“치매 막자” 뇌 건강을 위한 AI 기술, 어디까지 왔나

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여러 가지 질환에 대한 진단, 치료, 사후 관리까지 가능한 의료 AI가 두각을 드러내고 있다. 특히 퇴행성 뇌질환인 치매에서 의료 AI의 발달은 반갑다. 뇌 MRI 분석, 음성 분석, 인지, 안구 운동 등 디지털 바이오마커를 통해 치매를 진단하는 AI 기술이 얼마나 정확하며, 상용화 시점은 언제쯤일까?

치매는 퇴행성 뇌질환으로 60세 이상 고령자에게 가장 두려운 질병이다. 치매가 한번 발병하면 완치할 수 없기 때문에, 조기 검진을 통해 예방하는 것이 현재로서는 최선의 방법이다. 급속도로 고령화가 진행됨에 따라 치매 환자 역시 지속해서 증가할 것으로 보인다.

중앙치매센터는 65세 이상 노인의 치매 유병률은 2020년 10.3%, 2030년 10.6%, 2040년 12.7%, 2050년 16.1%로 급증할 것으로 예상한다. 이와 더불어 치매 관리 비용 역시 기하급수적으로 증가해 2020년 18.8조 원에서 2050년 106조 원으로 6배가량 증가할 것으로 예측한다.

이처럼 치매 환자가 급증함에 따라 인공지능(AI)을 이용해 환자의 음성 혹은 행동 지표 등을 활용한 치매 관련 디지털 바이오마커(몸속 세포·단백질 등으로 변화를 알아내는 지표) 개발은 치매 분야 스마트 헬스케어 영역에서 수년 전부터 주요한 연구 주제였다. 하지만 대부분 연구 목적으로 활용될 뿐 아직 임상 목적으로 쓰이지는 않고 있다.

음성 분석, 뇌파 분석 등의 방식은 근본적으로 뇌 병변을 확인하기에는 분명한 한계점이 있다. 그렇기 때문에 최종적인 진단 도구로 사용되기보다는 인지기능 저하 환자를 선별하는 용도나 기존 치매 검사의 보조용으로 활용돼 왔다. 뉴로핏의 뇌 MRI 분석 제품이 대표적이다.

하지만 최근 디지털 기기에 치매 관련 소프트웨어를 연동하면 뇌의 인지기능 저하와 치매 발병 가능성 등을 예측할 수 있는 기술이 앞다투어 개발되고 있다. 그동안 인지기능 검사는 대면 지필 검사 방식으로 진행됐지만, 디지털 환경에서 적용할 수 있는 검사법이 개발되고 채점까지 자동화되고 있다.

또한 검사 대상자의 음성, 움직임, 수면 등의 패턴을 분석해 치매 고위험군을 선별하는 인공지능 기술도 속속 나오고 있다. 국내 디지털 헬스케어 분야 업체인 하이, 바이칼에이아이 등과 한국전자통신연구원(ETRI)와 같은 연구기관의 기술이 대표적이다.

AI 기반 뇌 노화도 분석

뉴로핏의 AI 기반 뇌 노화도 분석 전문 소프트웨어 뉴로핏 아쿠아와 뉴로핏 스케일 펫은 이미 의료 현장에서 사용하고 있다. 이는 국내 주요 대학병원과 함께 검증 연구가 진행된 믿을 수 있는 소프트웨어라는 평가를 받고 있으며, 2022년 일본 후생노동성으로부터 의료기기 인증을 받은 바 있다.

최근 뉴로핏은 알츠하이머협회 국제콘퍼런스(AAIC 2024)에서 주요 기능이 업데이트된 ‘뉴로핏 아쿠아 AD’를 데모 시연하기도 했다. ‘뉴로핏 아쿠아 AD’는 알츠하이머병 치료제 관련 최첨단 뇌 영상 분석 기술의 집합체인 항아밀로이드 치료제 처방 치료 효과 및 부작용 모니터링 소프트웨어다. 현재 한국과 미국, 일본 등 주요 국가의 의료기기 인증을 준비 중이다.

디지털 바이오마커 측정 통해 치매 진단

하이(HAII)는 지난 4월 음성, 안구 운동, 인지 반응 이상 세 가지 디지털 바이오마커 측정을 통해 치매를 진단하는 디지털 의료기기 알츠가드(Alzguard)를 개발했다. 알츠가드 개발을 위해 전반적인 프로토콜 및 콘텐츠는 이화여대 목동병원, 진단 알고리즘 설계는 상명대학교, 안구 운동 관련 바이오마커는 비주얼캠프와 협업이 이루어졌다.

