국내 연구진이 노년층의 음성 발화(發話)를 분석해 치매 전 단계인 경도인지장애 및 치매 고위험군을 선별하는 인공지능(AI) 기술을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 국가과학기술연구회 지원을 받아 일상생활의 대화 등을 통해 입력되는 노년층의 음성 발화를 분석해 경도인지장애, 치매 등 퇴행성 뇌 기능 저하를 평가하고 예측하는 AI 기술 연구를 진행 중이라고 1일 밝혔다.

음성 발화는 기억, 의도, 주의집중 등 인지기능과 음운, 통사, 의미 등 언어 생성 기능, 호흡, 조음, 발성 등 구어 운동 기능이 순차적으로 작용하는 복합적인 과정이다.

따라서 이러한 발화 분석을 통해 경도인지장애 및 치매 환자에게서 나타나는 인지, 언어, 운동 능력의 저하를 조기에 판단하고 예측하는 것이 가능하다.

ETRI 복합지능연구실은 음성처리 분야에서 축적된 AI 기술과 음성, 텍스트 및 영상 멀티모달 기술을 바탕으로 디지털 치료제 등 헬스케어 분야로 연구를 확장하고 있다.

연구진은 기존의 음성, 텍스트 분석 기술에 더해 세계 최초로 대형 언어 모델(LLM)을 결합한 알츠하이머 치매 예측 연구를 통해 영국 에든버러 대학과 미국 카네기 멜론 대학에서 주최한 ADReSSo 챌린지 데이터셋에서 기존에 발표된 85.4%을 뛰어넘는 87.3%의 최고 성능을 획득했다.

이러한 연구진은 성과는 2024년 2월 ETRI 저널에 게재됐다.

저널 게재 직후, 미국과 독일 등 업체로부터 상용화 가능성 문의를 받는 등 높은 관심을 받은 바 있다.

연구진은 후속 연구로 최근 각광을 받고 있는 시각언어모델(VLM) 기술을 적용해 동일한 ADReSSo 챌린지에서 최고 성능을 갱신한 바 있다.

최우수 SCI 저널에도 논문을 제출한 상태다.

연구 결과를 바탕으로, 일상생활 대화 과제를 중심으로 한 음성 발화 입력을 통해 경도인지장애 고위험군을 예측하는 태블릿 기반 앱 개발을 완료했다.

노년층, 특히 경도인지장애 및 치매 고위험군에서 흔히 나타나는 부정확한 발음, 사투리 발화 등으로 인해 분석에 어려움이 있지만 축적된 음성 및 멀티모달 AI 기술을 바탕으로 이를 극복했다.

실제 수요자인 노년층의 사용자 편의성 및 정확도 개선에 주안점을 두고 개발하였고, 한국전기연구원과 연계해 노인복지센터 등에서 실증을 계획 중이다.

ETRI 복합지능연구실 강병옥 책임연구원은 “기존 보건소에 직접 방문하여 선별검사를 받는 방식에 비해, 스마트기기를 통한 대화 기반의 검사 방식은 지속적/주기적 모니터링이 가능하다는 장점이 있다”고 말했다.

연구진은 본 기술을 통해 많은 치매 고위험군 노년층이 조기에 경도인지장애 여부를 확인하고 초기부터 지속적인 관리를 통해 치매로 진행을 최대한 늦출 수 있도록 만들어 향후 초고령 사회의 가장 심각한 치매 문제해결에도 많은 도움을 줄 것으로 기대하고 있다.

이번 연구 성과는 AI와 의료 기술의 융합을 통해 치매 예방과 조기 진단의 새로운 길을 열었다는 평가다.

향후 상용화를 통해 치매 치료를 위한 국가, 사회적 비용 절감 및 글로벌 디지털 치료제 시장에서도 큰 반향을 일으킬 것으로 전망된다.

본 성과는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업인 ‘노년층의 일상생활 발화 빅데이터 구축을 통한 AI기반 퇴행성 뇌기능 저하 평가 기술 개발’ 과제로 진행됐다.