예를 들어, 디지털 기기나 앱 설계에서 고령자, 장애인, 비주류 문화권 사용자 등은 쉽게 소외되며 이는 UX디자인이 ‘모두를 위한 디자인’이라는 이상과 현실 사이의 간극을 보여준다

이러한 문제의식을 바탕으로 나는 UX디자인이 정말로 모든 사용자를 포용하고 있는가, 혹은 의도치 않게 누군가를 배제하고 있는가를 탐구하고자 한다

또한 UX디자인은 ‘사용자 중심 설계’라는 개념을 바탕으로 한다 이는 디자이너가 아닌 실제 사용자 입장에서 생각하고 설계해야 한다는 뜻으로, 다양한 연령, 신체 조건, 문화적 배경을 고려하는 것이 중요하다 따라서 이 디자인이 누구를 중심에 두고 설계되고 있는지를 비판적으로 살펴보며 ux디자인의 어떤요소들이 사례를 조사하고 어떤집단들을 소외시키고있는지 탐구할 계획이다

첫번째 사례로는 색상에 의존한 디자인의 한계 입니다

디지털 제품에서 비활성 버튼을 회색으로 처리하는 것은 오랜 UI 디자인 관습이지만, 색각 이상자에겐 명확한 정보 전달이 되지 않을 수 있습니다

색상만으로 상태를 구분하는 것은 한계가 있으며, 명도 대비 확보와 함께 텍스트, 테두리, 아이콘 등 보조 신호를 병행하는 디자인이 필요하기에 UX디자인은 감성보다도 정보가 누구에게나 명확하게 전달되는가를 기준으로 판단되어야 합니다

이런 문제는 게임 UX에서도 종종 발견됩니다

일부 게임에선 색상의 차이만으로 정보를 전달하는 경우가 있는데 문제는 이런 디자인이 색각 이상을 가진 사용자에게는 정보를 정확하게 인식하는 데 어려움을 줄 수 있다는 점입니다

예를 들어, <로스트아크>라는 게임에서는 한때 색상만으로 특정 패턴을 넘겨야 하는 기믹이 있었습니다

하지만 색각이상(색약) 을 사진 사용자들에게 정보 인식 자체가 어려웠습니다

그래서 제작사 스마일게이트는 이런 문제는 업데이트를 통해 색약 모드를 제작하여 해당 패턴의 모양을 각각 다르게 설계해 색뿐만 아니라 형태적 차이로도 정보를 전달하는 방식을 도입해 개선했는데 이는 단순한 디자인 변경이 아니라, 더 많은 사용자가 게임 콘텐츠를 즐길 수 있게 만든 포용적 UX 개선이었습니다

일상 속에서 우리는 다양한 형태의 문을마주하는데 예를들어 직접 여는 손잡이가 달린 문, 센서가 열어주는 자동문, 발로 열 수 있게 설계된 위생문 등 그 방식은 점점 다양해지고 있습니다

이러한 변화는 단순한 기술의 발전 때문만이 아니라, 다양함 사용자의 상황과 불편함을 줄이려는 UX디자인의 고민에서 비롯된 결과라고 볼 수 있습니다

가장 기본적인 ‘여는 손잡이’는 오랜 시간 동안 표준처럼 쓰여왔지만, 두 손에 짐을 들고 있거나 손을 쓸 수 없는 상황에서는 큰 불편함을 줍니다

또한 위생이 중요한 병원, 식당, 공공화장실 등에서는 손을 대는 것 자체가 비위생적일 수 있다는 문제가 제기되었습니다

이러한 불편함을 해결하기 위해 등장한 것이 자동문입니다 자동문은 사용자의 신체 움직임을 감지하여 문을 열어주는 방식으로, 손을 대지 않고도 출입이 가능합니다 이는 특히 노약자, 장애인, 유모차를 끄는 사람 등 다양한 사용자의 이동 편의를 고려한 대표적인 UX디자인의 진화라 할 수 있습니다 그러나 자동문은 설치 비용과 에너지 소비가 크고, 고장 시 대응이 어려운 점도 있습니다

이에 더해 최근에는 발로 여는 문 구조도 점차 확대되고 있는데 주로 공공 화장실 출구나 음식점 주방 문 등에서 볼 수 있는 이 구조는 발로 문 아래쪽의 철판을 밀어 여는 방식으로, 손을 쓰지 않고도 문을 열 수 있게 하여 위생과 효율을 동시에 만족시킨 UX 설계입니다

