사실 인공지능은 오랫동안 연구 되어온 분야인데 우리나라에서는 알파고 이후 사회적으로 많은 관심을 받고 있습니다. 과거에는 머신러닝이라 불리는 기계학습 기반의 인공지능 기술이 발달했다면 현재는 인공신경망을 이용해 스스로 학습하는 딥러닝 중심의 인공지능 기술이 발달하고 있습니다. 제 연구에서 인공지능 기술은 주로 생체신호로부터 사람의 의도를 읽어내는데 활용하고 있습니다. 대학원과정 연구는 사람의 뇌파를 측정해 사람의 의도를 인공지능 기술로 읽어내는 것이었어요. 몸이 마비돼 움직이지 못하고 대화가 어려운 사람들과의 소통도 가능하게 하죠. 박사후연구원 때는 사고로 팔을 잃은 사람의 근육에서 신호를 읽어 로봇팔을 움직이는 전자의수를 연구했어요. 최근에는 심전도 연구를 시작했는데요. 인공지능으로 심장마비의 전조증상을 예측하여 환자의 골든타임을 확보하고자 합니다. 특히 올 한해 전 세계가 코로나19 팬데믹을 경험하며 언택트, 뉴노멀이 화두입니다. 생체신호는 원격진료의 핵심기술 중 하나이기도 합니다. 연구내용은 다양하지만 궁극적 목표는 생체신호를 인공지능으로 분석하여 진단과 함께 적합한 치료 방법을 효과적으로 제시하는 데 있습니다.

미국은 2013년 오바마 대통령이 신경과학 기술을 통해 두뇌의 뉴런활동 지도를 만들겠다는 목표를 천명하며 ‘브레인 이니셔티브(BRAIN Initiative)’를 출범했습니다. 10년간 약 50조 원을 지원하는 뇌과학 연구 프로젝트죠. 우리나라도 치매를 국가적 아젠다로 삼아 대응하는 ‘치매국가치료제’를 중심으로 뇌연구가 활발히 진행되고 있습니다. 이처럼 적극적으로 뇌연구가 진행되는 이유 중 하나는 세계적으로 뇌 건강에 위험신호가 켜졌기 때문입니다. 특히 우리나라는 세계에서 유례를 볼 수 없을 정도로 고령화 속도가 빠릅니다. 2025년에는 65세 이상의 노인인구 비율이 20%를 넘는 초고령사회로 진입하리란 전망이 있습니다. 고령화에 따라 뇌졸중, 치매와 같은 뇌 기능 관련 질환도 증가하고 있어요. 또한 현대사회는 핵가족화되고 경쟁이 치열해지며 젊은 층의 정신질환 유병률도 높아지는 추세입니다. 이 역시 뇌 건강과 관련한 문제로 개인의 고통은 물론 가족과 사회의 고통도 커지게 됩니다. 뇌의 기능을 이해하고 건강을 증진하는 연구는 인간의 건강과 삶의 질 향상에 많은 기여를 할 수 있습니다.

(왼) IEEE EMBS 학회 발표 (오) 국내 BCI 연구자들과의 연구 교류회에서 발표하는 모습

뇌의 신경세포인 뉴런은 인간이 깨어있건 잠들어있건 어떤 상황에서도 끊임없이 전기신호를 내보냅니다. 특히, 어떤 생각이나 행위를 할 때 뉴런은 특정 주파수를 가진 전기적인 신호를 발생합니다. 신호의 주파수가 8∼13 Hz 구간을 알파파라고 부르는데요. 알파파는 사람이 안정 상태에 있을 때 많이 나타난다고 알려져 있습니다. 지난해에는 실험을 통해 전기자극을 잘 인가하면 알파파의 세기를 조절할 수 있음을 확인했습니다. 올해는 2차 년도 연구로 인지기능 향상을 테스트하고 있습니다. 먼저 피험자에게 암산을 시켜 정확도와 속도를 기준으로 인지기능을 정량화 합니다. 그리고 해당 피험자가 암산을 수행할 때 가장 유의미하게 변화하는 뇌파의 주파수에 맞춰서 뇌에 교류 전기자극을 인가하게 됩니다. 이를 통해 뇌파의 해당 주파수 성분을 조절하고, 궁극적으로 암산 기능이 향상되는 것을 기대하고 있습니다. 해당 연구는 암산이 아니라도 다른 인지기능 개선효과에도 일반적으로 활용이 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

