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뇌 과학 특집 - 뇌 과학의 발전방안
  • 노벨사이언스 뇌과학특집기획팀
  • 승인 2021.11.03 17:08
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2023년까지 뇌과학 신흥강국 도약한다

미래신성장동력 ‘뇌과학’에 세계 주목, 국가 프로젝트 진행키도

정부, 특화뇌지도 등 핵심뇌기술 조기확보 및 뇌연구 생태계 확충 목표

 

지능정보를 근간으로 한 4차 산업혁명시대에 진입하면서 인공지능기술과 함께 미래기술의 진보에 기여할 과학분야로 ‘뇌과학’이 대두되고 있다. 미국 등 다수의 선진국에서는 뇌과학 연구를 통해 인간 이해가 증대되고, 이를 통해 현재 인공지능을 뛰어넘어 인간뇌의 고차원적 기능을 모사하는 미래인공지능이 개발될 것으로 예상하고 있다. 또한 이러한 뇌연구 패러다임은 일상생활 전반에 큰 영향을 가져와 미래 삶의 방식을 혁신적으로 변화시킬 가능성을 확대시킬 것으로 전망되고 있는 상황이다.

미래산업 외에도 초고령화 사회 진입에 따라 각종 뇌질환을 예방하고 진단 및 치료를 원활히 하기 위해 뇌과학연구의 필요성이 제기되고 있는 만큼, 현재 선진국들은 다양한 이유로 뇌연구에 집중하고 있다.

특히 미국과 EU, 일본과 중국 등은 90년대부터 집중적으로 뇌 연구를 육성해 왔는데, 최근 기술 주도권 선점을 위해 국가 대규모 장기 연구 프로젝트에 착수한 것으로 알려졌다. 이 중 미국의 경우, 뇌작동 원리를 뇌회로 차원에서 정밀하고 통합적으로 이해하기 위한 ‘뇌지도 작성 프로젝트’를 본격 추진 중이기도 하다.

원리에서 실증으로, 가설에서 정보 중심으로 나아가는 ‘뇌과학 연구’

뇌 연구는 뇌신경생물학과 인지과학적 이해를 바탕으로 뇌 작동의 근본 원리를 파악해 뇌질환 극복 및 공학적 응용에 활용하는 연구 분야로, 뇌신경생물과 뇌인지, 뇌신경계질환, 뇌공학이 뇌 연구 4대 분야로 손꼽힌다.

뇌 연구는 국가별로 다양하게 시도되고 있는데, 현재 미국에서는 인간커넥톰, 통증, 신경계 질환 치료제 등을 중점 분야로 선정하고 대규모연구프로젝트를 진행중이다. EU에서는 국가별 뇌연구 분야의 지속투자와 더불어 ‘가상 뇌’를 구현하기 위해 슈퍼컴을 이용한 신경망 모델링 연구에 주력하고 있고, 일본은 뇌의 이해와 뇌의 보호, 뇌의 창조 및 육성을 목표로 영장류 뇌이해를 통한 인간 뇌이해 증진 및 뇌질환 극복 연구를 이어가고 있다. 뇌과학 및 인지 연구를 꾸준히 수행해 온 중국의 경우에는 최근 뇌연구와 지능기술발전을 위한 연구 프로젝트에 착수한 상태다.

이처럼 글로벌 뇌연구 동향은 원리에서 실증중심으로, 가설에서 정보중심으로 나아가고 있다. 다시 말해, 첨단 장비를 활용한 혁신적 융합기술 구현으로 종래의 원리중심의 연구에서 벗어나 본격적인 실증 연구로 도약하는 상황인 것이다. 또한 정밀 뇌연구의 본격화로 가설중심의 연구에서 벗어나 본격적인 빅데이터 기반의 정보 주도형 뇌연구가 본격화되었다고도 해석할 수 있다.

연구발전의 빠른 속도만큼 산업도 형성되어가고 있다. 현재 뇌 관련 산업시장은 뇌의약품, 연구용 장비, 뇌질환 치료용 장비 및 집중력 향상 뇌파 자극기 등 일반인을 대상으로 한 제품시장이 형성되어 있다. 이 중에서 뇌의약품이 시장의 80%이상을 점유하고 있는데 연구장비 시장과 뇌질환치료 임상 장비 및 일반인 대상 제품은 꾸준한 성장률을 보이고 있다. 이러한 시장의 구도 속에 뇌기능 이해를 기반으로 한 뉴로모픽 칩 등 혁신적인 제품 및 교육과 문화, 건축, 감성 디자인 등을 갖춘 신시장이 창출되고 있기도 하다.

