고려대학교(총장 정진택)는 인공지능학과 이성환 교수(교신저자)와 이민지 박사(제1저자) 연구 논문이 세계적 권위의 과학저널 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 유럽 현지시각 25일자에 게재됐다고 밝혔다.
이성환 교수팀은 논문에서 설명 가능한 딥러닝을 사용해 매우 짧은 뇌 신호만으로 의식의 깊이를 정량화할 수 있는 의식 지표인 ‘Explainable Consciousness Indicator(ECI)’를 제안했다. (논문명 Quantifying Arousal and Awareness in Altered States of Consciousness using Interpretable Deep Learning)
의식의 정량화는 수면 장애 환자, 수술 시 발생할 수 있는 각성과 같은 사고를 막기 위한 마취 심도 측정, 의식 장애 환자 진단 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 뇌과학 분야 핵심 기술이다. 의식은 지각(awareness)과 각성(arousal) 두 가지로 구성된다. 현재 가장 신뢰받고 있는 의식 지표인 PCI(Perturbational Complexity Index)는 지각만을 측정할 수 있어 Ketamine과 같은 마취제나 꿈을 꾸는 REM(Rapid eye movement) 수면에서는 완전히 깨어있을 때와 구분이 불가능하다. 또 최소 5분 정도의 뇌 신호가 필요해 데이터 획득에 시간 소모가 많다.
이 교수팀이 개발한 ECI지표는 각성과 지각 두 요소를 동시에 측정하는 세계 최초의 의식 지표라고 학교는 밝혔다. 다양한 마취제를 활용한 마취 상태와 진단이 모호한 의식 장애 환자 모두 명확한 구별이 가능하다고 학교는 설명했다. 또 1초 가량의 짧은 뇌 신호만으로도 실시간으로 의식의 깊이를 측정이 가능하고, 의식 수준과 관련한 뇌 활성 부위를 설명해준다는 점에서 매우 실용적인 지표라고 이 교수팀은 밝혔다.
이성환 고려대 교수는 "사람들은 흔히 불러서 반응이 있으면 의식이 있고, 반응이 없으면 의식이 없다고 간단하게 생각하지만, 실제로 의식은 굉장히 복잡한 뇌의 정신 작용”이라며 “이번 논문은 의식의 수준을 각성과 지각 두 요소에서 실시간으로 정량화해 설명하는 세계 최초의 기술"이라고 강조했다. 이어 “수면, 마취, 질병 등 다양한 분야에 적용이 가능한 의식 지표"라며 "수술 중 환자의 마취 심도를 측정한다거나, 식물인간과 같은 의식 장애 환자의 진단에도 유용하게 사용할 수 있는 기술이다. 특히 환자는 데이터를 길게 획득하기 어려운데, 짧은 신호로 신뢰성 있는 지표를 계산할 수 있다는 점에서 괄목할 만한 성과"라고 덧붙였다.
한편 이번 연구는 University of Wisconsin at Madison, University Hospital of Liège 연구 팀과 공동으로 수행했고, 과기정통부와 정보통신기획평가원의 ‘인공지능대학원지원사업’과 ‘AI혁신허브사업’ 지원을 받아 이뤄졌다.
