코로나19로 표정에서 감정 읽는 능력 줄었다는데···뇌‧행동‧AI 활용 정서질환 치료 실마리

한국뇌연구원 이동하 박사팀, 국제임상심리저널 발표

코로나19 팬데믹으로 마스크를 오래 쓰고 다니면서 영유아들이 상대방 얼굴 표정에서 감정을 읽는 능력이 떨어졌다는 우려가 크다. 국내 연구진이 이같은 문제를 해결할 실마리를 발견했다. 

한국뇌연구원(원장 서판길)은 인지과학 연구그룹 이동하 선임연구원 연구팀이 뇌-행동-인공지능 분석 기술을 활용, 뇌에서 정서질환 치료에 활용할 수 있는 타겟 부위를 찾았다고 14일 밝혔다.

뇌는 여러 차원의 감정 지식을 이용해 자신과 상대방의 감정을 인지하고 분류한다. 여러 감정 차원 중에서 특히 ▲긍정과 부정을 나타내는 정서가(valence)와 ▲흥분과 안정을 나타내는 각성가(arousal)로 나누어지는 정서적 차원이 중요하다. 하지만 정서적 차원에 대한 행동 패턴이 실제 뇌 기능의 활성 패턴과 유사한지 여부는 거의 알려지지 않았다.

연구팀은 뇌기능 모델(fMRI), 행동모델(judgement), 계산이론 모델(deep learning)을 서로 비교해 인간의 행동에서 표현되는 감정의 정서적 차원이 뇌에서는 어떻게 지형학적인 연결망으로 표현되는지 연구했다.

뇌-행동-인공지능을 활용한 정서질환 타겟 부위 발견 연구 (자료=한국뇌연구원)

먼저, 뇌와 인간의 행동 사이의 관계를 연구하기 위해 2022년 국내 특허출원한 '정서적 얼굴모델'을 이용해 정서가, 각성가, 정서가 및 각성가 등 각 차원에 따라서 기하학적 공간으로 분류하는 행동 표현 모델을 생성했다.

또 행동실험에서 사용한 정서적 얼굴모델을 사람들에게 보여준 뒤 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 뇌기능영상을 찍어 뇌기능 모델을 생성했다. 이오 인공지능 심층신경망을 사용해 얼굴 사진에 대한 시각적 특징을 추출해 계산이론 모델을 생성했다.

그 결과, 연구팀은 뇌기능 모델(fMRI)과 행동모델(judgement)에서 정서적 차원이 유사하게 표현된다는 것을 발견했다. 특히 정서가의 행동 및 뇌기능 표현은 각성가의 행동 및 뇌기능 표현과는 덜 유사하다는 것을 알 수 있었다.

또 정서가는 배외측 전전두엽 피질, 전두안구영역, 쐐기전소엽 및 초기시각피질 영역에서 관여하고, 각성가는 대상피질, 중전두회, 안와전두피질, 방추형이랑 및 초기시각피질에서 처리된다는 것을 발견했다.

이동하 박사는 "코로나19 이후 감정인지 능력의 부족이 사회병리적 문제로 커지고 있다"라며 "이번 연구에서 밝혀진 뇌 부위와 감정 차원의 원리는 향후 정서질환 치료를 위한 디지털 치료제 개발에 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다. 

이 연구는 학술지 '국제임상심리저널(International Journal of Clinical and Health Psychology)'에 최근 실렸다.