이처럼 다양한 문 형태는 단순히 기술적 편리함을 넘어, 사용자의 행태, 상황, 불편함을 세심하게 분석한 결과물입니다

UX디자인은 ‘사람의 행동을 예측하고, 자연스럽게 이끄는 설계’라는 본질을 가지고 있으며, 하나의 문 구조에서도 다양한 사용자를 고려한 배려와 진화를 발견할 수 있습니다

이로 인해 노인, 장애인 등 다양한 소수자들은 사용자 경험에서 배제되는 상황이 발생합니다 이러한 문제를 해결하기 위해 UX 디자인을 ‘모든 사람을 위한 디자인’으로 전환하는 것이 과연 윤리적으로 정당한지에 대해 철학적 관점에서 탐구해보았습니다

롤스의 정의론

우선, 롤스의 정의론은 이 전환을 ‘윤리적으로 정당하다’고 봅니다

롤스는 정의로운 사회는 무지의 베일 뒤에서 모든 이가 공정하다고 인정할 수 있는 원칙에 따라 구성되어야 한다고 주장합니다

무지의 베일이란, 자신이 어떤 사회적 위치, 능력, 신체 조건을 가지게 될지 모른다는 가정하에 사회 제도를 설계하자는 개념인데 이를 UX 디자인에 적용하면, 누구든지 장애인, 노인, 문맹자일 수 있다는 가능성을 인정하고, 그러한 사람들도 불편 없이 사용할 수 있도록 설계하는 것이 정의롭다는 결론을 내릴것입니다

따라서 롤스의 관점에서는 UX 디자인을 소수자까지 포함하는 포용적 방향으로 개선하는 것이 도덕적으로 요구되는 일입니다

공리주의

반면, 공리주의는 이 문제를 전혀 다르게 바라봅니다 벤담과 밀 등의 공리주의자들은 어떤 행동이 옳은가를 판단할 때, 그것이 ‘최대 다수에게 최대 행복을 주는가’를 기준으로 삼습니다

이 입장에서 보면, UX 디자인을 모두에게 맞추려다 보면, 인터페이스가 복잡해지고, 시각적 집중도나 반응 속도가 떨어져 다수 사용자에게 불편을 줄 수도 있습니다

예를 들어, 젊은 층이나 일반 사용자들에게는 간단하고 직관적인 디자인이 효율적일 수 있는데, 포용적 UX를 만들기 위해 모든 요소에 대한 설명을 덧붙이거나 인터페이스를 단순화하면 오히려 대다수의 사용자 경험이 저하될 수 있습니다

이 경우 공리주의는 소수자를 배려하는 것이 전체 행복을 줄이는 결과가 된다면, 윤리적으로 바람직하지 않다고 볼것입니다

따라서 롤스는 공정성과 권리의 평등을 우선시하며 모두를 위한 UX를 지지하는 반면, 공리주의는 전체 효율성과 행복의 총량을 중시하며 때로는 포용적 UX에 회의적인 입장을 취할 수 있습니다

객관식 문제만 잘 푸는 것으로는 부족해지고 있어요.

이상의 <날개>는 1930년대 식민지 지식인의 소외감과 무력감을 상징적으로 표현함. 화자는 아내의 권유로 밖에 나가지만 목적 없이 거리를 떠돌며 머릿속으로만 ‘날개 달린 인간’을 상상하며 현실에서는 아무것도 바꾸지 못함. 화자는 밖에 나가지만 목적 없이 거리를 떠돌 뿐임. 머릿속으로만 ‘날개 달린 인간’을 상상하며 현실에서는 아무것도 바꾸지 못함. 화자는 “다시 날개가 돋아난다”고 말하며, 언젠가 자유롭게 날 것 같은 희망을 품음.

카프카의 <변신>은 주인공 그레고르가 갑자기 벌레로 변신하고 가족과 사회에서 역할을 상실하면서 인간으로서의 정체성을 잃음. 두 인물 모두 사회와 타인의 시선 속에서 정체성을 잃고 소외됨.

