생물 . 물리를 만나 기절 초풍(경고)

[vicfalls]

생물. 물리를 만나 기절 초풍 (경고)
물리학은 통합된 관점이 있다. 기본 법칙이 있고 법칙에서 연역 된 많은 것들이 나온다. 그러나 생물학의 통합원리라고 할만한 것은 왓슨과 크릭의 DNA. DNA에서 RNA, RNA에서 단백질로 진행된다는 Central Dogma 정도. 그 외에는 생물학에 일관된 법칙 같은 게 거의
없다. 그래서 많은 학자들이 특히 Brain scientists가 그 근본이 되는 무엇인가를 상정하려 의식이라는 연구에 매달리게 되었다. 물리에 통합장 이론이 있는데, 생물학에는 생명현상을 관통하는 원칙이 없다. 그것을 만들려는 시도들이 일어나기 시작했는데 그 초기 버전이 카프라의 현대물리학과 동양사상으로 전세계 50만부 이상 팔렸고 도올 김용옥 선생도 하버드 대학에서 그 책을 읽었다 하고,
사회에 엄청난 영향을 끼쳤다. 라즈니쉬, 크리슈나무르티, 마하르쉬같은 구루이야기가 1970년대 1980년대 왕성했다. 명상으로 캘리포니아 히피 문화와 월남전의 정치적 배경으로 영향을 미치게 되었다. 과학이 new science movement 신과학운동으로 동양사상과 과학을 접목해보자 하였다. 그런데 그 물결이 과학의 저변을 확대하는 데는 도움이 됐으나 구체적 생산성이 없어 엄밀한
과학으로 도달하지 못하고 명맥이 끊어졌다. 심지어 유사과학으로 몰리고 엄밀과학으로의 방해요소가 되었다.
2010년 즈음에 다른 버전의 통합이 일어나기 시작했다. 인공지능의 히스토리를 들어보면 1950년대. 컴퓨터가 처음 나오던 그때. 반도체 메모리 칩이 나오면서다. 컴퓨터 사이언스. 반도체는 순수한 재료과학. 물리학 베이스인데, 그것의 이론적 베이스, 논리적 베이스를 인공지능이라 보면 된다. 컴퓨터 사이언스, 인공지능을 했던 사람들이 1950년대 꿈 꿨던 것은 인간의 브레인을 그대로 흉내
내는 것이었다. 디바이스를 만드는 데는 성공했다. 바로 반도체 D램. 그것의 이론적 배경인 인간의 정신작용을 흉내낸다는 AI는 3번의 찬바람을 맞는다. 심지어 중간 단계는 사이비로 몰려 연구 펀드가 끊어지기까지 했다. 소재과학은 삼성전자가 되고, 맥 만들고 성공을 거두었다. 처음에 인공지능을 떠올리며 접근, 자동화된 의료기기까지 올라갔으나 10~15년 정도 연구 붐이 삽시간에 사라졌다. 성과가 나오지 않자 연구 테마도 바꾸고 했으나 소수 그룹은 포기하지 않고 매달려 인공지능의 아버지가 된다. 캐나다 토론토의 힌튼(2024년 AI로 노벨 물리학상) 교수 팀이 그들이다. 2012년 전세계 시각 경연 대회(시각인식) 1년에 1% 향상시키는 당시 상황을 75%에서 85%로 끌어 올렸다. CNN, ALEKS인식시스템 등으로 두 번의
찬바람을 맞고 세 번째 빛을 보게 된다. 그러나 이것은 생물학은 아니다. 힌튼과 동문수학 한 사람이 2012년 노벨상을 받는다. 그가 바로 힉스. 힌튼은 물리학, 수학, 논리학, 뇌과학에 정통한 종합학문을 한 사람이다. 물리학이 이론체계에 의해서 인류에게 물질세계를 이해하게 했다. 따라서 AI쪽으로 간 것은 인류에게 확신을 준 것. 자율주행, 음성인식으로 생물학 전체를 물리학만큼