대한민국, 지능정보 산업 기반 조성 및 맞춤형 뇌질환 극복이 중점과제

국내에서는 98년 제정된 뇌연구촉진법을 기반으로 뇌연구촉진기본계획 수립 및 추진과 뇌과학원천기술개발 등 관련 R&D 사업을 통해 뇌연구 육성정책을 추진 중이다. 98년부터 2007년까지 기초연구기반을 조성하고 뇌연구 주체별 연구역량을 강화하는데 집중했다면, 2차 기본계획기간인 2008년부터 2017년까지는 다학제 융합에 기반한 선도적 핵심역량 강화와 산학연 협력연구기반 구축에 주력했다. 특히 2008년부터는 뇌분야 핵심원천연구 역량 확보와 뇌질환 등 사회문제 해결을 위한 뇌과학원천기술개발사업을 추진하기 시작했고, 2011년부터는 본격적으로 대형 연구집단인 뇌연구원과 KIST 뇌과학연구소, IBS 등 3개단이 출범했다. 최근에는 뇌연구촉진을 통한 지능정보 산업 기반 조성과 고령화에 대응한 맞춤형 뇌질환 극복을 중점추진과제로 추진하고 있다.

투자도 2008년 493억원에서 2015년 1,243억원으로 2배 이상 증가했다. 제 2차 기본계획기간동안 정부 투자는 연평균 14.4%가 확대되었는데, 특히 뇌질환, 뇌인지, 뇌신경생물, 뇌공학 순으로 투자 비중이 높은 상태다. 뇌지도 분야는 2013년 이후 국가연구개발사업과 출연(연)기관고유사업을 통해 부분적으로 뇌지도 작성기술 관련 연구를 추진중이다. 2016년 기준으로 뇌연구 예산 중 뇌지도 구축에 활용 가능한 연구 예산은 총예산대비 16% 수준이다.

정책이 구체화되고 투자가 상향됨에 따라, 영향력지수가 높은 우수 논문 발표도 증대되고 있는 추세다. BT 분야 중 뇌연구 분야의 우수논문은 9.6%로, 예산 투입 대비 우수성과를 도출하고 있다고 평가받고 있다. 특히 뇌신경생물 및 신경질환분야 논문은 평균 피인용지수가 8-10으로 세계적 수준에 접근하고 있다.

인력양성의 필요성이 증대됨에 따라 뇌연구 및 관련 산업 분야에 투입할 연구인력 확보도 강조되고 있다. 1998년 기본계획 수립 이후 산학연의 국가뇌연구사업 참여인력이 4.2배 증가해 4대 분야의 연구책임자급 460명을 확보한 상태다. 대학의 뇌연구 전문 학위과정을 통해 뇌연구 전문 인력 배출 및 출연(연)중심으로 융합전문인력 양성을 진행중이다. 현재 국내에서는 서울대, 고려대, 대구경북과학기술원 등 14개 대학 26개 학과, 27개 대학 부설 연구소 및 3개 학-연 공동학위 프로그램이 운영되고 있다.

이밖에도 뇌은행 등 해외 주요 연구거점기관과 국제협력 네트워크가 구축되고 있으며, 고가 장비 등 뇌연구를 위한 핵심 인프라도 마련되어가고 있다. 이에 따라 뇌연구 관련 제품도 최근 5년간 기술이전 20건이 달성됐고 이에 따라 기술이전료가 약 20억원이 창출됐다.

현재 기술이전 등 가시적 성과는 타 분야에 비해 미흡한 실정이지만 기초연구성과의 제품화 사례가 창출됨에 따라 산업화에 대한 기대감도 상승되는 분위기다.

R&D 고도화와 생태계 내실 통해 뇌연구 선진국으로

국내 정부투자의 지속적인 증가로 전반적인 연구경쟁력 향상과 일부 세계 수준의 연구성과가 도출되었으나, 추격형 연구 패러다임의 극복에는 한계가 있다는 것이 중론이다. 이에 뇌연구 선진국들이 박차를 가하고 있는 뇌지도 구축과 대한민국의 강점이 있는 미래유망분야에 대해 선택과 집중을 통한 국가적 노력경주가 필요하다는 지적이 잇따르고 있다.

최근 인공지능과의 연계 연구 및 초고령화 사회에 선제적 대응을 위한 개인 맞춤형 뇌질환 연구의 강화가 대두되고 있으나, 뇌기반 미래융합기술분야 인재 양성은 이에 발맞춰가고 있지 못하다는 지적이다. 또한 국내 연구자원이 일정수준은 확보되었으나, 선진국에 대비해 절대적 연구자원 규모의 열세 극복을 위한 통합적 연구자원 활용체계가 미흡하고 이에 산업발전기반이 마련되어야 한다는 목소리가 이어지고 있다.

이러한 현실에 주목해 정부는 2023년까지 뇌과학 신흥강국으로 도약하겠다는 비전을 수립하고 특화뇌지도 등 특화뇌기술 조기 확보와 뇌연구 생태계 확충이라는 새로운 목표 하에 2대 전략 8개 과제를 수립했다.

정부가 내세운 2대 전략은 R&D 고도화 전략과 생태계 내실화 전략이다.

먼저 R&D 고도화 전략에는 특화뇌기능 지도 작성, 미래 선점 뇌융합챌린지 기술 개발, 차세대 NI-AI 연계를 위한 뇌연구 강화, 생애주기별 맞춤형 뇌질환 극복연구 심화 등 4가지 과제가 있다.