이후 식약처로부터 확증적 임상시험 승인을 받았다. 국내 임상 진행과 동시에 글로벌 임상도 함께 추진할 계획이다. 하이 담당자는 “미국 FDA의 치매치료제 승인으로 치매 진단 분야가 전 세계적으로 주목받고 있다”며 “가까운 시일 내에 누구나 알 수 있는 해외 유망 기관과 미국 및 글로벌 시장 개척을 위한 공동 연구에 관해 협의를 진행할 예정”이라고 밝혔다.

말소리 분석으로 건강상태 판단

바이칼에이아이와 한국전자통신연구원(ETRI)은 음성을 분석해 치매를 알려주는 프로그램을 개발했다.

바이칼에이아이가 선보인 ‘맑은 내 친구’는 말소리가 사람의 건강상태를 파악할 수 있는 중요한 시그널이라는 윤기현 대표의 철학에서 비롯됐다. 말소리를 분석해 여러 가지 건강상태를 진단해주고, 언어습관까지 분석해준다. 그뿐만 아니라 이용자의 인지능력을 끌어올리기 위해 트레이닝 서비스도 함께 제공할 수 있도록 했다. 말을 많이 할수록 인지기능이 좋아진다는 점에서 착안한 것이다.

한국전자통신연구원 복합지능연구실 역시 음성 대화를 분석해 치매를 예측하는 인공지능 기술을 개발했다. 세계 최초로 알츠하이머 치매 예측을 위한 기존의 음성·텍스트 분석 기술에 대형 언어 모델(LLM)을 결합한 형태다. 이 AI 기술은 노년층의 대화를 분석해 치매 전 단계인 경도인지장애 및 치매 고위험군을 선별해낼 수 있다. 이 기술의 정확도가 87.3%에 달해 해외에서 개발한 기술보다 뛰어나다는 평가를 받고 있다. ETRI 연구진은 이를 바탕으로 태블릿 기반의 앱 개발을 완료하고, 한국전기연구원 연구진과 함께 노인복지센터 등에서 실증을 계획 중이다.

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AI 기술로 치매 관리, 긍정적 영향 미쳐

최호진 한양대학교구리병원 신경과 교수는 “현재 AI 기술을 활용한 진단의 경우 뇌 영상 자료 판독 등과 같은 시각화가 가능한 자료로 진단하는 부분에서는 빠른 속도로 활용 범위를 넓혀가고 있다”면서 “기술의 발달이 계속 이루어진다면 치매 분야에도 AI 기술이 좀 더 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

이처럼 치매 관리에 디지털 기술이 등장하면서 의료산업과 치매 환자의 삶에 여러 가지 긍정적인 영향을 미치고 있다. 최 교수는 “2013년 FINGER Study의 성공을 통해 비약물 치료인 운동요법, 두뇌 자극 활동 활성화, 식단 개선, 만성질환 관리 등이 집중적으로 이루어질 경우 치매 전 단계인 경도인지장애 환자의 치매 예방에 도움이 되는 것을 확인했다”며 디지털 기술 발달을 긍정적으로 평가했다.

이러한 비약물 치료를 디지털 치료기기에 담아 진행하고자 하는 많은 시도가 있으며, 이미 식약처 허가를 위한 확증 임상을 다수 회사에서 시행하고 있다. 확증 임상이 성공적으로 진행될 경우 내년, 적어도 내후년에는 상용화가 가능할 것으로 예상된다.

하지만 무조건적으로 AI의 진단을 신뢰해서는 안 된다. 아직 AI 진단 알고리즘은 연구 과정에서 수집한 자료 범위 내에서만 높은 정확도를 보이기 때문이다. 즉 AI 기술로 질환을 진단할 때 데이터의 외부 검증(External Validation)과 교차 검증(Cross Validation)을 면밀히 검토할 수 있도록 수많은 데이터를 지속적으로 확보해 정확성을 끊임없이 업데이트해야만 100%의 정확성에 가까워질 수 있다.

향후 AI 기술 상용화를 통해 치매 치료를 위한 국가・사회적 비용을 절감하고 글로벌 디지털 치료제 시장에서도 큰 반향을 일으키기를 기대해본다.