엄밀한 과학으로 통합성 있는 기본원리로 생명 시스템 전체를 설명하고픈 욕망이 AI가 성공하면서 신과학운동에서는 한 번도 해보지 않은 그룹이 나오게 되었다. 영국 런던 대학 신경과학과 정신과 의사 프리스톤은 소프트웨어 전문가로 MRI, PET장비, 뇌파EEG장비에 들어가는 소프트웨어 SPM(statistical parametric mapping), BOLD(the blood -oxygen-level dependent)signal을 통계적으로 2차원 지도를 만들었다. 물리학의 가장 성공한 이론을 빌려 생물학 전체를 관통하는 이론을 만들고자 했다. 물리학에서 반도체 혁명, 통신 혁명을 일으킨 핵심 이론 도그마가 있는데 게이지 이론(gauge theory, 입자물리학 이론)이다.게이지라는 말은 철도산업에서 나온 용어로 서로 다른 시스템의 게이지를 맞추려고 이론 물리학자들이 차용해 쓰게 되었다. 우주에 빅뱅이 터지고 네 가지 힘이 분화돼 나왔다. 중력, 강한 상호 작용, 약한 상호 작용, 전자기력. 네 가지가 분화되어 나오는 과정을 gauge symetry가 깨졌다고 말한다. 예로 축구공.완벽하게 동그란 게 대칭. 그런데 찌그러졌다. 펴야지. 펴려면
바람을 넣어줘야하니 바람이 force가 된다. 축구공을 펴는 것을 게이지 대칭으로 돌아간다고 한다.
칼 프리스톤은 입자물리학의 게이지 이론을 생물학에 그대로 도입하기로 한다.
입자물리학자들은 라그랑지안을 시공에 대해 적분한다.
라그랑지안은 시계추가 움직일 때 가장높이 올라가면 움직임이 0(운동에너지min), 위치에너지 max. 가장 아래 지날 때 속도는 가장 빠르고(운동에너지 max), 위치에너지 min. 고전물리학에서 나오는 운동에너지와 위치에너지(potential energy)의 차이. 라그랑지안이
줄어드는 방향으로 자연의 모든 현상은 나아간다는 것을
물리학자들은 100년 전부터 알고 있었다.
L = T – V L (q, q’)
이 라그랑지안을 우주 전체에 대해 적분한 값을 작용이라 한다.
S(작용) = ∫Ldt δs -> 0 (Hamiltonian principle)
그 작용이 우주를 만든 기본 원리다. 우주의 모든 현상은 작용이 줄어드는 방향으로 흘러간다. 최소작용의 법칙이라 한다.
우리도 많은 길이 있으나 지름길이 항상 만들어지고, 빛도, 페르마의 원리도. 자연의 모든 현상은 작용이 줄어드는 방향, 안정화 되는 방향, 에너지(운동E-위치E)가 최소화 하는 방향으로. 바람이든, 사람 마음이든, 태양이든 모든 것이 운행된다.
인간의 인식작용, 정신분열, 자폐증, 꿈에 대한, 암에 대한
이야기까지 생물학의 도그마로 봤을 때 국부적으로 맞는다. 약을 먹을 때 부작용이 생기는데 약의 부작용이라 함은 생리학 전체를 통합할 무엇이 없다는 말이다. 프리스톤은 최소작용의 법칙(헤밀톤 방정식)을 생물학에, 구체적으로 브레인에 적용해 보겠다 선언한 것이다. 태양이 움직이고, 핵융합이 일어나고, 반도체가 동작하는 이것을 우리 브레인에 적용할 생각은 아무도 하지 못했다. 우리는
고정관념에 젖어 있었다고 그는 말한다. 마음이 작동하는 것과 물질이 작동하는 것은 다를거야라고 생각해 왔다는 것이다. 그게 더 직관적이기 때문이다. 프리스톤이 물리학에서 가져온 작용, 곧 라그랑지안인데 인간에게 적용될 때는 free energy라 이름 붙혔다.
작용최소의 법칙은 free energy최소의 principle이 되어야 한다 했다.
