생명체의 몸의 구조는 각각의 기능에 맞추어 진화되어 왔습니다. 마찬가지로, 뇌의 구조도 그 기능 및 동작원리를 이해하는데 핵심 역할을 할 것입니다. 1986년 꼬마선충의 302개 신경세포 뇌지도(또는 커넥톰) 완성 이후 최초로 2023년에 초파리 15만개 세포의 전뇌 커넥톰이 발표되었습니다. 뇌의 근본 구성단위인 신경세포와 시냅스를 정밀하게 분석한 초파리 커넥톰을 활용하면, 다양한 감각행동 지능을 구성하는 뇌기능(감각정보처리, 행동선택, 작업기억, 운동제어)의 동작 원리를 단일 신경세포 수준의 수리모델로 구현할 수 있을 것입니다.

하지만 커넥톰의 구조를 그대로 재현한 모델은 실제 신경회로와 동일한 기능을 구현하지는 못합니다. 이는 개별 시냅스의 세기와 세포막 흥분성(excitability)과 같은 정보를 커넥톰이 제공하지 못해서 입니다. 이를 보완하기 위해, 신경회로 실험을 통해 확보한 기능적 입출력 데이터로 모델의 매개변수를 학습시키면 초파리처럼 보고, 비행하고, 목표를 찾아가는 ‘실행가능한(executable)’ in-silico 모델의 구현이 가능할 것입니다.

초파리의 신경계는 낮은 복잡도에 비해 다양한 뇌기능을 구현하므로 감각행동 지능을 연구하기에 최적의 모델입니다. 지속적 연구와 실험도구의 개발로 초파리 전뇌 신경회로를 단일 세포 수준에서 생리학, 행동학, 구조학적으로 연구하는 것이 가능해졌습니다. 전뇌의 커넥톰에 기반한 실행가능 모델은 초파리의 감각반응 행동의 동작원리에 대한 근본적 해답을 제시하고, 나아가 인간을 포함한 큰 동물의 감각반응행동 및 인지기능에 대한 검증 가능한 가설을 제공할 것입니다. 더불어, 이를 통해 구성되는 계산 모델은 최근 공학적으로 주목을 받고 있는 지능형 자율로봇제어를 위한 경량 인공지능 알고리즘의 토대를 제공할 것으로 기대됩니다.