이 줄거리를 실존주의 학자들의 사상과 연관해보면,

사르트르의 관점에서 <날개>의 화자는 사르트르가 말한 ’실존은 본질에 앞선다‘ 는 원리를 실현하지 못함. 자신의 삶을 선택하고 책임져야 하는데, 오히려 모든 선택을 타인(아내)에게 맡기고 무책임한 상태에 머물렀다고 볼 수 있음. 사르트르는 인간이 본질적으로 자유롭고, 스스로 선택하고 책임질 때 진정한 본질이 형성된다고 봄. 화자가 결말에서 ‘날개가 돋았다’고 느낀 것은 자신이 더 이상 타인의 규정에만 묶여 있지 않고, 자유롭게 자기를 만들어갈 수 있다는 가능성을 인식한 것. 즉, 자유 의지와 책임 윤리에 대한 첫 자각이라고 볼 수 있음!

야스퍼스의 관점에서 <변신>에서 그레고르의 갑작스러운 변신은 극한상황에 해당됨. 하지만 그레고르는 이를 실존의 각성과 자유의 계기로 삼지 못하고 오히려 더 수동적이게 됨. 야스퍼스의 관점에서 보면 그는 ‘자신의 실존에 대한 자각’에 실패함.

칸트의 의무론은 인간을 ‘목적 그 자체’로 대해야 한다고 말한다. <변신> 에서 그레고르는 가족의 경제적 수단으로 취급되다가 벌레로 변하자 더 이상 쓸모가 없다는 이유로 버림받는다. 이는 가족이 그레고르를 인격적 존재로 대하지 않고 철저히 도구화했다는 것을 보여준다. <날개> 의 ‘나’ 또한 아내에게 감금되듯 제한된 공간에서 무력하게 살아가며 자신이 자유로운 주체가 아니라 타인의 필요와 시선에 종속된 수단이었음을 깨닫는다. 칸트의 관점에서는 이런 상황이 인간의 존엄성을 훼손하는 비도덕적 행위가 된다. 이로써 두 작품은 인간을 수단으로만 대하는 행위가 왜 도덕 법칙에 어긋나는지 드러낸다고 해석 할 수 있다.

레비나스의 타자 윤리는 타자의 얼굴을 마주할 때 책임과 윤리가 시작된다고 본다. <변신> 에서 가족은 그레고르의 변화된 몸을 통해 그의 고통과 두려움을 직시하지 않고 괴물로 낙인찍어 타자성을 제거한다. 이는 타자를 온전히 이해하려는 윤리적 책임의 부재를 보여준다. <날개> 에서도 ‘나’는 아내에게 자신의 고통과 소외감을 전혀 인정받지 못한다. 레비나스의 관점에서는 타인의 고통과 목소리를 마주하고 응답해야 진정한 윤리가 성립한다. 두 작품은 주인공들이 철저히 타자로서 배제되고 응시조차 받지 못할 때 인간 관계가 얼마나 쉽게 비윤리적으로 변할 수 있는지를 보여준다고 해석할 수 있다.

조지 오웰 <1984> 에서는 전체주의 국가 ‘오세아니아’에서 ‘빅 브라더’의 철저한 감시와 통제로 개인의 사상과 자유가 억압된다. 주인공 윈스턴 스미스는 당의 거짓과 억압에 의문을 품고 저항하려 하지만 결국 체제에 굴복하고 세뇌당한다. 권력의 억압과 사상 통제, 자유와 정의의 상실 , 권력 집중과 불평등을 롤스의 차등원칙으로 분석할 수 있다. 롤스의 관점에서, 모든 사회 제도는 ‘무지의 베일’ 뒤에서 모두에게 공정한 원칙으로 설계되어야 한다고 본다. 하지만 <1984> 의 체제는 이를 완전히 배반한다. 표현의 자유, 사상의 자유 등 기본권이 모두 억압되어 롤스가 말한 1원칙(자유 보장)이 완전히 무너진다.

<1984> 는 개인의 기본권과 자유가 완전히 억압된 사회를 그려냄으로써, 롤스가 주장한 ‘평등한 자유의 원칙’이 무너질 때 인간성이 얼마나 쉽게 파괴될 수 있는지를 극단적으로 보여준다. 특히 빅 브라더 체제는 권력의 집중과 불평등 구조가 사회적 약자를 위한 이익으로 작동하지 않는다는 점에서 롤스의 차등 원칙도 철저히 배반한다. 이는 공정한 제도 설계가 부재할 경우, 소수 권력층의 이익을 위해 다수 시민이 통제되고 착취될 수 있음을 경고한다. 따라서 롤스가 강조한 무지의 베일과 공정한 절차의 중요성은 개인의 기본권을 지키는 핵심 장치로 다시 생각해볼 만하다.

