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NP-03. 학습과 기억 활동에 따른 시냅스 강화 과정(장기강화작용, LTP)

학습이나 기억 활동을 통해 특정 시냅스에서 신경전달물질이 지속적이고 강력하게(높은 빈도로) 분비되면 이 신호가 바로 '스위치'가 되어, 신호를 받는 수상돌기 쪽에서 기능적, 구조적 변화를 포함한 연쇄 반응을 일으킵니다.1. AMPA 수용체는 왜, 어떻게 증가하는가? (기능적 강화)AMPA 수용체의 증가는 늘어난 신경전달물질을 더 효과적으로 받아내기 위한 수상돌기 쪽의 '능동적인 대응'입니다.1단계 (스위치 작동): 강력하고 빈번한 신호(글루탐산 분비)가 도착하면, 시냅스 막에 있는 NMDA 수용체라는 특수 장치가 활성화되어 다량의 칼슘(Ca2+)을 세포 안으로 받아들입니다. 이 칼슘이 바로 리모델링 프로그램을 작동시키는 '시작 신호'입니다. 2단계 (AMPA 수용체 동원): 유입된 칼슘은 세포 내 신호 ..

NP-02. 뇌 속의 리모델링: 우리 뇌가 배우고 기억하는 방법

우리가 무언가를 배우고 기억할 때, 뇌는 단순히 정보를 저장하는 하드 드라이브가 아닙니다. 오히려 경험을 통해 스스로를 끊임없이 조각하는 예술가와 같죠. 새로운 노래를 흥얼거리고, 친구의 얼굴을 기억하는 모든 순간, 뇌세포 사이의 연결망은 실제로 재구성되는 '리모델링'을 겪습니다. 이 연결의 강도를 조절하는 것이 바로 학습과 기억의 핵심입니다.뇌세포의 '소통 능력'은 어떻게 강해질까요?우리 뇌는 수많은 뇌세포(뉴런)들이 서로 신호를 주고받는 거대한 네트워크입니다. 이때 뇌세포들이 만나는 지점을 '시냅스'라고 부릅니다. 시냅스는 단순한 접점이 아니라, 신호의 세기를 조절하는 '볼륨 조절기'와 같습니다.이 '볼륨'을 조절하는 핵심 선수는 'AMPA 수용체'라는 단백질입니다. 신호를 받는 뇌세포에 있는 AMP..

TR-06. 트랜스포머 디코더(Decoder)

트랜스포머의 인코더(Encoder)가 입력 문장 전체를 읽고 문맥적 의미를 풍부하게 담은 '표현(representation)'을 생성하는 역할이라면, 디코더(Decoder)는 이 표현을 참조하여 우리가 원하는 출력 문장을 한 단어씩 순차적으로 생성하는 '생성기' 역할을 합니다. 디코더 역시 인코더와 마찬가지로 동일한 구조의 여러 개 레이어(논문에서는 6개)를 쌓아 올린 형태입니다. 하나의 디코더 레이어는 크게 세 부분으로 구성됩니다.1. 디코더 레이어의 핵심 구성 요소각 디코더 레이어는 다음과 같은 세 개의 하위 레이어(sub-layer)로 이루어져 있습니다.마스크드 멀티-헤드 어텐션 (Masked Multi-Head Attention)역할: 디코더가 '지금까지 생성한' 출력 단어들 간의 관계를 파악합니..

TR-05. 트랜스포머 인코더(Encoder)

트랜스포머 모델의 인코더는 입력 시퀀스(예: "나는 학생이다")를 받아, 각 단어(토큰)의 문맥적 의미를 풍부하게 담은 벡터 시퀀스로 변환하는 역할을 합니다. 이 벡터 시퀀스는 디코더가 번역이나 요약과 같은 작업을 수행하는 데 필요한 핵심 정보를 담고 있습니다. 인코더는 동일한 구조의 '인코더 레이어(Encoder Layer)'가 N개(오리지널 논문에서는 6개) 쌓여 있는 형태입니다.1. 인코더의 시작: 입력 처리본격적으로 인코더 레이어에 들어가기 전에, 입력 텍스트는 두 단계를 거칩니다.입력 임베딩 (Input Embedding):입력 문장의 각 단어(토큰)는 고유한 벡터로 변환됩니다. 예를 들어 "I", "am", "a", "student"라는 단어들이 각각 512차원의 벡터가 됩니다. 이 벡터는 단..

GPT-2의 자동회귀 학습 상세 설명

GPT-2(Generative Pre-trained Transformer 2)는 이름에서 알 수 있듯이 Transformer 아키텍처를 기반으로 한 생성형(Generative) 모델입니다. GPT-2의 핵심 동작 원리는 자동회귀(Autoregressive)입니다. 이 문서에서는 자동회귀의 개념이 무엇인지, 그리고 GPT-2가 학습 과정에서 이 원리를 어떻게 구현하는지, 특히 '룩-어헤드 마스크'의 역할을 중심으로 자세히 설명합니다.1. 자동회귀 (Autoregressive) 란?자동회귀(AR)는 간단히 말해 "자기 자신(Auto)을 입력으로 참조하여 다음 결과를 예측(Regressive)하는" 방식입니다. 언어 모델의 맥락에서 이는 다음에 올 단어를 예측하기 위해 이전에 생성된 모든 단어들을 입력으로 사..

