컴퓨터가 꿈을 꿀 수 있을까? 정답은 ‘그렇다’ 이다. 구글 인공지능 프로그램 ‘딥드림'(Deep Dream)’은 구글 리서치 블로그에서 배포한 인공 신경망(artificial neural network)을 통해 시각화 코드로 예술가처럼 멋진 그림을 그린다.

결과물이  마치 꿈을 꾸는 듯 추상적인 이미지를 생성한다고 해서 ‘딥드림’이란 이름이 붙었다. 사림이 그림자를 보고 귀신으로, 바위를 보고 사람 얼굴 등으로 착각하는 것 같이 완전히 다른 대상을 두고 익숙한 대상으로 착각하는 것과 비슷하다.

최근 들어서는 ‘딥 드림’을 기반으로 온종일 환각 상태를 유지할 수 있는 기계가 제작되고 있다. 26일 ‘사이언스 얼러트’에 따르면 영국 서섹스대학 인지과학센터에서는 ‘딥 드림’과 VR(가상현실) 기술을 적용해 ‘환각 기계(Hallucination Machine)’를 만들었다.

‘환각 기계’ 활용, 뇌 인지 메커니즘 규명   

‘환각’이란 눈이나 귀, 코나 피부 등에서 실제로 존재하지 않는 것을 느끼는 것을 말한다. 느끼는 위치에 따라 환시, 환청, 환후, 환미, 환촉, 체감 환각 등으로 분류하는데 사회적으로 기능 장애를 일으킬 수 조현병(정신분열증)이 대표적인 경우다.

사지를 절단한 후 상실된 사지 부분에 동통을 느끼는 환지통 역시 환각에 의한 정신장애로 분류한다. 이들 질환들은 모두 정신적 질병들이지만 일시적 쾌감을 위해 의도적으로 환각 상태에 이르는 경우도 자주 발생하고 있다.

약물을 사용하는 경우다. 특히 뇌 기능에 변화를 주는 마약은 심각할 정도의 환각과 망상을 일으킬 수 있다. 변연계의 도파민 회로에 도파민이 많아지면서 나타나는 현상으로 시청각 중추를 자극하기 때문인 것으로 밝혀지고  있다.

서섹스 대학에서 개발한 ‘환각 기계’는 기존의 마약과 같은 약물 없이도 사람처럼 환각이 가능하다. 공동 연구팀장인 정보학자 아닐 세스 (Anil Seth) 교수는 “이 기계를 활용하면 온종일 환각상태로 있는 것이 가능하다.”고 말했다.

서섹스 대학에서 이 환각 기계를 만든 것은  뇌 연구를 위해서다. 그동안 뇌 과학자들은 조현병 등의 증상이 발생하는 환각 메커니즘을 규명하기 위해 많은 노력을 기울여왔다. 그러나 실험 참가자를 구할 수가 없었다.

과학실험이란 명목으로 실험 참가자들에게 LSD, 마법의 버섯(환각 물질이 들어 있는 버섯)과 같은 마약을 주입할 수 없었기 때문. 마약을 주입하는 일 없이 환각 상태를 분석해낼 수 있는 기술이 필요했고 그렇게 탄생한 것이 ‘환각 기계’다.

환각 기계가 만들어내고 있는 동영상을 실제 약물 체험을 한 실험 참가자의 경험과 비교해가면서 사람의 뇌 활동을 추적하면 과학자들은 뇌 속에서 실제로 일어나고 있는 환각과 관련된 화학적 메커니즘을 규명할 수 있다.

기상현실 세계 이해하는데 도움 줄 듯

서섹스데 연구팀은 ‘환각 기계’를 제작하면서 이미지 패턴과 특징들을 인식하는 과정에 큰 변화를 주었다. 알려져 있다시피 구글의 ‘딥드림’ 안에는 수많은 이미지들이 학습돼 있다. 학습된 이미지들은 새로운 이미지를 인식하거나 창작하는데 활용된다.

연구팀은 최신 ‘딥드림’ 시스템을 활용해 서섹스 대학 캠퍼스의 경관을 각각 다른 모습으로 여러 개 동영상으로 제작했다. 그리고 첫 번째 실험에서 멕시코산 버섯에서 추출한 마약 실로시빈(psilocybin)을 경험한 바 있는 실험 참가자들에게 그 동영상을 보여주었다.

그리고 이들 참가자들을 통해 자신의 환각 상태에서 본 영상들이 포함돼 있는 것을 확인했다. 실험에서 참가자들은 이런 동영상을 보았을 당시 그들의 감각이 어느 정도 통제가 가능했는지, 그들이 어느 정도 정확한 패턴과 색상을 인식할 수 있었는지 등에 질문을 받았고 그 경험을 답변했다.

두 번째 실험에는 22명의 실로시빈 경험이 있는 사람들이 참가했다. 이들에게 실험실에서 제시한 영상을 보았을 때 어느 정도 시각·청각 등의 왜곡이 있었는지를 물어보았다. 그리고 답변을 분석한 결과 1차 실험 때와 큰 차이가 없었다. 환각 기계가 제작한 동영상과 일치되는 부분이 많이 있다는 것을 확인할 수 있었다.

서섹스대학의 실험 결과는 서섹스 대학에서 제작한 ‘환각 기계’가 마약 경험이 있는 참가자들의 환각 경험을 재현할 수 있다는 것을 말해주고 있다. 또한 환각 경험을 재현함으로써 그동안 의문에 싸여 있던 뇌의 환각 메커니즘을 추적할 수 있다는 사실을 말해주고 있다.

‘환각 기계’가 개발되면서 향후 뇌 과학자들은 이 기계를 통해 정상적인 뇌와 환각 상태의 뇌 기능을 비교할 수 있을 것으로 보고 있다. 또한 그동안 의문에 싸여 있던 정신질환 발생 메커니즘을 규명해나갈 수 있을 것으로 보고 있다.

현재 이 환각 기계가 완성된 것은 아니다. 실험 결과 일부 참가자들의 경험이 연구팀이 제작한 동영상의 모습과 일치하지 않았고 일부 그룹의 경우는 같은 실로시빈을 경험했는데도 다른 사람들과 전혀 다른 경험을 이야기하고 있었다.

연구팀은 그러나 후속 연구를 통해 이런 다른 경험을 한 참가자들의 체험 영상을 추가 제작하고 있는 중이다. 연구팀 관계자는 “추가 실험을 통해 약물 체험자들이 경험했던 상황을 실제 영상으로 모두 재현할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

지금까지 도출된 연구 결과에 비추어 환각체험자들의 경험이 상황에 따라 여러 단계로 달라지고 있는 것으로 과학자들은 분석하고 있다. 이 단계에 따라 뇌의 움직임을 추적하고, 그 분석 결과를 통해 환각 상태에 대한 궁금증을 풀어나갈 수 있을 것으로 예상하고 있다.

과학자들은 ‘환각 기계’를 통해 전체적인 가상현실 세계에 대해 이해도를 높여나갈 수 있을 것으로 기대하고 있다. 뇌과학자인 다비드 슈마츠만(David Schwartzman) 교수는 “향후 인지과학은 물론 VR 연구에 큰 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

관련 논문은 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 지에 게재됐다. 논문 제목은 ‘A Deep-Dream Virtual Reality Platform for Studying Altered Perceptual Phenomenology’이다.