초파리 뇌를 공개했더니…개발자들이 곧바로 ‘둠’과 로봇을 돌렸다

166,000개가 넘는 뉴런의 연결망이 공개되자 개발자들이 가장 먼저 한 일은 의외로 진지한 생물학 실험이 아니었다. 바로 그 데이터를 컴퓨터에서 실행해 ‘둠’을 돌리고, 일부는 소형 로봇의 움직임까지 제어해 보는 것이었다.

다만 제목처럼 살아 있는 초파리 뇌가 게임을 하거나 로봇을 조종한 것은 아니다. 실제로 공개된 것은 수컷 초파리의 신경 연결을 디지털로 재구성한 커넥톰(connectome) 데이터다.

공개된 것은 ‘디지털 뇌’가 아니라 신경 회로 지도

HHMI Janelia, Google Research, 케임브리지대학교와 MRC Laboratory of Molecular Biology 연구진은 성체 수컷 초파리의 중추신경계 전체를 연결망 수준으로 재구성한 MaleCNS v1.0을 공개했다.

이 데이터에는 다음 구조가 포함된다.

• 중앙 뇌
• 시엽
• 복측 신경삭
• 뉴런의 형태와 뉴런 사이의 시냅스 연결 정보

전체 규모는 166,000개가 넘는 뉴런이며, Google Research는 약 1억 2,500만 개의 시냅스 연결 수를 소개했다. 이 수치는 후속 개발자들이 사용하는 뉴런 간 연결 또는 모델링 엣지 수와는 집계 기준이 다를 수 있다.

연구진은 고해상도 집속이온빔 주사전자현미경으로 조직을 촬영한 뒤, 수백만 개의 2D 이미지를 3D 신경 구조로 재구성했다. 컴퓨터 비전과 AI가 구조를 분류하고, 전문가들이 결과를 교정하고 주석 처리하는 방식이었다.

즉, 형광색 선으로 표현된 공식 이미지는 살아 있는 초파리의 실시간 뇌 영상이 아니다. 전자현미경 자료를 바탕으로 만들어진 연구용 3D 시각화다.

공개 직후 개발자들이 ‘둠’을 연결했다

데이터가 공개되자 온라인 개발자 커뮤니티에서는 “이 정도 신경 연결망을 공개했는데 둠을 돌려보지 않을 이유가 있느냐”는 식의 반응이 나왔다.

이후 MaleCNS 기반 시뮬레이션을 게임에 연결한 사례가 공유됐다. 둠뿐 아니라 슈퍼 마리오 64, Beat Saber, 가상 환경 등으로 활용 범위가 넓어졌다는 보도도 이어졌다.

둠 실험의 구조는 생각보다 복잡하다. 게임 화면을 초파리의 시각 감지 세포에 대응하는 입력으로 바꾸고, 시뮬레이션된 신경 활동을 게임의 조작 명령으로 해석하는 출력 디코더를 추가했다. 게임 화면과 신경망 사이를 연결하는 별도의 소프트웨어가 필요했던 셈이다.

한 Reddit 게시물에서는 100회 테스트에서 출구에 도달한 비율이 57%였다고 소개했다. 그러나 이 수치는 개인 개발자의 실험 결과이며, 공식 연구에서 검증한 성능 지표는 아니다.

로봇도 움직였지만, 초파리 신경망이 모든 것을 조종한 것은 아니다

또 다른 사례에서는 컴퓨터에서 실행한 초파리 신경망 시뮬레이션을 Wi-Fi로 소형 로봇에 연결했다. 시뮬레이션 결과는 로봇에 FORWARD, LEFT, RIGHT 같은 고수준 명령을 전달했다.

하지만 초파리 신경망이 로봇의 모든 모터를 직접 제어한 것은 아니다. 별도의 디코더가 신경 활동을 방향 명령으로 바꾸고, 로봇의 기존 펌웨어가 서보 모터를 움직이는 구조였다. 해당 사례에는 12개의 서보 모터가 사용된 것으로 소개됐다.

따라서 ‘초파리 뇌가 로봇을 조종했다’는 표현은 흥미로운 요약이지만, 정확하게는 초파리 연결망을 실행한 시뮬레이션이 별도의 해석기를 거쳐 로봇에 고수준 명령을 보냈다고 보는 편이 맞다.

