맥 데스크톱을 걸어다니는 초파리, 진짜 커넥톰이 뇌를 움직인다

바탕화면 위를 작은 3D 초파리가 걸어다니고, 창 위를 기어오르고, 다리를 비비며 몸단장을 하고, 가끔 잠든 자세로 멈춘다. 커서를 빠르게 들이밀면 놀라 달아난다. 개발자 데니스 세르게예비치가 공개한 오픈소스 프로젝트 'desktop-fly'는 이 초파리의 행동이 임의로 짜인 애니메이션이 아니라는 점에서 흥미롭다. 반응을 결정하는 것은 실제 초파리 뇌의 배선도, 즉 FlyWire 커넥톰을 기반으로 실시간으로 돌아가는 스파이킹 신경망 시뮬레이션이다. 진짜 초파리가 도망칠 때 쓰는 것과 같은 뉴런이 화면 속 초파리를 도망치게 만든다는 것이 이 프로젝트의 핵심 주장이다.

커넥톰이 곧 뇌 회로가 된다

FlyWire는 초파리(Drosophila) 뇌 전체의 시냅스 수준 연결 지도를 복원한 대규모 커넥톰 프로젝트다. 이 앱에는 FlyWire v783 버전에서 추출한 2만 3,210개의 실제 뉴런 세포체(soma) 위치가 담겨 있다. 별도로 제공되는 '뇌 창(brain window)'을 열면 이 뉴런들이 실제 위치에 점으로 표시되고, 시뮬레이션이 돌아가는 동안 스파이크가 발생할 때마다 해당 지점이 깜빡인다. 화면 안에서 노랗게 빛나는 두 개의 마커는 자이언트 파이버(Giant Fiber), 곧 초파리의 도피 반사를 지휘하는 명령 뉴런이다. 사용자가 뇌 창의 특정 영역을 클릭하면 그 부근의 약 60개 회로 뉴런이 400밀리초 동안 '광유전학적으로' 자극되고, 이후의 반응은 실제 네트워크가 하류로 전달하는 그대로 나타난다. 자이언트 파이버를 자극하면 도망치고, DNg11을 누르면 몸단장을 하며, 한쪽의 DNa01/02를 누르면 그 방향으로 회전한다.

주목할 부분은 자극 이후의 인과관계가 개발자가 하나하나 지정한 규칙이 아니라 커넥톰 데이터가 정한 연결에서 자동으로 흘러나온다는 점이다. 어떤 뉴런이 어떤 뉴런에 얼마나 강하게 연결되는지는 모두 FlyWire의 실측값이고, 그 위에서 스파이크가 전파되며 행동으로 이어진다. 감각 뉴런에서 시작해 운동 출력에 도달하는 경로 전체가 실제 배선을 따라 계산되는 셈이다.

몸은 만들어 붙였지만 감각 루프는 닫혀 있다

다만 초파리의 '몸'은 시뮬레이션이 아니라 절차적으로 생성된 그래픽이다. FlyWire는 뇌의 커넥톰이지 신체 기하 정보를 담고 있지 않기 때문에, 여섯 다리를 번갈아 딛는 삼각 보행(tripod gait), 날갯짓, 고도에 따라 달라지는 비행, 몸단장과 수면 자세 등은 별도로 구현됐다. 그런데 이 몸의 움직임이 다시 뇌로 되먹임된다는 점이 설계의 묘미다. 보행 리듬은 다리 동작과 위상을 맞춰 실제 상행성(고유수용성) 뉴런에 입력으로 들어가고, 커서의 빠른 움직임은 바람을 감지하는 감각 뉴런의 파트너를 자극한다. 몸에서 뇌로, 다시 뇌에서 몸으로 이어지는 폐루프가 형성되는 것이다.

기술적 진입 장벽도 낮은 편이다. 요구 사항은 macOS 13 이상과 Xcode 커맨드라인 도구(Swift 5.9 이상)뿐이며, 별도의 권한이나 엔타이틀먼트가 필요 없다. 커서 위치, 창 프레임, 탭으로 처리되는 클릭, 온도 상태 등 앱이 감지하는 모든 정보가 권한 없이 접근 가능한 항목이기 때문이다. 초파리는 투명하고 클릭이 통과되는 오버레이 위를 돌아다니므로 마우스나 키보드 입력을 가로채지 않는다. 메뉴 막대에 나타나는 파리 아이콘에서 종료할 수 있다.

정직하게 밝힌 한계

프로젝트가 스스로 명시한 한계는 실무자가 반드시 짚어야 할 지점이다. 커넥톰이 알려주는 것은 '배선'이지 '생리(physiology)'가 아니다. 즉 어떤 뉴런이 연결되어 있는지는 데이터이지만, 그 뉴런이 실제로 어떻게 발화하는지는 데이터에 없다. 그래서 LIF(적분-발화) 모델의 동역학, 신경전달물질의 부호(아세틸콜린 +, GABA −, 글루탐산 −), LC→GF와 wind→GF 경로에 적용된 간극연접(전기적 결합) 강화, 시냅스 지연, 그리고 커서를 '다가오는 위협(looming)' 값으로 바꾸는 감각 변환 등은 모두 실제 그래프 위에 얹은 표준적인 모델링 선택이다. 감각 뉴런 하류의 연결 구조만이 실측 데이터이고, 그 뉴런들이 신호를 어떻게 전기적으로 처리하는지는 가정에 가깝다.

이 구분은 '진짜 뇌로 움직인다'는 표현을 어디까지 받아들여야 하는지를 정확히 정해준다. 화면 속 초파리는 실제 커넥톰의 위상 구조를 충실히 반영하지만, 그 위에서 벌어지는 발화 동역학은 검증된 생리 데이터가 아니라 합리적인 모델링의 산물이다. 신경과학 시뮬레이션을 다뤄본 사람이라면 이 경계를 흐리지 않는 문서화 태도 자체가 도구의 신뢰도를 높인다는 점에 공감할 것이다.

실무적으로 이 프로젝트는 두 가지 쓸모가 있다. 하나는 커넥톰 데이터를 실시간 인터랙티브 시각화로 옮기는 구체적 사례로서, 대규모 그래프를 스파이킹 시뮬레이션과 결합해 데스크톱 애플리케이션 수준의 성능으로 돌리는 방법을 참고할 수 있다는 점이다. 다른 하나는 라이선스 구조가 명확하다는 점이다. 코드 자체는 MIT 라이선스로 자유롭게 활용할 수 있지만, data 디렉터리의 파일은 FlyWire(FAFB v783)에서 파생된 것으로 CC BY-NC 4.0이 적용된다. 즉 비상업적 이용과 출처 표기 조건이 붙으므로, 데이터를 재사용하려는 개발자라면 코드와 데이터의 라이선스를 분리해 검토해야 한다. 원시 FlyWire Codex 덤프(약 60MB)로부터 압축된 파생 파일을 다시 빌드하는 경로도 함께 제공된다.