이 작품은 감시와 통제의 문제를 통해 오늘날 디지털 감시사회와 빅데이터 시대의 윤리적 쟁점과도 연결된다. CCTV, 인터넷 데이터 수집, 인공지능 감시 같은 기술 발전이 개인의 자유와 권리를 어떻게 위협할 수 있는지를 비판적으로 바라보게 한다. 또한 심화되는 빈부격차와 기회 불평등 문제는 여전히 롤스의 정의론이 현대 사회에서 유효한 기준이 될 수 있음을 시사한다. 결국 <1984>는 공정한 분배와 자유 보장을 균형 있게 실현하지 못한 사회의 파국을 보여줌으로써, 우리 사회가 어떤 제도와 가치 위에 설계되어야 하는지를 다시 묻게 만든다. 이는 청년 세대가 공정성 논쟁을 중요하게 여기는 현실과도 맞닿아 있다.

'한'의 정서는 특히 시문학에서 자주 드러나며, '황조가' 고려가요 '가시리, '서경별곡', 소설 '이생규장전' 등에서도 뚜렷하게 나타난다.

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탐구한 양이 많기에 일부, '황조가'를 조사한 것을 예로 보자면,

훨훨 나는 저 꾀꼬리

암수 서로 정답게 노니는데

외로울사 이 내몸은

뉘와 함께 돌아가꼬
<황조가>

이 속에는 한국의 한의 정서가 나타나며, 화자가 자연물과 자신의 처지를 대비하며 체념과 허탈감이 드러난다고 볼 수 있다.

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이렇듯 시에 대한 해석과 더불어 시 구절 및 표현을 찾으면서, AI 기계 학습을 위한 충분한 양의 데이터를 확보하기 위해, 1일차에는 위에 언급한 작품들을 포함한 다양한 문학 작품에서의 표현들을 최대한 많이 수집하고, 이를 화자의 태도별로 분류하여 정리하고 있습니다.

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질문은 "이 시에서 화자가 느끼는 감정을 설명해라", "(응답 답변) 외에도 이 시에는 어떤 감정 뉘앙스가 담겨 있는가?", "이 시는 한국 만학에서 '정' 혹은 '한'의 예시로 언급됩니다. 여기서 '정' 혹은 '한이 어떤 방식으로 나타나는가?" 등으로 구성되며, 이러한 질문들로 정서 파악도를 확인할 것입니다.

우선, 팀원 간 역할 분담 및 데이터 정리 일정이 생각보다 지연되면서 실험 준비에 필요한 자료를 모으고 논의가 늦어졌고, 동시에 바닐라 AI모델과 사전 예제로 학습한 모델로 비교하는 환경 구축에 기술적 어려움이 있었다. 특히, 모델 초기화 및 학습 세팅 과정에서 안정적인 결과를 도출해내기 위한 기술 구축에 시간이 더 소요되었다. 또한, 일정상 충분한 테스트 시간을 확보하지 못해 계획했던 실험을 완전히 수행해내지 못했지만, 실험 설계안과 정서 인식 비교 질문 항목, 평가 기준 등은 모두 갖춰져 있어 추후 실험이 가능하도록 기반은 마련된 상태다.

이 과정에서 광고 문구가 단순한 제품 소개를 넘어서 소비자의 심리적 동기와 행동을 적극적으로 이끌어낸다는 점을 확인할 수 있었다. 또한 소비자들이 이러한 희소성에 반응하는 배경에는 사회적 비교, 소속감 추구, 그리고 소비 행위를 통한 자기 표현 욕구 등이 복합적으로 작용한다는 점에 주목하였다. 앞으로는 이들 광고 문구와 전략이 실제 소비자 선택에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 그로 인해 형성되는 소비 문화의 변화까지 심층적으로 탐구할 계획이다.

다양한 인터넷 자료에서 '정'을 '감정적 기반', '관계적 감정', '사물이나 대상에 느끼는 마음'으로 명시적으로 정의하고 있다는 점을 확인했습니다.

1일차에는 위의 언급한 문헌 자료 외에도, 인터넷 자료에서 들어난 '정'의 정의들을 수집하고, 이를 정서적 정의에 따라 분류하고 있습니다.

