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인공 지능의 힘으로 인간의 두뇌의 잠재력 이끌어내기
“클라우드는 환자 데이터, 환자 의료 기록 및 영상을 처리하는 데 매우 유용한 서비스를 많이 제공하면서 의료 및 신경 과학 분야에 혁명을 불러왔습니다.”
이 세상에서 인간 두뇌의 작용보다 더 큰 미스터리는 거의 없습니다.
신경외과 의사에게 있어, 뇌는 신체 조직과 전기 자극이 복잡하게 얽혀 있어 이해하기 어렵고 문제가 발생했을 때 고치기가 매우 어려운 부위입니다.
하지만 오스트레일리아의 한 Startup은 클라우드를 기반으로, 신경외과 의사가 혁신적인 뇌 영상 기술을 활용하여 가장 복잡한 인간 장기, 즉 뇌를 탐색할 수 있도록 지원하고 있습니다.
Omniscient Neurotechnology는 저명한 신경과학자이자 신경외과 의사인 Stephane Doyen 박사와 Michael Sughrue 박사의 발명품입니다.
지금까지 경력을 쌓아오는 내내 두 사람은 뇌졸중이나 정신 질환과 같은 일반적인 질환에 대한 제한된 치료라는 과제에 직면했고, 신경학적 차원에서 이러한 질병과 다른 질병을 해결할 새로운 방법을 찾기로 결심했습니다.
Dogen 박사는 “뇌는 하나의 복잡한 전기 컴퓨터인데, 현재의 영상 기술로는 전기 정보를 포착할 수 없습니다. 외과의사의 경우 의도치 않은 부위를 절단할 위험이 매우 큽니다”라고 말합니다.
Doyen 박사는 뇌가 정보를 처리하는 방식에 매료되었다고 말합니다. 그래서 20년 전, 박사는 뇌 분석에 대한 데이터 기반 접근법을 연구하기 시작했습니다. 하지만 박사는 현재의 데이터 처리 기술은 인간 두뇌의 엄청난 복잡성에 필적할 수 없다는 사실을 깨달았습니다.
이 문제를 극복하고자 하는 열망으로, 박사는 이 데이터 처리 문제에 대한 잠재적 솔루션으로 떠오르고 있는 인공 지능(AI) 분야를 탐구하게 되었습니다.
Doyen 박사는 “저는 AI 작업을 많이 했고 돈도 많이 벌면서 즐겼지만, 그 배경에는 늘 신경과학에 대한 열정이 있었습니다”라고 말합니다.
2018년에 Doyen 박사는 Sughrue 박사와 알게 되었고, 본인이 직면한 문제를 공유했습니다.
두 사람은 빠르게 서로의 경험을 공유하며, 커넥토믹스(Connectomics)를 연구하기 시작했습니다. 커넥토믹스는 컴퓨터가 생성한 뇌의 기능적 및 구조적 연결 지도를 정리하고 분석하는 데이터 기반 접근 방식입니다.
Amazon Web Services(AWS)의 컴퓨팅 파워를 활용하여, 두 사람은 MRI 뇌 스캔 데이터를 인간 두뇌의 전기 활동에 대한 3차원(3D) 지도로 변환하는 방법을 개발했습니다.
그 결과로, 수술 계획 도구인 Quicktome이 탄생했습니다. Quicktome은 신경외과 의사에게 환자 개개인별로 다른, 커넥톰이라는 뇌 활동의 상세한 지도를 제공합니다.
이를 통해 외과 전문의는 건강한 뇌 기능에 해를 끼치지 않는 방식으로, 치료, 특히 외과적 개입과 관련한 치료를 보다 효과적으로 계획할 수 있습니다.
Doyen 박사는 뇌종양 환자를 치료할 때 Quicktome이 어떻게 작용하는지 설명합니다.
도옌 박사는 “저희는 외과의들이 필요한 정보를 얻어 더 나은 결정을 내릴 수 있도록 도와줍니다. 환자가 MRI 스캔을 받은 후 환자의 뇌 이미지를 가져와 클라우드로 보내면, 상세한 지도를 만들 수 있습니다. 그리고 종양을 살펴보고 어떤 조치를 취할 수 있는지 확인한 후, 뇌 지도를 가져와 뇌의 주요 구조와 의사가 취할 수 있는 조치를 중심으로 수술 계획을 세웁니다”라고 말합니다.
Doyen과 Sughrue는 현재 전 세계적으로 150명 이상의 직원을 고용하고 있는 회사를 설립했으며, 뉴욕의 Westchester Medical Centre를 비롯한 세계 최고의 클리닉 및 신경외과 의사들과 협력하고 있습니다.
이를 통해 Omniscient Neurotechnology는 정신 건강과 관련한 질환을 비롯하여, 다양한 뇌 질환 및 장애에 대한 새로운 치료법을 개발할 수 있는 길을 열고 있습니다. 부분적으로 이는 뇌의 가소성 원리에 기인합니다. 뇌 가소성 원리란 외부 영향에 의해 구성을 바꿀 수 있는 능력을 말합니다.
Doyen 박사는 “정신 건강은 중요한 문제이며, 매년 5분의 1에 달하는 사람들이 정신 문제를 겪고 있습니다. Quicktome을 사용하면 정신 건강 문제를 파악하고 진단할 수 있으며, 치료가 어떻게 진행되고 있는지 추적할 수 있습니다. 뇌를 재구성하고 상태를 개선하는 데에도 활용할 수 있습니다. 이 기능은 매우 유용하며, 뇌를 재구성함으로써 약을 복용하지 않아도 호전되었다는 이야기도 있습니다”라고 말합니다.
Doyen 박사는 AWS와의 관계가 Omniscient Neurotechnology의 뇌 영상 기술에 요구되는 컴퓨팅 파워를 제공하는 데에는 물론, 이 같은 방대한 양의 데이터를 처리하는 데 필요한 복잡한 알고리즘을 개발하도록 지원하는 데에도 중요하다고 말합니다.
Dogen 박사는 “클라우드는 환자 데이터, 환자 의료 기록 및 영상을 처리하는 데 매우 유용한 서비스를 많이 제공하면서 의료 및 신경 과학 분야에 혁명을 불러왔습니다. 수많은 과제를 탐색하고 문서화해야 하기 때문에 이러한 프로젝트가 실제로 진료실에서 사용되지 못하고 사장되는 경우가 많지만, 저희는 성공적으로 해냈습니다”라고 말합니다.
사용된 AWS 서비스
Amazon EC2
Amazon Elastic Compute Cloud(Amazon EC2)는 클라우드에서 컴퓨팅 파워의 규모를 자유자재로 변경할 수 있는 웹 서비스입니다. 개발자가 더 쉽게 웹 규모의 클라우드 컴퓨팅 작업을 할 수 있도록 설계되었습니다.
Amazon EBS
Amazon Elastic Block Store(Amazon EBS)는 사용이 쉽고 확장 가능한 고성능 블록 스토리지 서비스로서 Amazon Elastic Compute Cloud(Amazon EC2)용으로 설계되었습니다.
Amazon VPC
Amazon Virtual Private Cloud(VPC)를 사용하면 리소스 배치, 연결 및 보안을 포함하여 가상 네트워킹 환경을 완전히 제어할 수 있습니다. AWS 서비스 콘솔에서 VPC를 설정하여 시작하십시오.
Amazon Aurora
Amazon Aurora는 기본 제공 보안, 연속적인 백업, 서버리스 컴퓨팅, 최대 15개의 읽기 전용 복제본, 자동 다중 리전 복제 및 다른 AWS 서비스와의 통합을 제공합니다.
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