고려대, 의식 깊이 실시간 측정해 의식 수준 나타내는 기술 개발

[이뉴스투데이 전한울 기자] 고려대학교는 이성환 인공지능학과 교수와 이민지 박사의 연구 논문이 세계적인 권위의 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 유럽 현지시간 25일 게재됐다고 이날 밝혔다.

게재된 이성환 교수팀의 논문 ‘Quantifying Arousal and Awareness in Altered States of Consciousness using Interpretable Deep Learning’은 설명 가능한 딥러닝을 사용해 매우 짧은 뇌 신호만으로 의식의 깊이를 정량화할 수 있는 의식 지표인 ‘Explainable Consciousness Indicator(ECI)’를 제안했다.

의식의 정량화는 수면 장애 환자, 수술 시 발생할 수 있는 각성과 같은 사고를 막기 위한 마취 심도 측정, 의식 장애 환자의 진단 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 뇌과학 분야의 핵심 기술이다. 

의식은 지각(awareness)과 각성(arousal)의 두 가지로 구성돼 있는데, 현재 가장 신뢰받고 있는 의식 지표인 ‘Perturbational Complexity Index(PCI)’는 지각만을 측정할 수 있어 Ketamine과 같은 마취제나 꿈을 꾸는 ‘Rapid eye movement(REM)’ 수면에서는 완전히 깨어있을 때와 구분이 불가능하다. 또한 최소 5분 정도의 뇌 신호를 필요로 해 데이터 획득에 시간 소모가 많다. 

그러나 이번에 개발된 ECI지표는 각성과 지각 두 요소를 동시 측정하는 세계 첫 의식 지표로서 수면, 다양한 마취제를 활용한 마취 상태, 진단이 모호한 의식 장애 환자의 경우에도 모두 명확한 구별이 가능하다는 장점이 있다. 

또한 1초 가량의 짧은 뇌 신호만으로도 실시간으로 의식의 깊이를 측정이 가능하고, 의식 수준과 관련 뇌 활성 부위를 설명해준다는 점에서 매우 실용적인 지표이다. 

이번 연구는 University of Wisconsin at Madison, University Hospital of Liège 연구 팀과 공동 수행됐으며, 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원의 ‘인공지능대학원지원사업’, ‘AI혁신허브사업’의 지원을 받아 수행됐다.