시나 문학 작품에서 '정'을 느낄 수 있는 구절들을 찾는 작업과 병행하여, AI 기계 학습을 위한 데이터 기반 정서 학습 자료로서의 활용을 가능성을 염두에 두고 정서 정의 문구들을 체계적으로 정리하고 있습니다.

두 모델에 동일한 문장을 입력한 후, 각 모델이 산출하는 정서적 이해의 깊이와 한국적 문화적 맥락을 얼마나 반영하고 있는지 비교 분석할 계획입니다. 모델의 반응을 학술적인 정서 해석과 비교하여, 모델이 '정'과 '한'을 단순히 긍정 또는 부정의 감정으로만 처리하는지, 아니면 문장 속에 내포된 복합적인 정서와 미묘한 감정의 결을 얼마나 포착할 수 있는지를 평가할 예정입니다.

모델의 정서적 이해 능력을 검증하기 위한 질문으로는 "이 작품의 화자가 처한 감정적 상황은 무엇인가?", "앞서 언급된 감정 외에도 이 문학 작품에서 드러나는 다른 정서적 특징은 무엇인가?", "한국 문화에서 자주 언급되는 '정' 또는 '한'의 정서가 이 작품에서는 어떻게 표현되고 있는가?" 등으로 구성하여, AI가 문화적으로 특수한 정서를 얼마나 정교하게 파악할 수 있는지 확인할 것입니다.

감각 피질은 총 6개 층으로 구성되어 있다. 각 층은 L1(분자층), L2/3(외부 피질층), L4(내부 피질층), L5(피질하 방출층), L6(다형성층)으로 감각 자극은 주로 L4로 유입되어 L2/3로 전달되어 처리된다.

시냅스 통합 개념 정리가 있다. 그중 공간 통합은 여러 시냅스에서 동시에 자극이 도달하면 전위가 누적되는 개념이고 시간 통합은 같은 시냅스에 짧은 시간 간격으로 반복 자극이 들어오면, 전위가 계속 누적되어 역치에 도달하는 형식이다. NEURON simulation 결과를 통해 자극 간 간격이 5ms 미만일 시 누적이 발생하며, 10ms 이상일 시 별도로 분리되어 발화가 어렵다는 결과가 있다.

대뇌 체성 감각피질의 위치별 기능

체성감각피질 S1은 중심고랑 바로 뒤쪽의 브로드만 영역 1,2,3에 걸쳐 있으며 신체 각 부위 감각 정보가 소마토토피 구조에 따라 공간적으로 분포한다. 손과 얼굴 부위는 뇌에서 넓은 영역을 차지하며 해당 부위들이 고해상도 감각을 처리하는 역할을 한다. Flesher et al. (2016)에 따르면 S1내 특정 전극을 자극하면 손바닥, 손가락 등 대응 부위에서 촉각이 유발됨을 확인했다.

자극 전극 종류는 ICMS와 ECoG를 조사했다. ICMS는 약 1mm 길이에 400마이크로미터 간격의 유타 얼레이(Utah array)전극을 S1내부에 삽입하는 것으로 20-60마이크로암페어 저전류로 개별 뉴런에 직접 자극이 가능하다는 장점이 있다. 고해상도에 낮은 자극 강도로 국소적으로 나아갈 수 있다는 것이다. 반면에 ECoG는 피질 표면에 전극을 부착하여 ICMS보단 넓은 영역을 자극하며 해상도가 낮고 감각 자극의 정밀 제어가 어렵다.

자극 가중치에 따라 감각을 조절하기도 한다. 전류의 크기가 증가할수록 전해지는 진동이 커지나 비선형적으로 포화 현상이 발생한다. 주파수는 20-100Hz 범위에서 강도 상승이 있고, 150Hz 이상에서는 감각이 희미하거나 불편을 호소하는 반응이 나타났다(Flesher et al. 2016), 파형은 대개 양극성 펄스로 파형 대칭 여부가 자극 뉴런 종류에 영향을 미치는 것으로 보인다.

그러나 한계 또한 존재한다. 감각 강도는 일정 수준에서 포화되거나 감소하며, 전극 간 간격이 400 마이크로미터 이하면 좁아져 감각이 중첩되는 등 자극해상도가 떨어지는 모습을 보인다. 또한 전극을 삽입 후 지속적으로 전류를 흘려보내야 하기에 그만큼 전극 자체도 중요하며 무엇보다 사람을 대상으로는 한정적으로 진행할 수 밖에 없기에 해당 데이터가 부족하다는 문제가 있다.