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하나인데 같지 않고 둘인데 다르지 않은 상태
和而不同 不二
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그런 상태가 있는가. 있다. 경계가 그것이다.
최인훈의 광장에서 북도 선택하지 않고, 남도 선택하지 않은 포로가 나온다. 경계인. 경계란 안에도 밖에도 속하지 않은 상태이다. 경계를 볼 수 있는 자는 경계에 서서 경계를 자각하고 경계에 머물러야 한다.
그 경계가 무엇인가 바로 우리의 세포막이오, 브레인이다. 이 개념으로 연결된 것이 마코프 담요(Markov Blanket)이다. 생명은 프리에너지가 작아야 생존에 유리하다. 프리에너지를 최소화하는 방향을 추구한다. 생명은 에너지 즉 엔트로피가 줄어든 상태이다. 엔트로피가 줄어야 내부에 질서가 생기고 브레인이 진화하는 것이다. 엔트로피가 줄어들었다가 무슨말인가. 내가 자연의 인과구조를 그대로 카피했다는 뜻이다. 엔트로피가 높으면 내부에 혼란이 일어나고 자연이 주는 정보를 받아들일 수가 없다. 내가 굶어 죽는 것이다. 내가 살기 위해 내부의 엔트로피를 낮춰야 한다. 나의 내부 엔트로피를 낮추는 것은 두 가지로 나타난다. 똑바로 보고 잘 생각하게 된다. 무슨 철학적 사유처럼 들리지만 구체적으로 정신분열증, 자폐증, 우리수면에 대해 방정식으로 적용하여 힘을 갖게 된다. 마음을 편안하게 하는 것을 수식으로 풀어 확률로 이야기하게 된다. 기존의 확률은 빈도수로 경향을 예측한다면 이쪽 확률은 믿음에 대한 통계이다. 믿음에 대한 통계가 인류에
혁명을 일으키는데 AI라 부른다. AI는 인간을 흉내낸다. 사람의 시각을 흉내낼 때 관건은 얼마나 그럴듯한가이다. 그것을 믿음이라 한다. 이것을 다루는 확률, 통계를 베이지언 통계라 한다. 즉 신념을 확률로 다루는 통계.
감동적인 장소나 장면을 말할 때 각자의 기억에 따라 나타난다. 정치적 신념이든, 종교적 신념이든, 철학적 신념이든 각자가 각각의 다른 기억에서 만들어진다. 그 사람의 주장, 판단 이것을 확률로 따지겠다는 것. 이것이 베이지언 통계로 4차 산업, 딥러닝 등의 바탕이 되었다. 사람의 기억 분포가 사전확률이 된다. 수십년간 학습한 이전
기억을, 신념을 형성한 기억을 세계모델이라 하고 사람마다 다르다. 지금 그 사람의 현안을 통해 의견이 생긴다. 현안을 봤다는 그 감각(sensory)도 이전 기억에 의해 편향이 돼있다. 지금 보고 있는 확률과 이전의 세계모델의 곱을 구한다. 계산량이 엄청나 인류가 엄두를 내지 못했다. 이것을 처음 계산한 팀이 알파고. 이세돌이 수
하나 놓을 때 흐르는 전기량의 8600배의 에너지를 써서 그 많은 경우의 수를 따져 계산한다. 인공지능을 만들고 앞으로 나아가는 데 걸림돌은 논리적 연산의 계산 문제가 아니고 에너지의 문제이다. 코인 마이닝 채굴에 드는 전력이 작은 도시의 전력량과 맞먹는다. 계산량이 어마어마. 그 계산 전용 반도체칩이 출현했다. 한 순간
경우의 수를 수천, 수만 가지 계산을 알파고가 했고 그 베이스가 베이지언 통계이다. 나의 이전기억이 있다. 세계모델. 수십년 공부한 정보. 그리고 내가 지금 보고 있는 것. sensory정보. 이 두 가지가 우리 브레인 안에 전부로 이 두 개를 연결하는 것이다. 비교하여 나온 것을 예측, 예측 추론이라고 한다. 우리 브레인 예측과 예전 기억이
맞나 틀렸나를 투사하는 과정을 한다. 맞았을 때 자기 확신이 생기고 틀리면 밖(자연)은 바꿀 수 없고 내가 오류를 수정해야 하는데 그 오류값이 free energy. 오류값 최소화가 free energy최소화. 어떻게 minimize할 수 있을까. 감각과 운동을 통해서이다. 아하 알았어 확인했을 때 끝나는 것이다. 그 때가 바로 자연의 인과가 copying 되는 것이다. 이 모든 현상이 확률이다.
