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자폐 진단의 문턱을 낮추다 소셜로보틱스연구실 유철환 선임연구원★

자폐 스펙트럼 장애는 사회적 의사소통의 결함과 제한적이고 반복적인 행동 패턴을 특징으로 하며, 증상이 유아기에 시작되어야 한다는 진단 기준을 가지고 있습니다. 과거에는 자폐증과 아스퍼거 증후군 등으로 나뉘어 불렸으나, 현재는 하나의 스펙트럼으로 통합되어 관리되고 있습니다. 최근에는 인공지능 기술을 활용하여 이러한 아동들의 사회적 반응을 자동으로 인식하고 분석함으로써 장애 위험도를 정량화하려는 시도가 활발하게 이루어지고 있습니다. 특히 시선 추적과 호명 반응 등을 통합적으로 분석하는 기술은 조기 발견의 새로운 가능성을 열어주고 있습니다. 조기 진단은 아동의 뇌 발달 단계에서 매우 중요한 의미를 지닙니다. 뇌의 가소성이 높은 시기에 적절한 개입이 이루어지면 2차적인 신경학적 손상을 방지하고 행동 문제를 완화하여 예후를 크게 개선할 수 있기 때문입니다. 하지만 현실적으로는 전문 병원의 예약 대기가 길고 진단 비용이 높아 골든타임을 놓치는 경우가 많습니다. 따라서 누구나 쉽게 접근할 수 있는 선별 도구의 보급은 사회적 문제를 해결하는 핵심적인 열쇠가 될 것입니다. 인공지능 기반의 기술은 이러한 임상적 공백을 메우는 혁신적인 대안이 될 것으로 기대됩니다. 이번 연구는 ETRI와 분당서울대병원을 비롯한 여러 기관의 다학제적 협력을 통해 탄생했습니다. 의학적 타당성을 확보하기 위해 임상 전문가들과 인공지능 연구자들이 머리를 맞대었으며, 각 행동 지표에 특화된 인공지능 모델을 개발하여 분석의 정밀도를 높였습니다. 수집된 데이터는 자극 반응 구간별로 세밀하게 분할되어 눈맞춤이나 가리키기 제스처와 같은 목표 행동을 포착합니다. 이러한 과정에서 도출된 예측값들은 후속 정량화 모델에서 통합되어 최종적인 위험 지표를 산출하게 되며, 이는 세계 최초의 융합형 선별 기술로서 큰 의미를 가집니다. 인공지능의 성능을 보장하기 위해서는 신뢰할 수 있는 대규모 데이터 세트가 필요했습니다. 연구팀은 리빙랩을 구축하여 700건 이상의 실제 영유아 데이터를 확보하였고, 이를 바탕으로 모델을 학습시켰습니다. 모든 데이터 수집 과정은 부모의 동의와 생명윤리심의위원회의 승인을 거쳐 윤리적으로 진행되었습니다. 또한 아동의 사회적 상호작용을 효과적으로 유도하기 위한 전용 콘텐츠와 이를 관리할 수 있는 소프트웨어 환경을 자체적으로 개발하여 연구의 인프라를 완성했습니다. 이러한 탄탄한 데이터 기반은 인공지능 모델이 실제 현장에서 작동하는 데 큰 밑거름이 되었습니다. 상호작용 인지 인공지능 플랫폼의 가능성은 자폐 스펙트럼 장애에만 머물지 않습니다. 이 기술은 ADHD나 언어 발달 지연과 같은 영유아 발달 질환은 물론, 치매와 파킨슨병 같은 고령자 인지 장애 분야로도 충분히 확장될 수 있습니다. 각 질환의 특성에 맞는 콘텐츠와 분석 지표를 설정한다면 동일한 플랫폼을 통해 다양한 질환의 조기 선별 솔루션을 제공할 수 있기 때문입니다. 연구진은 기술의 경량화와 최적화를 통해 사용성을 개선하고, 실제 임상 현장의 피드백을 바탕으로 시스템을 고도화할 계획입니다. 사람들의 삶에 실질적인 도움을 주는 기술을 만드는 것이 궁극적인 목표입니다.

한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트

뇌인지과학
융합
공학·기술

[What if..🧑 🔬❓] 만약 1인 가구가 계속 증가한다면?