실제 사례 몇가지 조사하였다. 폐루프 감각 피드백 BCI인데, 양방향 피드백으로 유타 어레이로 손의 특정 부위 감각을 재현하고 로봇 손의 센서 데이터와 연동하여 해당 시스템을 구현한 사례가 있다. 최근 Osborn et al. (2021)은 다중 전극 ICMS를 통해 압력, 질감을 인위적으로 재현하는데 성공했다. Kumar et al. (2025)에 따르면 척수 손상 환자가 뇌로부터 보행 제어 신호를 보내고, 로봇 외골격 장치를 통해 실제 보행을 수행했다. 양측 다리의 S1에 전기 자극을 주어 인공적인 감각 피드백까지 구현했는데, 다리 움직임과 감각의 통합 제어가 안정적으로 작동하였다. 그러나 피험자 수가 1명으로 제한되어 있는 점에 아직 일반화할 순 없으며 감각 지각까지 평균 3초 내외 지연이 존재하여 시각 및 청각 자극에 비해 반응속도나 정확도가 낮은 편으로 보완이 필요하다.

스파이킹 뉴런 모델은 뉴런의 전기 신호 전도를 수학적으로 설명한 것이다. 궁극적으로 뉴런 모델은 신경계 작동 원리를 설명하는 것이 목표며 여기에는 다양한 모델이, 또 서로 다르고 모순되는 생물학적 뉴런 모델이 많은 데, 이는 다양한 실험환경과 단일 뉴런의 고유한 속성과 여러 상호작용을 분리하기 어렵기 때문이다. 따라서 대표적인 스파이킹 뉴런 모델을 몇가지 조사하였다.

1)LIF 모델

LIF 모델은

-시냅스 이전 뉴런들이 스파이크를 누적하면, 세포막 전위를 점점 높이며 전압이 올라가는 과정

-역치를 넘으면 뉴런이 발화하는 과정

-발화가 일어나면 전압은 곧바로 리셋값으로 떨어져 초기화되며, 자극이 계속되지 않으면 자연스럽게 줄어드는 과정

을 가진 모델이다. 가장 직관적이고 단순하 만큼 구현 난이도와 연산량 덕분에 스파이킹 뉴런 모델 응용 연구에서 가장 많이 채택된다.

LIF 모델은 RC 회로로 모델링 가능하다. RC회로란, 저항(R)과 커패시터(C, 축전기)로 이뤄져 있다. 뉴런이 전압을 축적하는 것은 전력을 일시적으로 저장해 놓는 커패시터로 모델링 될 수 있으며 전압이 누수되는 과정은 저항을 추가해 구현된다. 또한 전압이 역치를 넘으면 스파이크를 형성하고 다시 리셋값으로 초기화되는 과정, 이것은 코팅으로 전자 회로의 전압 응답을 주시하며 역치를 넘으면 스파이크를 전달한 다음, 리셋값을 초기화하는 코드를 추가하는 것이다.

수치 해석은 오일러 방식을 이용해 전압을 구할 수 있다. (오일러 방식은 이미 심화수학에서 다룬 적 있으므로 넘어가겠다.) 커패시터와 저항을 병렬 연결하여, KCL법칙에 의해 I(t) = Ic + Ir이다. (Ic는 커패시터에 흐르는 전류, Ir은 저항에 흐르는 전류이다.)

이를 오일러 공식과 전개하면 위에 사진과 같은 공식이 도출된다.

u(t) : 시간 t에서의 막전위

u(rest) : 뉴런의 분극 상태

R : 막 저항

I(t) : 시간에 따른 외부 입력 전류

τ : 막 시간 상수

du/dt : 막전위의 시간 변화율 이다.

식의 의미를 정리하자면, u(t) - u(rest) 로 현재 막전위가 얼마나 분극 상태에서 벗어났는지 나타낸다. 이 항 전체에 마이너스를 곱하여 다시 분극으로 돌아가려는 누수를 표현한다. RI(t) 항은 외부 에서 들어오는 전류에 의해 막전위가 (V=IR) 올라가는 누적 효과를 나타낸다. 마지막으로 τ(타우)는 뉴련이 얼마나 빠르게 반응하고 복원되는지 조절하는 계수로, τ = RC이다.