고등학교 때는 문학책도 많이 읽고 소설가가 꿈인 문과생이었어요.(웃음) 대학에 진학하며 가정 형편과 향후 취업 같은 현실적인 문제 등을 고려해 이공계 교차 지원을 했어요. 선생님의 추천과 컴퓨터 사이언스의 발전 가능성을 보고 전공을 택했는데 다행히 적성에 맞았습니다. 하지만 대학원 진학을 앞두고 내가 좋아하는 분야와 내가 잘 할 수 있는 분야가 무엇인지에 대해 많은 고민을 했어요. 당시 고령화가 사회문제로 대두되었고, 전통적 의미의 의학과 신경공학이 전자와 반도체, 컴퓨터와 같은 다양한 첨단 기술을 만나 진단과 치료의 개념이 확장되고 있었습니다. 특히 고령화 사회가 직면한 다양한 케어 기술, 재활의학 등에 관심을 갖고 대학원에서는 의료공학을, 그 중에서도 뇌공학을 전공하였습니다. 덧붙이면 지금 다른 대학에 있는 20년 지기 친구가 생체공학 전공 대학원에 먼저 진학하여 관련 연구를 하는 것을 보며 그 친구의 영향도 받았습니다.

올해 시작한 연구재단 과제의 경우 첫해 과제 평가에서 탈락했는데 오히려 약이 된 것 같아요. 과제에 탈락하고 4명의 연구자가 함께 어떤 점이 미진했는지 어떻게 보완하면 좋을지 논의를 했어요. 재미있는 건 연구를 기획하고 제안서를 작성할 때는 모두가 의견 일치를 보았다고 생각했는데 이야기 하다 보니 서로 다르게 이해 한 부분이 있음을 알게 됐어요. 전공이 달라 이해의 배경도 달랐던 거죠. 이때 많은 이야기를 나누며 실질적인 공동연구의 물고를 튼 것 같아요. 제 경우 이번 과제 외에도 연구의 특성상 임상현장의 의사들과도 이야기할 기회가 많은데요. 가장 중요한 건 아무리 사소한 것이라도 연구자들이 함께 이야기하고 논의해야 한다는 사실입니다.

(왼) 뇌파측정 실험 장비 본사의 기술 지원 당시, 연구실 학생들과 함께 (오) 연구실 학생들과 학회 참석 단체사진

90%까지 순조롭게 진행되던 연구가 한동안 꽉 막혀있다 한순간 뚫릴 때, 그때야 말로 가장 기분이 좋아요. 그렇게 연구가 잘 마무리되어 논문으로 발표되고 학회에서 발표할 때 즐겁고 보람되고요. 최근에는 제자들과 함께 연구하다 보니 학생들이 발전하는 모습을 보는 것도 큰 보람입니다.

연구자의 길을 선택하고 독립된 연구 발판을 마련할 수 있는 마중물 같은 도움을 받았습니다. 이공계대학원연구장학생부터 박사후학문후속세대와 같은 재단의 지원이 없었다면 저는 학위를 시작하고 지속하지 못했을 거예요. 올해 고려대로 자리를 옮기며 차폐실험실 등 연구 환경을 갖춘 것도 재단의 지원이 있어 가능했습니다. 개인적으로는 신진에서 중견으로 성장해야 하는 단계인데요. 신진연구자와 함께 신진에서 중견으로 전환시기에 있는 연구자들이 도약할 수 있는 기회도 많이 제공 되었으면 좋겠습니다.

뇌와 생체신호 분야에서 각각 이루고 싶은 목표가 있습니다. 먼저 뇌와 관련된 것으로 기존에는 뇌파를 측정해서 사람생각을 읽는 연구에 집중했는데, 앞으로는 뇌전기자극과 같은 기술을 활용해 생각과 지식을 뇌로 전달하여 양방향으로 읽고 쓰는 뇌의 기전을 밝혀 뇌질환 환자의 진단과 치료기법 개발에 기여하고자 합니다. 더불어 사람의 머리에서 발생하는 신호와 팔·다리, 심장, 근육 등에서 발생한 신호가 각기 다 다른 것 같지만 이들은 서로 상관관계가 있습니다. 이러한 생체 신호들을 복합적으로 이해해야 각 장기에 대한 이해도도 깊어지며, 생체신호 기반의 연구에서 혁신적인 연구 성과를 얻을 수 있을 거라 생각해요. 생체 신호를 종합적으로 이해하여 의료 발전은 물론 일반 대중에게 적용 가능한 실용적 기술도 개발하고 싶습니다.