인체는 다양한 기능을 수행할 수 있는 복잡하면서도 섬세한 개체이다. 음식을 먹고 소화하여 에너지를 얻고, 호흡하여 산소를 얻고 몸 각 부분으로 전달하고, 근육을 움직여 물건을 이동 시킬 수 있으며, 정보를 습득하거나 새로운 지식을 생산할 수 도 있다. 이러한 활동은 인체를 구성하는 각 부분의 유기적인 협력에 의해서 가능하다. 인체 각 부분의 세포에 산소를 공급하는 경우를 생각해보자. 폐 주변 근육을 수축해 공기를 폐 안으로 이동시키고, 폐포에서 공기 중 산소가 혈액으로 녹아 들어간다. 혈액은 혈관을 따라 심장으로 이동하고, 심장이 수축하여 인체의 각 부분으로 이동하여 세포에 산소를 공급한다. 인체를 구성하는 기관, 기관을 구성하는 조직, 조직을 구성하는 세포들이 모두 정상적으로 작동할 때 인체는 정상적인 상태를 유지할 수 있다.
인체 구성 요소에 문제가 발생하면 인체가 제 기능을 수행하지 못하게 되고, 이런 상태를 질병 혹은 질환(disease) 이라 한다. 예를 들어 심장이 수축하면 혈액은 혈관을 통해 신체 각 기관으로 흘러가야 한다. 그런데 혈관이 수축되어 좁아져 있다면, 혈액이 신체 각 기관으로 이동하기 어렵게 된다. 신체 각 부분은 산소를 제공하기 위해 심장은 더 많은 일을 해야 하고, 혈압은 높아진다. 이런 상태를 고혈압이라 한다.
약(drug)은 질병 상태를 정상 상태로 돌릴 수 있는 물질이다. 고혈압 환자가 고혈압 치료제를 먹으면, 혈압이 정상적인 수준으로 낮아지고, 높은 혈압으로 인해 심장과 혈관에 가해지던 부담이 적어지는 것이다.
질병을 치료하는 약물을 찾는 과정을 약물 개발 (drug discovery) 과정이라 하며, 현대의 약물 개발은 일련의 잘 정립된 과정을 통해 수행된다. 약물을 개발하는 방법은 매우 다양할 수 있다. 고대의 약물 개발은 다양한 약제를 먹고 그 중 효과가 있는 약제에 대한 기록을 남기는 방식으로 이뤄졌을 것이다. 하지만, 약물 개발을 위한 수 많은 시행 착오를 거치면서 현대의 약물 개발은 일련의 과정으로 잘 정립되었다. 딥러닝과 신약개발 제 1 장에서는 현대의 약물 개발 과정을 소개한다.
딥러닝과 신약개발 수업에서는 약물 개발의 각 단계를 어떻게 전산학적 문제로 전환할 수 있는지 학습하고, 이 과정에서 딥러닝 기술을 어떻게 활용할 수 있는지 학습한다. 신약 개발의 각 단계는 특정한 실험 기술과 밀접한 관련이 있다. 하지만, 연구 과정에서 발생한 데이터가 축적됨에 따라, 전산적인 방법을 이용하여 신약 개발의 각 과정을 도울 수 있는 가능성이 열렸다. 이 수업에서는 이러한 전산학적 기법을 소개한다. 이 전산학적인 문제도 다양한 방법을 이용해 해결할 수 있다. 이 수업에서는 최근 각광을 받고 있는 딥러닝 기술을 이용하여 신약개발을 하는 방법을 학습한다.