BERT의 마스크드 언어 모델 상세 설명

BERT (Bidirectional Encoder Representations from Transformers)의 핵심 혁신 중 하나가 바로 이 '마스크드 언어 모델(Masked Language Model, MLM)'입니다. 이 개념이 왜 중요하고 어떻게 작동하는지 자세히 설명합니다.1. MLM이란 무엇이며 왜 필요한가?전통적인 언어 모델(예: GPT-1)은 문장을 왼쪽에서 오른쪽으로 순차적으로 처리하며 다음 단어를 예측하는 방식으로 학습되었습니다."나는 학교에 [?]" -> 모델이 "가서"를 예측이 방식은 문맥을 한쪽 방향(왼쪽)으로만 학습한다는 한계가 있습니다. 반면, BERT는 "깊은 양방향성(deep bidirectionality)"을 구현하고자 했습니다. 즉, 문장 내 모든 단어가 자신의 왼쪽과..

NP-01. 평생 쓰는 뇌, 어떻게 매일 새로워질까?

우리 뇌의 대부분을 차지하는 신경세포는 한번 만들어지면 평생 교체되지 않는다는 사실, 알고 계셨나요? 피부 세포처럼 며칠 만에 바뀌지도, 뼈세포처럼 몇 년에 걸쳐 서서히 리모델링되지도 않습니다. ​하지만 우리 몸에는 아주 특별한 '평생 건물'들이 있습니다. 한번 지어지면 거의 교체되지 않고 평생을 함께하는 세포들이죠.뇌의 신경세포 (뉴런): 우리 뇌의 핵심 일꾼들입니다. 대부분 태어날 때 함께한 세포들이 평생을 갑니다.심장 근육세포: 쉼 없이 뛰는 심장을 구성하는 세포 역시 교체율이 아주 낮습니다.눈의 수정체 세포: 세상을 보는 창문, 수정체의 세포도 한번 만들어지면 바뀌지 않아요.뇌세포는 그대로인데, 어떻게 배우고 기억할까?매일 새로운 것을 배우고, 어제와 다른 생각을 하고, 성격까지 변하는 우리의 뇌..

TR-04. 멀티-헤드 인코더-디코더 어텐션(Multi-head Encoder-Decoder Attention)

멀티-헤드 인코더-디코더 어텐션은 트랜스포머 디코더의 "두 번째 어텐션 층"에 위치하며, 디코더가 출력 단어를 생성할 때 인코더의 입력 문장 전체를 참고할 수 있게 해주는 핵심 다리 역할을 합니다. 이는 "크로스-어텐션(Cross-Attention)"이라고도 불립니다. 앞서 설명한 '셀프 어텐션'은 문장 내부의 관계를 파악하는 것이 목적이었다면, 이 '인코더-디코더 어텐션'은 서로 다른 두 문장(입력 문장과 출력 문장) 간의 관계를 파악하는 것이 목적입니다.핵심 차이점: Q, K, V의 출처가장 큰 차이점은 Query(Q), Key(K), Value(V)를 가져오는 위치입니다.Query (Q): 디코더의 이전 층(Masked Self-Attention 층)에서 옵니다. 의미: "내가 지금 번역/생성하려는..

두 벡터의 내적의 분산 구하기

1. 문제의 전제 조건 정의먼저, 우리가 가진 조건들을 수학적으로 정리해 보겠습니다.$n$차원의 두 벡터 $\mathbf{a}$와 $\mathbf{b}$가 있습니다. $\mathbf{a} = (a_1, a_2, \ldots, a_n)$$\mathbf{b} = (b_1, b_2, \ldots, b_n)$각 벡터의 성분 $a_i$와 $b_j$는 모두 독립적인 확률 변수라고 가정합니다. (이 가정이 매우 중요합니다!)각 성분의 평균(기대값)은 0입니다. $E[a_i] = 0$ (모든 $i$에 대해)$E[b_i] = 0$ (모든 $i$에 대해)각 성분의 분산은 1입니다. $Var(a_i) = 1$ (모든 $i$에 대해)$Var(b_i) = 1$ (모든 $i$에 대해)2. 목표: 내적의 분산우리가 구하려는 것은 ..

데이터 시각화 핵심 방법론 및 원칙

데이터를 단순히 나열하는 것을 넘어, 숨겨진 의미와 스토리를 발견하고 효과적으로 전달하기 위한 데이터 시각화. 세계적인 전문가 3인의 핵심 이론을 통해 그 방법론과 원칙을 소개합니다.1. 벤 프라이 (Ben Fry): 데이터에서 인사이트까지의 여정"데이터를 의미 있는 정보로 시각화하는 체계적인 7단계 프로세스" 벤 프라이는 데이터를 수집하는 것부터 사용자와 상호작용하는 최종 결과물에 이르기까지, 전 과정을 7개의 논리적 단계로 정의했습니다. 이 방법론을 따르면 데이터의 잠재력을 최대한 이끌어낼 수 있습니다.획득 (Acquire): 원석(데이터)을 모으는 단계 설명: 시각화의 대상이 될 데이터를 수집합니다. 데이터는 파일, 데이터베이스, 웹 API 등 다양한 형태로 존재할 수 있습니다. 예시: 온라인 쇼핑..