최근 1인 가구가 급격히 늘어나면서 고독사와 같은 다양한 사회적 문제가 중요한 과제로 부상하고 있습니다. 1인 가구는 다인 가구에 비해 질병 위험도가 훨씬 높으며, 특히 건강 이상을 즉시 감지하기 어려운 환경에 놓여 있는 경우가 많습니다. 이러한 문제를 해결하고자 한국생산기술연구원에서는 비대면 안전 헬스케어 서비스를 개발하였습니다. 이 서비스는 거주자의 일상적인 움직임을 실시간으로 파악하여 위급 상황을 예방하는 데 중점을 둡니다. 이는 단순히 편리함을 넘어 사회적 약자를 보호하는 든든한 안전망 역할을 수행할 것으로 기대됩니다. 이 시스템의 핵심 기술은 나노 전도성 섬유가 내장된 모듈형 압력 측정 매트입니다. 기존의 전도성 섬유는 내구성이 약하고 전기 신호가 일정하지 않은 단점이 있었으나, 새롭게 개발된 섬유는 우수한 전도성과 뛰어난 내구성을 동시에 확보했습니다. 유연한 TPU 소재로 제작된 이 매트는 가로세로 500mm의 조립식 구조로 되어 있어, 거실이나 침실 등 사용자가 원하는 공간의 크기에 맞춰 자유롭게 설치할 수 있습니다. 매트에 가해지는 압력 신호는 행동 분석 알고리즘을 통해 정밀한 행동 데이터로 변환되어 실시간 모니터링에 활용됩니다. 분석된 데이터는 사용자의 머무는 시간과 위치를 파악하여 수면 장애나 건강 이상 징후를 예측하는 데 쓰입니다. 특히 카메라를 사용하는 영상 방식과 달리 사생활 침해 걱정이 없다는 점이 시니어 케어 분야에서 큰 경쟁력을 가집니다. 이 기술은 향후 요양 시설은 물론 스마트홈 바닥재, 홈짐, 보안 산업 등 다양한 영역으로 확장이 가능합니다. 모든 세대가 건강하고 안전한 삶을 누릴 수 있도록 돕는 이 지속 가능한 기술은 미래 사회의 안전을 책임질 중요한 혁신이 될 것입니다. 생각을 현실로 만드는 기술의 힘이 우리 모두의 미래를 보호하고 있습니다.

한국생산기술연구원🔬What if Technology

융합
공학·기술

빅데이터 기반 치매 조기예측 기술 - KISTI 전홍우

치매는 현대 사회의 급격한 고령화와 함께 인류가 직면한 가장 큰 건강 과제 중 하나입니다. 현재까지 치매를 완벽히 치료할 수 있는 약제는 개발되지 않았기에, 질병의 진행을 최대한 늦추고 삶의 질을 유지하기 위한 치료의 적기를 찾는 것이 무엇보다 중요합니다. 이에 따라 4개 연구 기관과 소프트웨어 업체는 협력을 통해 빅데이터 기반의 조기 예측 시스템을 구축하였습니다. 연구의 핵심은 치매 전 단계인 경도인지장애를 스마트 디바이스와 인공지능 기술로 선제적으로 파악하여, 발병 위험이 높은 이들에게 적절한 관리 시점을 제시하는 데 있습니다. 연구팀은 국민건강보험공단에서 제공하는 10년 치의 노인 코호트 데이터를 심층 분석하였습니다. 60세 이상 고령층의 방대한 병력 기록을 토대로 과거의 진료 정보가 미래의 치매 발병에 미치는 영향을 추적한 결과, 병력 데이터의 변화 경로가 치매 진단과 밀접한 상관관계가 있음을 밝혀냈습니다. 특히 비타민 D 결핍과 같은 특정 영양 상태의 변화가 인지 기능 저하와 연관된 사례를 학술적으로 검증하며, 빅데이터 분석이 임상 현장에서 신규 위험 인자를 조기에 발견하는 강력한 도구가 될 수 있음을 증명하였습니다. 치매의 위험 인자는 성별에 따라 다르게 작용하기 때문에 정밀한 모델링이 필수적입니다. 남성과 여성의 데이터를 분리하여 분석했을 때 예측 모델의 정확도가 더욱 향상되었으며, 이는 성별 특성을 반영한 개인별 맞춤형 관리가 필요함을 시사합니다. 또한 병원에서 증상이 명확히 나타나기 전인 경도인지장애 단계를 포착하기 위해 5년 장기 예측 모델을 설계하였습니다. 비록 단기 예측에 비해 난도가 높지만, 유의미한 수치의 정확도를 확보함으로써 보험이나 예방 의학 분야에서 실질적으로 활용 가능한 데이터 기반의 관리 체계를 마련하였습니다. 연구는 병력 기록을 넘어 일상생활 수행능력(ADL)의 객관적 측정으로 범위를 확장했습니다. 기존의 주관적인 인터뷰 방식 대신 스마트홈의 동작 감지 센서를 활용해 거주자의 생활 패턴을 실시간으로 분석하였습니다. 흥미로운 점은 인지 능력이 저하될수록 행동의 자유도가 낮아져 이동 경로의 엔트로피가 감소한다는 사실입니다. 평소 생활 환경에서 나타나는 미세한 행동 변화와 특정 구역 통과 패턴을 정량적으로 분석함으로써, 의료진의 문진만으로는 구분하기 어려운 치매 초기 단계의 환자를 보다 과학적으로 식별할 수 있는 가능성을 열었습니다. 최종적으로 개발된 기술은 개인별 임계치를 적용한 맞춤형 모바일 서비스 형태로 구현되었습니다. 사람마다 서로 다른 라이프스타일과 인지 능력을 갖추고 있기에, 일률적인 기준 대신 과거의 행동 패턴과 비교하여 이상 징후를 감지하는 방식을 채택하였습니다. 가족들은 모바일 앱을 통해 대상자의 활동성을 모니터링할 수 있으며, 건강검진 결과와 연동된 치매 위험도 분석 리포트를 제공받게 됩니다. 이번 연구는 코호트 데이터와 일상 로그를 결합한 통합적 접근을 통해, 치매 잠복기를 정밀하게 관리하고 조기 대응할 수 있는 지능형 헬스케어의 미래를 제시하였습니다.

