노년층 일상생활 '발화 빅데이터', AI 기반 퇴행성 뇌기능 저하 평가 기술
대사증후군 생체 신경 자극 기술… 올해 1단계 종료, 후속연구 진행 예정
[에너지데일리 송병훈 기자] 국내 유일 전기전문 연구기관인 한국전기연구원(KERI)의 강점 중 하나는 의료기기 분야다.
전기와 의료기기와의 관계가 생소할 수 있지만, 각종 레이저나 X-ray, CT 등 기기들이 전기를 기반으로 하고 있다. 실제 세계적인 의료 기업인 GE, 지멘스도 태생은 전기 회사다.
그리고 KERI 역시 안산분원을 중심으로 전기의료기기분야에서 국민 삶의 질 향상에 기여하는 많은 성과를 창출해왔다.
특히 현대사회에서 가정과 개인의 건강을 위협하는 큰 적으로 여겨지고 있는 치매와 비만과 관련한 KERI의 연구개발 성과가 기대감을 높이고 있다.
관련 내용을 보다 자세하게 지면에 담았다.
▲ 발화 빅데이터, 치매 전단계 조기 선별
KERI 청각인지 뇌기능 연구팀이 노년층의 일상생활 대화 분석을 통해 일반적인 치매 전단계인 ‘경도인지장애’의 고위험군을 조기에 발견할 수 있는 기술을 개발하고 있다.
급속한 고령화와 더불어 치매 유병률은 계속 증가하고 있다. 대표적으로 치매를 일으키는 퇴행성 뇌 질환인 알츠하이머병은 오랜 기간 동안 진행되지만 초기에 증상을 발견하지 못해 치매 단계로 진입하거나, 혹은 환자가 지자체 치매안심센터나 병원을 직접 방문해 뒤늦게 진단받는 경우가 많다. 혼자 사는 어르신은 매년 센터를 방문해서 관리를 받으면 좋지만, 신체적 거동의 어려움 및 불편함으로 센터를 방문하지 않는 경우가 대부분이라 돌봄 사각지대에 놓이기도 한다.
이같은 상황을 해결하기 위해 KERI는 KIST, ETRI, 서울대병원, 이화여대와 함께 ‘노년층의 일상생활 발화 빅데이터 구축을 통한 AI 기반 퇴행성 뇌기능 저하 평가 기술 개발’ 사업을 진행하고 있다.
‘발화’는 책을 읽거나 질문에 답하기 등 언어를 음성으로 표현하는 것이다. 사업단은 ‘노인 친화형 발화 데이터 수집 기기’를 개발하고, 여기서 정보 빅데이터(발화, 청각인지 뇌파, 청력)를 수집한 뒤 인공지능(AI)을 이용해 경도인지장애 고위험 노인들을 선별 및 모니터링하는 작업을 하고 있다. 경도인지장애 단계에서 고위험군 선별 및 관리가 필요한 이유는 65세 이상 정상인의 치매 발생이 매년 1~2%인 반면, 경도인지장애 환자는 10~15%이기 때문이다. 6년 장기 추적까지 간다면 경도인지장애 환자의 80%가 치매에 걸리는 것으로 전문가들은 보고 있다.
기술의 목표는 편리함과 정확성이다. 가볍게 보청기 같은 기기를 착용하고, 신경인지기능 검사기기 앱을 설치하면 된다. 사업단은 이 앱을 통해 일상생활 환경에서 주로 활용되는 발화 패러다임을 분석해 평균 20회 정도의 대화 턴(turn) 발화 정보만으로도 80% 이상의 정확성(민감도)으로 퇴행성 뇌기능 저하 고위험군을 선별한다는 계획이다. 특히 어르신들의 발화는 조음(발음) 장애로 음성 인식이 더 까다롭고, 사투리를 사용하거나, 난청으로 질문을 제대로 듣지 못하는 등 어려움이 더 많다. 사업단에서는 AI 및 청각인지 디코드 기술 등을 통해 이러한 부분들을 지속적으로 해결해 가고 있다.
KERI는 개발된 연구 결과를 활용해 경기도 안산시 상록구노인복지관을 포함한 지역사회 어르신 약 250명을 대상으로 실증을 진행했고, 경도인지장애 환자 및 의심 대상자 다수를 선별하는 데 성공했다. 이후에도 실증을 희망하는 지자체를 발굴, 대상 범위를 천 명까지 확대한다는 목표다. 더 나아가 해당 기술은 수집된 데이터를 기반으로 대상자 맞춤형 인지기능 개선까지 연계할 수 있어 치매 위기를 사전에 관리해 증상을 늦추는 데도 적용 가능해 파급력이 매우 클 것으로 예상하고 있다.