왜 해외에서 특히 화제가 됐을까

이번 사례가 주목받은 이유는 서로 다른 세 가지 요소가 한꺼번에 겹쳤기 때문이다.

첫째, 연구진이 공개한 데이터의 규모가 컸다. 단순한 뇌 사진이나 3D 모델이 아니라, 뉴런이 어떻게 연결돼 있는지 탐색할 수 있는 커넥톰이 공개됐다.

둘째, 공개 데이터 문화와 개발자 특유의 실험 정신이 결합했다. 연구 목적의 연결망을 게임과 로봇이라는 전혀 다른 환경에 곧바로 적용한 것이다.

셋째, ‘초파리 뇌로 둠을 한다’는 표현 자체가 강한 호기심을 자극했다. 과학적 성과가 온라인 밈과 결합하면서 기술 매체와 커뮤니티에서 빠르게 확산됐다.

PC Gamer와 Tom’s Hardware는 둠, 슈퍼 마리오 64, Beat Saber 등 후속 사례를 묶어 보도했다. Reddit에서도 둠 실험과 로봇 제어 사례가 공유됐다. 다만 이는 공개 데이터를 활용한 제3자 프로젝트이며, 원래 커넥톰 연구의 공식 실험 결과와는 구분해야 한다.

‘초파리가 둠을 했다’는 말에서 빠진 것들

온라인에서 퍼진 표현은 이해하기 쉽지만, 실제 과정을 상당히 압축한다.

커넥톰은 뇌의 모든 기능을 그대로 복사한 완성형 디지털 뇌라기보다, 어떤 뉴런이 어떤 뉴런과 연결되는지를 보여주는 배선 지도에 가깝다.

실제 생물의 화학적 신호, 신경전달물질 농도, 학습 이력, 몸의 물리적 상태가 모두 자동으로 포함되는 것도 아니다. 게임이나 로봇에 적용하려면 뉴런 모델, 감각 입력, 출력 해석기 같은 추가 요소가 필요하다.

연구 측면에서는 무엇이 중요한가

이번 데이터의 과학적 가치는 둠 실험보다 훨씬 넓다. 중앙 뇌뿐 아니라 시엽과 복측 신경삭까지 하나의 연결망으로 살펴볼 수 있기 때문이다.

복측 신경삭은 포유류의 척수와 기능적으로 비교되는 구조다. 이 자료를 이용하면 감각 입력이 신경 회로를 거쳐 운동 출력으로 이어지는 과정을 연구할 수 있다.

또한 MaleCNS는 수컷 초파리의 연결망이므로, 기존에 공개된 암컷 초파리 커넥톰과 비교할 수 있다. Janelia 측 자료에 따르면 수컷과 암컷 비교 과정에서 262개의 성 특이적 세포 유형과 114개의 성적 이형 세포 유형이 확인됐으며, 이는 중앙 뇌의 약 4.8%에 해당한다.

이런 비교는 성별에 따른 신경 회로 차이와 구애·공격성 같은 행동의 신경학적 기반을 연구하는 데 활용될 수 있다.

핵심은 ‘뇌를 공개했다’가 아니라 ‘연결망을 실행할 수 있게 됐다’는 것

이번 이야기를 한 문장으로 정리하면 이렇다.

연구진은 수컷 초파리의 중추신경계 연결망을 공개했고, 개발자들은 그 데이터를 컴퓨터 모델로 실행해 게임과 로봇에 연결했다.

그래서 화제의 중심에는 실제 초파리도, 생물학적 뇌를 되살리는 기술도 없다. 대신 공개된 커넥톰, 이를 실행하는 시뮬레이션, 감각 입력과 출력 명령을 연결하는 소프트웨어가 있다.

‘초파리 뇌가 둠을 한다’는 표현은 인터넷식으로는 재미있지만, 과학적으로는 ‘초파리 뉴런 연결 지도를 바탕으로 만든 시뮬레이션이 둠의 입력을 처리하고 조작 신호를 출력했다’고 설명하는 편이 정확하다.