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문제 정의
- 거울뉴런 시스템에 연계된 시각정보처리 영역은 선행 학습된 topological preserving map(TPM) 기반 방법을 활용하였으며, 관측행동의 목적 판단을 위한 별도의 바이어스 유닛을 적용하였다. RNN 응답 모델을 구축하기 위하여 [22]에서 활용한 MTRNN을 기반으로 네트워크 학습 방법 및 구조를 개선하는 방향으로 연구를 진행하였다. 제안하는 거울뉴런 시스템 기반 모방적 동기화 및 학습 모델은 그림 10과 같다.
- 또한 거울뉴런 시스템과 이를 중심으로 한 내적 모델이 실제 HRI에 적용되기 위해 기존에 활용된 다양한 방법론을 소개하도록 하겠다. 거울뉴런 시스템을 이용한 HRI 시스템과 관련하여 본 연구실에서 수행된 관련 연구[24]에 대한 간략한 소개와 더불어 향후 발전 전망을 논해보고자 한다.
- 이를 위해 거울뉴런의 생태학적 특성을 기반으로 정립된 거울뉴런 시스템의 동작 메커니즘과 그 기능을 구현한 다양한 기술 동향들을 분석하고자 한다. 또한 거울뉴런 시스템과 이를 중심으로 한 내적 모델이 실제 HRI에 적용되기 위해 기존에 활용된 다양한 방법론을 소개하도록 하겠다. 거울뉴런 시스템을 이용한 HRI 시스템과 관련하여 본 연구실에서 수행된 관련 연구[24]에 대한 간략한 소개와 더불어 향후 발전 전망을 논해보고자 한다.
- 본 논문에서는 거울뉴런 시스템과 이를 중심으로 하는 중추신경계 모델을 구현하기 위한 이론적 배경과 선행된 관련 기술 동향들을 소개하였다. 거울뉴런의 생태학적 특성을 인간-로봇 상호작용 시스템에 적용하기 위하여 신경망, 확률 추론 기법, 동적 시스템 등의 다양한 방법들이 활용되었으며 대부분의 연구는 주어진 실험환경 조건에서 좋은 성능을 보였다.
- 본 논문에서는 거울뉴런 시스템에 기반한 중추신경계 모델을 기반으로 관찰된 행동에 대한 모방 학습 및 동기화 기능을 주목하였다. 이를 위해 거울뉴런의 생태학적 특성을 기반으로 정립된 거울뉴런 시스템의 동작 메커니즘과 그 기능을 구현한 다양한 기술 동향들을 분석하고자 한다.
- 지금까지 소개한 연구들은 관측행동을 기반으로 모방학습 및 동기화 수행을 목적으로 거울뉴런 시스템의 생태학적 특성에 대한 모델링을 다양한 방향에서 시도해왔다. 본 연구실에서도 이와 관련된 연구를 수행하였는데, 행동 시퀀스로 구성된 3차원 입력 데이터를 시각입력으로 정의하고 이에 대응하는 운동입력간의 모방적 동기화 및 학습과정을 구현하려 하였다. 이를 위해 생체조직 거울뉴런 시스템에서 수행되는 것과 유사하게 동기화 및 학습 과정이 구현하도록 SRM을 기반 LIF 모델로 새로운 RNN 응답 모델을 제시하고 이를 core-mirror circuit으로 활용하였다.
- 본 장에서는 거울뉴런 시스템과 이에 연계된 중추신경계 모델을 구현하기 위해 기존에 선행된 방법론 가운데 대표적인 사례들을 소개하도록 하겠다.
가설 설정
- ①감각 정보를 대응하는 운동 정보로 연계하고 ②모방 주체와 모방대상 간의 물리적 상태의 차이를 보정하고 ③관측된 행동에 내재된 의도 또는 목표를 이해해야 한다. 이러한 내재된 의도는 거울뉴런 시스템만으로 해석이 불가능하기 때문에 신경과학자들은 모방적 동기화 및 학습에 기여하는 중추 신경계에 연결된 내적 모델이 추가로 존재한다고 가정하였다. 그림 1은 거울뉴런 시스템의 기능을 모델링한 ‘core-mirror circuit’과 시각적 정보 처리 및 관측 행동 목적 이해를 제어하는 별도의 모듈들을 도시하고있다.
- 이를 입증하기 위하여 fMRI, EEG, PET 등의 뇌 영상 및 뇌 활동전위 측정 실험을 통해 목적을 가진 행동을 직접 수행하거나 다른 사람의 행동을 관찰하는 동안 활성화되는 대뇌 피질 영역의 반응성을 확인하여 다양한 결과를 얻게 되었다[5]. 이를 통해 확인된 거울뉴런으로 추정되는 신경세포의 집단을 거울뉴런 시스템이라 명명하였으며 해당 영역의 위치와 주요 기능들은 원숭이 실험을 통해 확인된 거울뉴런의 위치 및 기능에 유사하고 저수준의 운동에 대한 모방에 관여하는 것으로 추정된다는 가설이 세워지게 되었다[5].
- 하지만 인간의 경우 원숭이를 통한 실험과는 다르게 거울뉴런에 해당하는 단일 세포만을 분류해서 실험하기가 실질적으로 어렵고 단일 신경 세포만으로는 저차원의 행동일지라도 이해와 모방이 불가능하기 때문에 어떤 신경계 구조가 존재하여 거울뉴런의 기능을 포함하여 수행한다는 가설을 세워졌다. 이를 입증하기 위하여 fMRI, EEG, PET 등의 뇌 영상 및 뇌 활동전위 측정 실험을 통해 목적을 가진 행동을 직접 수행하거나 다른 사람의 행동을 관찰하는 동안 활성화되는 대뇌 피질 영역의 반응성을 확인하여 다양한 결과를 얻게 되었다[5].
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