▲ 두뇌 전기 자극 통한 식욕 억제
KERI 전기융합휴먼케어연구센터에서는 ‘대사증후군 치료 및 관리를 위한 생체 신경 자극 기술’ 연구개발을 진행하고 있다.
대사증후군은 비만, 고혈압, 높은 중성지방 등 여러 가지 대사 이상 상태가 동시에 나타나는 복합 증후군으로, 주로 나쁜 식습관과 운동 부족으로 인해 발생한다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계 인구 8명 중 1명이 과체중으로 밝혀져, 비만 치료제는 현재 가장 주목받고 있는 시장 중 하나다. 또한 비만 치료제에는 약물 주사제나 의약품 등 다양한 종류가 있지만, 이같은 화학적 치료제는 장기간 복용할 경우 부작용 문제를 항상 고려해야 한다.
이에 KERI는 두피를 통해 대뇌 피질을 전기적으로 자극해 식욕을 억제하는 새로운 방식을 제시했다. 전기 자극 기술의 공식명은 ‘경두개 불규칙 신호 자극(tRNS)’이다. 연구팀은 수년간의 연구를 통해 tRNS 기술로 배외측전전두엽의 피질에 비침습적으로 전기 자극을 수행하면 식욕 억제를 유도할 수 있다는 가능성을 확인했다.
관련 연구에는 3가지 핵심 기술이 필요하다. 3가지 핵심 기술은 ▲원하는 특정 부위에 알맞은 전기 자극을 정확하게 줄 수 있는 기술 ▲전극이 머리카락 사이의 공간으로 잘 침투해 두피와 접촉할 수 있는 전극 기술 ▲전기 자극이 목표 지점에 잘 전달돼 두뇌의 활성도에 변화를 유발했는지 확인하는 모니터링 기술이다. 그리고 현재 KERI가 모두 개발 중이며, 수준급 기술력을 보유하고 있다.
KERI는 tRNS 자극의 임상적 유용성을 선행적으로 증명하기 위해 상용 전기자극기를 이용해 서울대병원 최형진 교수팀과 임상 시험을 진행했다. 임상시험의 목표는 tRNS 자극이 식욕을 줄이는 데 효과적임을 증명하는 것이었다. 임상 대상은 tRNS를 받는 그룹 30명, 위약(가짜약) 그룹 30명으로, 총 60명의 여성 지원자를 대상으로 했다. 임상시험은 2주간 2~3일 간격으로 총 6회 전기 자극을 실시했다. 전기 자극은 1회당 20분씩 사람이 거의 느끼지 못할 수준인 2mA의 전류를 활용했다.
그 결과, tRNS 치료를 받은 그룹이 위약 그룹에 비해 식욕, 먹고자 하는 의향, 배고픔을 줄이는 데 효과적임을 확인했다. 또한 tRNS가 감정적 섭식을 치료하는 데도 도움이 된다는 것이 임상시험으로 증명됐다. 즉, 스트레스, 우울, 불안, 기쁨 등 감정을 처리하거나 완화하기 위해 음식을 먹는 경향이 크게 줄었다는 의미다. 임상이 2주만 진행돼 장기간 체중 감소까지는 확인하지 못했지만, 참가자들은 식욕 억제 효과가 컸다는 답변을 내놓았다.
아직 완성된 기술이 아님에 따라 추가 연구와 검증이 더 필요하지만, 기존 비만 치료제보다 부작용이 훨씬 적은 전기 자극 치료 장비가 상용화되어 병원이 아닌 집에서도 사용 가능해진다면, 매일 식욕 억제 관리를 쉽고 간단하게 받을 수 있을 것으로 연구팀은 보고 있다. 또한 향후 전기 자극 치료와 운동치료를 병행하는 디지털 헬스케어 기술까지 도입하면 더 큰 체중 감소 효과를 누릴 것으로 기대하고 있다.
연구팀은 올해 중점추진과제 1단계(2022년~2024년) 종료를 앞두고 있으며, 2단계 사업 등 후속 연구를 통해 개발 기술을 학술적·임상적으로 검증하고, 기업체 기술이전까지 추진한다는 목표다.