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2018 칼 프리스톤 논문
The hierarchical nesting of Markov blanket instantiates Dawinian Dynamics.
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Dawinian Dynamics:지난 40억년간 진화해 온 모든 생명
Markov blanket:위계적 둥지가 자연에 출현했는데 그 둥지이름이 Markov blanket.
우리가 안죽으려면 안전한 장소에 있어야 한다.
그것이 Markov blanket으로 집이 될 수도, 엄마 품이 될 수도, 국가가 될 수도, 여러가지가 될 수 있다. 내 internal은 피부가 되고, 내 피부는 경계에 있다.
밖은 자연이고 그 경계는 가상적 막인데 확률적 막으로 상황에 따라 물리적 막으로 실체화 된다. 입을 예로 들어보자. 입을 열어야 음식물이 들어온다. 닫으면 독약이 들어 올 일이 없어 안은 안전하나 굶어 죽을 수도 있다. 그러면 상황에 맞춰 입을 열어야 한다. 조건부로 입을 열고 닫아야 한다. 이 확률이 조건부 확률이다. 베이지언 통계는 전적으로 조건부 확률이다. 우리의 생존이 조건부로 허락되는 것이다. 당신이 왜 이런 의견을 내 놓느냐. 당신의
이전기억이 달라서다. 그 이전 기억이 조건이 되는 것이다. 우리의 모든 행위는 조건이 없으면 nonsense. 자연은 끊임없이 바뀌고 우리는 이것을 끊임없이 리모델링 해야 한다. 경계에 선 자만이 변화하는 자연을 볼 수 있다. 우리가 일상생활에서 쓰는 것이 믿음의 통계라 불리는 베이지언 통계다. Markov blanket이 경계면. 확률적 면. 세포막이 될 수도 있다. 그렇게 되어 온 과정이 진화다. Markov blanket이 instantiate되고 실제 물질 시스템으로 생명, 온갖 종으로, 수천 종으로 만들어진 것이다. 기본원리에서 통계가 물질이 된 것이다. 통계가 생명 현상에 적용되었을 때, 세포막이 되고 피부가 되고 모여모여 동물이 되고 우리가 되고… Markov blanket은
1988년에, 그 전 1960년에 Markov chain이 나왔는데, 자연에 일어나는 모든 현상을 확률적으로 봤을 때 대부분의 확률은 상관관계가 없다. 내가 배가 고픈것과 내일 비가 올 확률은 아무 관계가 없다. 내 배가 고픈 것은 오늘 아침 밥 먹은 양과 관계가 있다. 시간적으로 나와 관계되는 확률 연결은 한 시간 전 나. 시간 도면에서 Markov 경계가 present현재. Markov 경계가 우주를 감싸는 이유는 세포나 둥우리처럼 공간적으로 적용된다는 것이다. 자신과 직접 연결된, 노드라 하는데, 확률적으로 직접 연결된 노드는 몇 개 되지 않는다. 직접 연결된 마지막 경계면이 Markov blanket이다. 담요는 vibration한다.
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살아 있다는 것은
하나인데 같지 않고 둘인데 다르지 않은 상태
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Being you의 저자 아닐 세스는
우리가 보는 모든 정신작용은 제어된 환각이다. 꿈은 환각이다. 살아 있다는 것은 감각입력의 오차를 줄이는, prediction error를 최소화하는 과정이라 말한다.
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AI혁명의 베이지안 믿음을 확률로 바꾼 게 free energy라는 것을 증명한 것이다.