이 중 뇌지도는 선진국 수준의 뇌연구 역량 확보 및 신산업 창출으로 차별화를 꾀하겠다는 전략이다. 미래기술은 선도기술을 활용한 세계 최고 수준의 성과 및 실용화 모범을 창출하고 세계 선도 뇌관련 기술을 확보하겠다는 계획이다. 뇌연구의 AI 연계를 위한 연구자 부재 문제가 이어졌던 AI연계기술은 NI-AI 연계를 통한 상호 보완 발전을 이룸과 동시에 연구자 응집을 통한 차세대 AI 기반마련 및 핵심기술을 도출하겠다는 목표다. 뇌질환은 연령대별, 환자별 맞춤형으로 뇌질환 극복기술을 구현해 정밀의학을 도입한 차세대 진단과 예방, 치료서비스를 확립해 나갈 전망이다.

생태계 내실화 전략에는 뇌연구 인력의 융합화 촉진, 뇌연구 자원의 안정적 확보, 글로벌 뇌연구 역량활용 및 협력 강화, 미래 뇌산업 준비 등 4가지 과제가 존재한다.

기존에 뇌연구 자원 및 인력이 전반적으로 분산돼 운영중이었고 이로 인해 뇌연구의 미래 산업화 기반이 미흡했다면, 앞으로는 국내외 네트워크를 통한 뇌연구인력 및 취약 기술을 강화하고 연구개발 결과로 확보된 기술과 실용화 연계해 효율화하겠다는 전략이다.

우선 미래 뇌연구 R&D 추진을 위해 최적의 융합형 전문연구 인력양성을 위해 다양한 중단기 및 장기 양성 프로그램의 확대 및 운영을 하겠다는 계획이다. 현장형 뇌연구 전문가 양성 프로그램을 확대하는 동시에 장기적으로는 뇌융합 전문학과 학위과정 및 프로그램을 확대하고, 중단기적으로는 전문가 트과 교육 프로그램 및 해외 우수 전문가 유치, 국내연구자 교류 확대를 시행하겠다는 것이다.

뇌연구 경쟁력의 확보를 위해서 연구 자원의 확보가 안정적으로 이어져야 하는데, 이를 위해 플랫폼과 첨단장비 구축 및 장비의 공동활용을 촉진하겠다는 전략이다. 뇌조직을 이용한 뇌연구가 활성화될 수 있도록 지원 관리체계를 마련하는 한편 표준화된 데이터 포털 플랫폼을 구축해 융합 연구정보를 공유하겠다는 방침이다. 동시에 국가 뇌연구장비를 개방하거나 공동활용을 촉진해 세계 선도형 초정밀 뇌지도 작성을 위한 인프라 구축도 해나가겠다는 포부다.

글로벌 이슈를 해결하기 위한 국내 연구자 및 기관들의 협력체계도 강화된다. 특히 뇌지도 작성 기술 표준화와 뇌지도 공유 등 목적지향적인 전략적 네트워크를 위해 Asia Brain Initiative를 추진할 예정이며, 이외에도 뇌연구에 부합하는 다양한 국제협력도 이어질 전망이다.

미래 블루오션, 뇌의료산업 및 뇌관련 콘텐츠 ICT 연계사업

뇌연구 분야의 경쟁력을 확보함으로서 미래 뇌산업 시장도 활성화될 것으로 전망된다. 우선, 뇌 관련 제품의 조기 사업화를 위한 제품개발 지향형 연구개발 기획과 컨설팅 지원 및 뇌연구산업 클러스팅이 촉진된다. 다양한 뇌산업화 모델과 사례를 창출하기 위해 산업화 가능성이 높은 뇌연구 장비 및 재료인 뉴로툴 신규 개발을 사업화로 연계하는 사업이 중점적으로 추진될 전망이다. 또한 뇌관련 콘텐츠를 ICT 산업에 결합시켜 뉴로마케팅 등에도 활용할 방침이다. 온오프라인 클러스터도 육성된다.

블루오션인 뇌의료산업 시장의 전망도 밝다. 정부는 뇌연구촉진기본계획에 의한 투자계획 이내에서 자체구조조정을 통해 투자재원 확보를 추진할 전망이다. 2027년까지 신규 투자소요는 약 3,430억원이다.

연평균 증가율 12%대의 재원으로 선택과 집중의 R&D로 국가산업 신성장 동력을 제공하겠다는 것이 정부의 로드맵이다. 특히 이종기술과의 융합 연구를 촉진, 뇌산업 클러스터를 구축해 미래 기술 기반의 신산업을 창출하겠다는 목표인데, 다양한 감각회로 연구를 통해 AI 연계 핵심기술 개발로 신시장을 개척할 수 있을 것으로 전망된다.

이밖에도 근거중심의 진단과 예측을 통해 치매나 우울증 등 주요 뇌질환에 대한 새로운 진단 기준과 치료전략이 마련될 것으로 예측된다. 개인 맞춤형 뇌질환을 극복하는 한편, 뇌지도 정보와 IT-NT-BT 기술을 통해 축적된 인공지능, 유전체 의학 기술 활용으로 신개념 뇌질환 진단 및 치료 플랫폼이 구축될 것으로 전망된다.

노벨사이언스 뇌과학특집기획팀  webmaster@nobelscience.net

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