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음성 언어 처리 과정,대규모 언어 모델의‘층별 처리’와 유사

인간의 뇌가 말을 이해하는 방식이 인공지능 언어 모델의 작동 원리와 매우 유사하다는 연구 결과가 나왔다.사진=게티이미지뱅크

인간의 뇌가 말을 이해하는 방식이 인공지능 언어 모델의 작동 원리와 매우 유사하다는 연구 결과가 나왔다.음성 언어의 의미가 뇌에서 한 번에 완성되는 것이 아니라 단계적으로 축적되며 형성된다는 점에서,GPT 계열 대규모 언어 모델의 처리 구조와 비슷하다는 분석이다.

과학매체 사이언스데일리 등 보도에 따르면 이스라엘 예루살렘 히브리대의 아리엘 골드스타인 박사와 구글 리서치의 마리아노 샤인 박사 등으로 이뤄진 공동 연구진은 인간이 말을 이해하는 방식과 현대 AI 모델이 텍스트를 처리하는 방식 사이에 예상치 못한 유사성이 존재한다는 사실을 밝혀냈다.이 연구 결과는 학술지 ⟪네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)⟫ 최근호에 발표됐다.

연구진은 전기피질뇌파검사를 이용해,참가자들이 약 30분 분량의 팟캐스트를 듣는 동안의 뇌 활동을 기록했다.이를 통해 음성 언어가 처리되는 시간적 순서와 뇌 영역별 반응을 정밀하게 분석했다.

이후 해당 뇌 신호를 GPT-2,아바타 바카라람마(Llama) 2와 같은 대규모 언어 모델의 층별 처리 과정과 비교해,뇌 반응이 AI 모델의 어떤 처리 단계와 가장 밀접하게 대응하는지를 평가했다.

분석 결과,인간의 뇌는 음성 언어를 이해할 때 단계적인 처리 구조를 따르는 것으로 나타났다.말을 듣자마자 나타나는 뇌 반응은 먼저 "이게 어떤 단어인가"를 파악하는 수준에 머문다.이 단계는 인공지능이 문장을 입력받았을 때,가장 처음에 단어의 형태나 기본 정보를 읽어들이는 과정과 비슷하다.

이후 시간이 조금 지나면 뇌의 반응이 달라진다.앞에서 들은 단어들을 앞뒤 문장과 연결해 "이 말이 무슨 뜻인지","전체 문맥에서 어떤 의미인지"를 이해하려는 과정이 시작된다.이때의 뇌 반응은 인공지능이 여러 정보를 종합해 문장의 의미를 완성하는 깊은 처리 단계와 같은 역할을 하는 것으로 분석됐다.

이러한 흐름은 특히 브로카 영역처럼 언어 이해를 담당하는 고차 언어 영역에서 더 뚜렷하게 나타났다.이 영역에서는 단순한 단어 인식이 아니라,문맥과 의미를 종합할수록 뇌 반응이 더 늦은 시점에서 강하게 나타났다.즉 의미를 만들어내는 데 시간이 필요하다는 것이다.

연구진은 또한 사람의 뇌 활동을 분석할 때,아바타 바카라단어를 쪼개서 보는 방식과 문맥을 함께 고려하는 방식을 각각 적용해 비교했다.그 결과,단어의 소리나 형태 같은 기본 요소만으로는 뇌가 말을 이해할 때 실제로 어떻게 움직이는지를 제대로 알 수 없었다.

반면 인공지능 언어 모델은 단어 하나하나를 따로 보지 않고,아바타 바카라앞뒤 문장과 상황을 함께 묶어 의미를 만들어낸다.이런 방식으로 만들어진 '맥락 중심의 표현'을 사용했을 때,사람들이 말을 이해하는 동안 나타난 뇌 활동의 변화가 훨씬 더 정확하게 설명됐다.

즉,뇌는 말을 이해할 때 단어 조각을 하나씩 처리하는 방식보다,문장이 이어지는 흐름 속에서 의미를 종합하는 방식으로 작동하며,이 점에서 인공지능 언어 모델의 처리 방식이 실제 인간의 언어 이해 과정과 잘 맞아떨어진다는 뜻이다.

골드스타인 박사는 "이 연구에서 가장 놀라웠던 점은 의미가 시간에 따라 전개되는 뇌의 방식이 대규모 언어 모델 내부에서 일어나는 변환 순서와 매우 가깝게 맞아떨어진다는 사실이었다"며 "구조적으로는 전혀 다르게 만들어진 시스템임에도 불구하고,두 시스템 모두 단계적인 이해 축적이라는 유사한 방식으로 수렴하는 것처럼 보인다"고 설명했다.


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