한국과학기술정보연구원

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물고기로 사람의 질병을 연구한다?!ㅣ질환표적구조연구센터ㅣ생생실험실 ep.5

제브라피시는 몸에 새겨진 줄무늬가 얼룩말을 닮아 붙여진 이름이지만, 과학계에서는 단순한 관상어 이상의 가치를 지닙니다. 이 작은 물고기는 인간과 유전 정보 전달 체계 및 신경 발생 과정이 매우 유사하여, 유전학 및 생물학 연구의 핵심 모델로 자리 잡았습니다. 특히 겉모습은 서로 비슷해 보일지라도 각 개체는 특정 연구 목적에 맞춰 유전적으로 변형된 상태로 관리되며, 이는 인간 질병의 원인을 규명하는 데 중요한 기초 자료가 됩니다. 연구 효율성 측면에서 제브라피시는 탁월한 장점을 보유하고 있습니다. 저녁에 암수를 전용 공간에 합사해 두면 다음 날 아침 수백 개의 알을 얻을 수 있을 만큼 번식력이 뛰어나, 실험에 필요한 대량의 샘플을 확보하기에 용이합니다. 수많은 개체를 관리하기 위해 연구 현장에서는 수질 정화와 먹이 공급을 돕는 반자동 시스템을 활용하고 있습니다. 이렇게 태어난 알들은 부화 후 일주일 정도 난황의 영양분을 섭취하며 자라나는데, 이 시기에는 별도의 먹이 없이도 성장이 가능합니다. 제브라피시의 가장 큰 특징 중 하나는 발달 속도가 매우 빠르고 몸이 투명하다는 점입니다. 주요 장기인 대뇌와 뇌신경 등이 형성되는 속도가 매우 신속하여 단기간에 유의미한 관찰 결과를 도출할 수 있습니다. 특히 체외에서 수정과 발생이 이루어지기 때문에 현미경을 통해 그 전 과정을 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 몸이 투명하여 별도의 해부 과정을 거치지 않고도 혈관의 흐름이나 내부 조직을 직접 확인할 수 있다는 점은 생명과학 연구에 있어 대체 불가능한 이점을 제공합니다. 생리적 특징뿐만 아니라 행동 특성 또한 주요 연구 대상입니다. 전용 분석 장비를 활용하면 물고기가 움직이는 궤적을 실시간으로 추적하여 정밀한 데이터를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 제브라피시는 불안감이 높아지면 수조의 벽면을 따라 이동하는 '주벽성'이라는 특유의 행동 패턴을 보입니다. 이러한 특성은 특정 약물이나 환경 변화가 개체의 심리 및 신경계에 미치는 영향을 파악하는 지표가 되며, 이를 통해 인간의 정신 질환이나 정서적 반응에 대한 간접적인 연구가 가능해집니다. 최종적으로 제브라피시는 인간을 대신하는 모델 동물로서 의약품 개발과 독성 평가의 전초 기지 역할을 수행합니다. 새로운 치료제를 인간에게 적용하기 전, 이 작은 물고기에게 먼저 투여하여 효능과 안전성을 사전에 검증함으로써 발생할 수 있는 위험을 예방합니다. 또한 인간의 유전병을 모델링하여 질환의 발생 기전을 밝히는 연구에도 널리 활용되고 있습니다. 제브라피시 연구는 단순히 생명 현상을 관찰하는 것을 넘어, 인류의 건강과 안전을 지키는 과학적 방패로서 그 역할을 더욱 확장하고 있습니다.

