서울대학교

프로젝트: Foundation Neuroscience AI Model - NeuroX-

[연구필요성]

인간 뇌의 복잡한 신경망은 여전히 과학의 가장 큰 미스터리 중 하나로, 뇌 영상 기술은 이를 해결하기 위해 발전해왔습니다. 하지만, 기존의 뇌 영상 기술은 뇌 건강과 인지 기능의 상태를 정확하게 예측하는 데 한계가 있으며, 뇌의 자율적인 동적 특성을 충분히 반영하지 못합니다. 이러한 제한점을 극복하기 위해 NeuroX프로젝트는 인공지능과 대규모 언어 모델(GPT)의 혁신적 성공을 바탕으로, 인간 뇌의 작동 방식을 심층적으로 이해하기 위한 대규모 뇌 모델(Large Brain Model, LBM)의 개발을 목표로 합니다​​.

[연구성과/기대효과]

NeuroX프로젝트는 신경과학, 의학, 심리학 분야에서 혁신적인 도구가 될 것으로 기대됩니다. 뇌의 기능적 연결성을 기존보다 훨씬 더 정밀하게 분석할 수 있으며, 특히 우울증, 약물 남용, 자살과 같은 사회적 문제 해결에 기여할 수 있습니다. 또한, 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술, 뇌 디코딩 장치 등 상업적 응용 분야에서도 혁신적인 발전을 이끌어 낼 잠재력을 가지고 있습니다​​.

이 프로젝트는 2024년 7월부터 미국 에너지부(DOE)의 ALCC(Advanced Leadership Computing Challenge) 프로그램을 통해 한화로 약 138억원에 해당하는 562,000 Node Hours의 막대한 고성능 컴퓨팅 자원을 배정 받았습니다. 이 자원은 대규모 뇌 데이터 분석과 AI 모델 훈련을 통해 NeuroX의 혁신적인 성과를 도출하는 데 기여할 것입니다​​.

또한 서울대학교 전기정보공학부 문태섭 교수님과의 협업 연구를 통해
Kim, P., Kwon, J., Joo, S., Bae, S., Lee, D., Jung, Y., ... & Moon, T. (2023).
Swift: Swin 4d fmri transformer. Advances in Neural Information Processing Systems, 36, 42015-42037
논문을 발표하였습니다. https://arxiv.org/abs/2307.05916

커넥톰랩, ALCC 수상 홍보 자료

프로젝트 이름: Foundation Neuroscience AI Model – NeuroX 연구 책임자: Shinjae Yoo 교수, 브룩헤이븐 국립 연구소공동 연구 책임자: 차지욱 교수, 서울대학교 심리학과 (https://www.connectomelab.com/)

□ 연구 필요성

인간 뇌의 복잡한 신경망은 여전히 과학의 가장 큰 미스터리 중 하나로, 뇌 영상 기술은 이를 해결하기 위해 발전해왔습니다. 하지만, 기존의 뇌 영상 기술은 뇌 건강과 인지 기능의 상태를 정확하게 예측하는 데 한계가 있으며, 뇌의 자율적인 동적 특성을 충분히 반영하지 못합니다. 이러한 제한점을 극복하기 위해 NeuroX프로젝트는 인공지능과 대규모 언어 모델(GPT)의 혁신적 성공을 바탕으로, 인간 뇌의 작동 방식을 심층적으로 이해하기 위한 대규모 뇌 모델(Large Brain Model, LBM)의 개발을 목표로 합니다​​.

□ 연구 성과 및 기대효과

NeuroX프로젝트는 신경과학, 의학, 심리학 분야에서 혁신적인 도구가 될 것으로 기대됩니다. 뇌의 기능적 연결성을 기존보다 훨씬 더 정밀하게 분석할 수 있으며, 특히 우울증, 약물 남용, 자살과 같은 사회적 문제 해결에 기여할 수 있습니다. 또한, 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술, 뇌 디코딩 장치 등 상업적 응용 분야에서도 혁신적인 발전을 이끌어낼 잠재력을 가지고 있습니다​​.

이 프로젝트는 2024년 7월부터 미국 에너지부(DOE)의 ALCC(Advanced Leadership Computing Challenge)프로그램을 통해 한화로 약 138억원에 해당하는 562,000 Node Hours의 막대한 고성능 컴퓨팅 자원을 배정받았습니다. 이 자원은 대규모 뇌 데이터 분석과 AI 모델 훈련을 통해 NeuroX의 혁신적인 성과를 도출하는 데 기여할 것입니다​​.

□ 기술적 혁신과 주요 연구 내용

최근 저희 연구팀이 발표한 Swift: Swin 4D fMRI Transformer 논문(Kim et al., 2023)은 4차원 fMRI 데이터를 처리하는 트랜스포머 모델을 최초로 제안하였으며, 이는 NeuroX AI 모델 개발에 중요한 첫번째 마일스톤이 되었습니다. 앞으로 세계 최대규모 뇌영상 데이터에 학습되는 “초거대 뇌 모델 (Large Brain Model)”, NeuroX는 뇌의 복잡한 기능과 구조적 표상을 학습함으로써, 다양한 뇌의 발달, 건강, 노화 상태와 인지 운동 행동 등의 기능을 예측하는 데 큰 도움을 줄 것입니다​​.

□ 연구 지원

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 뇌과학선도융합기술개발사업(책임연구자: 차지욱), 우수신진연구자사업(책임연구자: 차지욱), 정보통신기획평가원의 디지털글로벌인재양성사업(책임연구자: 차지욱), 서울대학교 창의선도연구자사업(책임연구자: 차지욱)의 지원으로 진행되고 있습니다​.

□ 프로젝트 웹사이트: Foundation Neuroscience AI Model - NeuroX

이 웹사이트는 NeuroX 프로젝트에 대한 추가 정보와 연구 목표, 기술적 상세 사항을 제공합니다. NeuroX는 뇌와 인지 기능에 대한 깊이 있는 연구를 통해 우리의 삶과 사회에 긍정적인 변화를 이끌어낼 것입니다​​.

□ 참고사항

본 연구팀이 사용할 세계 최대 아카데믹 연구를 위한 슈퍼컴퓨터 오로라; 네이쳐 선정 2024년에 주목할 과학 뉴스 10에 선정된 슈퍼컴퓨터(https://www.nature.com/articles/d41586-023-04044-9).