출처 : 'SNN Basic Tutorial'. Euijin Jeong. 2022)

+Izhikevich 모델, Hodgkin-Huxley 모델 탐구, LIT 구현

1.막전위에서 Na+이온 통로는 빠르게 열리고 K+ 이온 통로는 느리게 열려 두 이온 이동에 속도차이가 존재함.

2.자극이 반복되면 역치가 증가함.

이 2가지 조건은 사소할 수 있으나, 뉴런을 정교하게 구현하기 위해 필요하다고 생각한다. 때문에 해당 특성을 LIF 모델 기반으로 구현하고자 했다. 또한 기존 LIF의 장점인 수식이 간단하여 계산이 비교적 빠르다는 장점을 살리기 위해 수학 모델을 최대한 단순화하였다.

이온차에 따른 발화 지연은 조건은 코딩으로 if절을 추가하여 발화 시점을 지연시켰다.

짧은 시간 반복해서 자극을 받아 뉴런이 더 민감해지고, 역치가 낮아지는 특성은, 이전 자극의 횟수를 기반으로 역치를 점점 더 낮춰주면 뉴런의 회복기를 표현할 수 있지 않을까 생각했다. 우선 n을 자극 횟수로 정했으며 자극이 많아질 수록 Uth, 역치 전압은 낮아져야 하니, 감소 함수라고 판단했다. 또한 너무 빠르게 역치가 낮아지는 현상 또한 뉴런의 발화와 다르기에, 서서히 줄어드는 감소폭을 가진 함수, log 함수를 택하였다. 초기에는 빠르게 감응성이 증가하고 이후에 안정되는 모습을, log 함수의 초기 부분이 만족한다.

때문에, 초기 기본 역치 전압에서 누적량을 빼는 형식으로 역치를 표현하였고, 민감도 조절 상수를 더해 민감도를 설정할 수 있게끔 만들었다.

이후 코딩을 활용해 그래프를 도출했으나 이는 사진 용량 문제로 보고서에서 첨부하겠다.

그러나 시뮬레이션을 하며 내가 만든 회복기 수식에 문제가 발생했는데, 오히려 역치가 낮아지는 현상이며 또 주기적으로 이 현상이 회복되지 않는다는 점이다. 낮아지는 것은 부호 실수 였으며 이를 고치려 했으나, 발화가 시간이 지날수록 점점 더 증가하는 모습을 보게 되었다. 이는 지속적인 시냅스 발화로 장기기억 강화 현상과 유사하기에 해당 식을 보류한 다음, 다시 회복기 수식을 만들려 노력했다.

그러나 주기적으로 변화하는 꼴을 스스로 만들기 어렵다고 판단하였고 2번 불응기 특성은 ADEX 모델의 회복기 특성을 참고하였다. Hodgkin-Huxley 모델 또한 불응기가 있으나, 4개의 미분 방정식으로 이뤄져 복잡하기에 이는 배제하였다.

ADEX모델은 생물학적 현실성을 유지하면서 수식을 단순화한 모델이다. ADEX모델의 회복기 수식은 그림1이다.

𝑤 : 적응 전류

a : 회복 강도

τw : 회복 속도 조절 상수

불응기는, 칼륨 채널이 열리고 이온 불균형으로 뉴런이 일시적으로 둔감해지는 현상이다. 때문에 w라는 수학적 변수로 구현하며, 막전위 V가 커질수록 w가 증가혀며 뉴런 발화 저항이 증가한다. w는 시간이 지나며 다시 감소하고 이로써 다시 발화가 가능한 구조이다.

LIF 모델에 w(t)를 추가한 다음, 밑에 세부 수식으로 ADEX 구조를 차용했다.

알게된 점 : 처음 수식을 만들 때 스파이크가 누적될수록 역치가 낮아지는 점점 더 민감해지는 형태였다. 시뮬레이션 결과를 보며 잘못되었다 생각했지만, 곰곰이 생각하고 결과를 분석하며 이 수식이 장기 기억 강화 현상과 닮았음을 깨달았다. 때문에 수식 오류가 있다고 단정하기 보다는 결과를 면밀히 관찰하고 의미를 다시 해석해보는 과정의 중요성을 알게 되었다. 결과적으로 처음 의도와는 달랐지만 오히려 덕분에 장기적 기억 강화의 원리를 수학적으로 이해할 수 있는 계기가 되었다.