한국생명공학연구원생생정보통? 아니죠~🧪 [생생실험실]

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(실험동물자원센터) 마우스의 표현형분석

현대 생명과학 연구에서 유전자 변형 마우스는 질병의 기전을 이해하고 신약을 개발하는 데 필수적인 자원입니다. 한국생명공학연구원 실험동물자원센터에서는 이러한 마우스들의 생체 특징을 정밀하게 분석하는 표현형 분석 서비스를 제공하고 있습니다. 가장 기본적인 단계인 SHIRPA 분석은 마우스의 외형적인 특징과 행동 이상을 짧은 시간 내에 관찰하여 신경계의 이상이나 형태학적 변화를 파악합니다. 연구진은 낯선 환경에서의 자세와 걸음걸이, 소리에 대한 반응 등을 꼼꼼히 살피며 전반적인 건강 상태를 진단하는 과정을 거칩니다. 기초적인 관찰 이후에는 보다 세분화된 행동 분석이 이어집니다. 오픈 필드 테스트(OFT)는 마우스를 낯선 공간에 20분간 머물게 하여 이동 속도와 위치를 추적함으로써 공포나 탐색과 같은 정신적 행동 양상을 파악하는 실험입니다. 모션 감시 카메라를 통해 수집된 데이터는 마우스의 심리 상태를 객관적인 수치로 보여줍니다. 또한 그립 스트렝스 테스트를 통해 앞발과 뒷발의 악력을 측정함으로써 근육의 발달 상태와 이와 관련된 신경계의 이상 여부를 진단합니다. 이는 마우스의 물리적인 운동 능력을 정량화하는 중요한 과정입니다. 마우스의 인지 기능과 심리적 반응을 확인하기 위한 고도화된 실험들도 수행됩니다. 아쿠스틱 스타틀 리스폰스 시스템은 다양한 강도의 소리 자극을 조합하여 마우스의 신경적 반응을 측정하며, 이를 통해 정신병적인 문제의 가능성을 진단합니다. 한편, 공포 조건화(Fear Conditioning) 실험은 마우스의 기억력과 학습 능력을 평가하는 핵심 도구입니다. 특정 환경에서 전기나 소리 자극을 경험하게 한 뒤, 다음 날 동일한 환경이나 변화된 조건에서 마우스가 어떻게 반응하는지를 관찰함으로써 학습된 경험을 얼마나 잘 기억하는지 종합적으로 분석합니다. 생체 내부의 대사 활동과 장기 기능에 대한 분석도 철저하게 이루어집니다. 칼로리미터 장비는 마우스가 소모하는 산소량과 생성하는 이산화탄소량을 측정하여 에너지 대사 효율과 밤낮에 따른 활동성 변화를 실시간으로 추적합니다. 감각 신경의 이상을 확인하기 위해 열 자극을 가하는 핫플레이트 테스트도 병행됩니다. 더불어 심전도 측정과 소동물 전용 심장 초음파 장비를 활용하여 심장의 크기, 움직임, 혈류 파형 등을 사람의 검진 과정과 유사하게 정밀 분석함으로써 순환기 계통의 미세한 기능적 이상 유무를 파악합니다. 마지막 단계에서는 감각 기관과 골격, 그리고 면역 체계에 대한 심층 분석이 진행됩니다. 청각 뇌간 반응 검사를 통해 청신경의 전달 경로를 확인하고, X-ray 촬영으로 골격계의 발달 이상을 관찰합니다. 시력 분석을 위해서는 슬릿 램프와 펀더스 카메라를 사용하여 각막부터 망막, 시신경까지 안구 전반의 형태를 정밀하게 검사합니다. 모든 생체 분석이 끝난 후에는 부검을 통한 병리 조직 검사, 혈액 및 혈청 분석, 유세포 분석기를 이용한 면역 세포 변화 측정 등을 실시하여 마우스의 표현형 정보를 최종적으로 완성하고 바이오 연구를 지원합니다.

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