 동안 나 자신을 위해 이 기술을 갈고 닦았으며, 이 기술을 더욱 잘 활용할 수 있는 미묘한 방법을 터득했지요.

먼저 나는 잠자리에 들기 전에 고민해야 할 문제를 결정합니다. 어떤 문제든 상관없습니다. 수학문제, 발명과 관련한 풀리지 않는 문제, 사업전략문제, 심지어 인간관계에 대한 문제도 좋습니다.

이 문제에 대해 몇 분 동안 생각을 합니다. 하지만 그것을 해결하려고 노력하지는 않습니다. 그런 노력은 오히려 창조적인 문제해결을 방해할 뿐이죠. 그냥 거기에 대해 생각하려고만 노력합니다. 이 문제에 대해 나는 무엇을 알고 있을까? 해법은 어떤 형태가 될 수 있을까? 그런 다음 잠이 듭니다. 이러한 생각들은 잠재의식 속 마음이 이 문제에 대해 작업을 할 수 있도록 준비를 하게 만듭니다.

테리: 지그문트 프로이트에 따르면, 꿈을 꿀 때에는 우리 뇌에 존재하는 많은 검열장치들이 느슨해지기 때문에 사회적 문화적 심지어 성적 금기에 의해 억압되어있던 일들이 꿈속에 나타날 수 있습니다. 낮에는 생각조차 떠올릴 수 없는 기이한 일들에 대해 꿈을 꿀 수 있죠. 꿈이 기이해 보이는 것은 이 때문입니다.

레이: 사람들이 창조적으로 생각하지 못하도록 가로막는 직업적인 가리개도 있습니다. 이런 것들은 대개 직업적인 훈련의 형태로 다가옵니다. “신호처리문제를 그런 식으로 풀면 안 돼.” 또는 “언어학에서는 그런 규칙을 사용해서는 안 돼.”와 같은 마음의 장애물로 작동하죠. 이러한 마음의 가정 역시 꿈을 꾸는 상태에서는 느슨해집니다. 낮 동안에는 제약으로 작용하는 벗어버리기 힘든 부담을 꿈속에서는 벗어버릴 수 있고, 이로써 문제해결의 새로운 방법을 찾아낼 수 있습니다.

테리: 꿈을 꿀 때 작동하지 않는 우리 뇌의 또 다른 기능은, 아이디어가 타당한지 평가하는 이성적인 능력입니다. 이것은 꿈속에서 벌어지는 일이 기괴하고 환상적인 또 다른 이유죠. 코끼리가 벽을 통과한다고 해도 우리는 코끼리가 어떻게 이런 일을 할 수 있는지 놀라워하지 않습니다. 꿈속에서는 이렇게 말할 뿐이죠. “좋아. 코끼리가 벽을 통과해 들어오는군. 별 일 아니야.” 실제로 한밤중에 일어났을 때, 나는 나 자신에게 부과한 문제에 대해 기괴하고 이해하기 힘든 방식으로 꿈을 꾸고 있다는 것을 깨닫는 경우가 많습니다.

레이: 다음 단계는 다음날 아침 꿈을 꾸는 상태와 깨어있는 상태의 중간, 흔히 ‘자각몽lucid dreaming’이라고 하는 상태에서 발생합니다. 이 상태에서 나는 여전히 꿈에서 느낀 감정과 이미지를 그대로 가지고 있지만 동시에 이성적 능력도 있죠. 예컨대 나는 내가 지금 잠자리에 누워있다는 것을 느낍니다. 그리고 잠자리에서 일어나 해야 할 일이 많다는 이성적인 생각을 명확하게 떠올립니다. 하지만 그것은 실수로 이이질 수도 있습니다. 나는 가능한 한 자각몽 상태에 있을 때 곧바로 눈을 뜨지 않고 그 상태를 지속합니다. 자각몽 상태에서 창조적인 문제해결의 열쇠를 손에 넣을 수 있기 때문입니다. 어쨌든 알람이 울리는 순간 자각몽 상태는 깨집니다.

독자: 꿈과 현실의 가장 좋은 것만 가지고 있는 상태 같아 보이네요.

레이: 바로 그겁니다. 여전히 전날 밤 나 자신에게 할당한 문제를 해결할 수 있는 꿈속 생각에 접근할 수 있으면서 동시에, 밤사이 떠오른 새로운 창조적인 아이디어를 평가할 수 있을 정도의 의식과 이성이 작동하는 상태입니다. 내가 떠올린 해법 중에 어떤 것이 타당한지 판단할 수 있습니다. 이런 상태를 20분 정도 지속하고 나면 예외없이 그 문제에 대한 새로운 날카로운 통찰이 떠오릅니다.

나는 이러한 방법으로 많은 것을 발명해냈습니다 (그런 날은 하루 종일 그것을 특허신청서 형식에 맞게 문서화하느라 바쁘죠.) 이 책도 마찬가지였지만, 방대한 자료를 어떻게 책으로 묶어낼 것인지 정리하기도 하고, 다양한 문제에 대한 유용한 아이디어를 떠올리기도 합니다. 중요한 결정을 내려야 할 때는 언제나 이런 과정을 거칩니다. 이 과정을 거친 후 나는 내 결정에 확고한 신념을 갖게 될 때가 많습니다.

이 과정에서 핵심은 마음이 가는대로 두는 것입니다. 어떠한 판단도 해서는 안 됩니다. 이 방법이 얼마나 잘 작동할지 걱정해서도 안 됩니다. 이것은 정신적인 훈련과는 전혀 다릅니다. 어떤 문제에 대해 생각하십시오. 하지만 잠에 들 때 그것에 몰입하거나 압도당해서는 안 됩니다. 그리고 아침에 꿈이 만들어낸 기괴한 아이디어를 검토할 때 다시 마음이 작동하도록 하십시오. 나는 이것이 꿈의 자연스러운 창조성을 활용하는 소중한 기술이라는 것을 깨달았습니다.

독자: 아, 일중독자들에게는 희소식이군요. 이제는 꿈속에서도 일을 할 수 있게 되었잖아요. 물론, 배우자가 그걸 용납해줄지는 확신할 수 없지만요.

레이: 사실 이건, 꿈이 당신을 위해 대신 일을 해주도록 하는 기술이라고 할 수 있습니다.

[기존 한국어판과 다르게 재번역한 것입니다]

Link: How to Lucid Dream