치매는 다양한 원인에 의해 뇌 기능이 저하되는 상태를 말한다. 증상이 서서히 진행되는 경우가 많아 환자와 가족 모두 초기 변화를 알아차리기 어렵고, 정확한 진단을 위한 다각적 검사가 필요해 환자의 시간과 비용 부담도 크다.

이러한 진단의 한계를 보완할 수단으로 최근 인공지능(AI) 음성 분석이 주목받고 있다. 목소리에 나타나는 미세한 음향학적 변화를 분석해 초기 인지장애 가능성을 평가하는 기술이다. 음성 데이터는 스마트폰 등 일상 기기를 통해 간편하게 수집·축적할 수 있어 인지 기능 변화를 지속적으로 추적하는 데 활용할 수 있다.

관련 기술을 연구 중인 신정은 교수(건국대학교)는 "AI가 의료와 결합할 때 기대되는 가장 큰 강점은 실시간 데이터 분석과 개인 맞춤형 진단"이라며 "이를 통해 치매 발병 전 변화를 포착하고 조기 관리를 유도하는 방향으로 의료 패러다임이 변화할 것"이라고 설명했다. 치매 조기 선별을 위한 AI 기술부터 디지털 치료기기가 바꿀 미래 진료 환경까지 자세한 설명을 들어봤다.

치매 진단의 현실적 장벽..."초기 발견 어렵고 검사 부담 커"
치매는 조기에 발견하는 것이 중요하다. 인지 기능이 크게 저하된 뒤에는 이전 상태로 회복하기 어려운 경우가 많아, 이른 시기부터 증상 악화를 늦추고 현재 기능을 유지하기 위한 관리가 필요하다.

그러나 인지 기능 저하는 서서히 진행되기 때문에 환자 본인은 물론 가족 등 주변 사람도 이상 징후를 일찍 파악하기 어렵다. 이로 인해 병세가 상당히 진행된 이후에야 뒤늦게 의료기관을 찾는 경우가 많다.

병원을 찾더라도 정확한 발병 원인을 규명하고 확진에 이르기까지는 적지 않은 시간이 걸린다. 치매의 특성상 혈액 검사나 자기공명영상(MRI) 등 단일 검사만으로 치매 여부와 원인을 판단하기 어렵기 때문이다.

신정은 교수는 "치매는 단일 질환이 아니라 알츠하이머병과 혈관성 치매 등 다양한 원인으로 발생하는 포괄적 개념"이라며 "발병 원인이 워낙 복합적인 만큼 여러 정밀 검사를 거쳐 원인을 정확히 감별하는 데 상당한 시간이 소요된다"라고 설명했다.

이러한 검사 과정은 환자의 부담으로 이어진다. 신 교수는 "정밀 검사를 모두 시행하자니 환자의 비용 부담이 가중되고, 간단한 설문지 형태의 선별검사에만 의존하자니 정확도가 떨어지는 딜레마가 있다"라며 "이러한 진단의 한계를 극복하고 환자의 부담을 덜어줄 대안으로 최근 AI 음성 분석 기술이 부상하고 있다"라고 전했다.

AI, 목소리에 담긴 건강 정보로 초기 인지장애 선별
AI 음성 분석은 말의 속도와 리듬, 발화 중 멈춤, 억양, 음질 등 다양한 음향학적·발화 특성을 정량적으로 추출하고, 인지 기능 변화와 연관된 패턴을 분석해 인지 기능 저하 가능성을 평가하는 기술이다.

음성은 호흡과 발성기관의 움직임뿐 아니라 언어를 계획하고 표현하는 과정에서 요구되는 기억, 주의, 실행 기능 등 여러 인지 과정의 영향을 받는다. 신정은 교수는 "인지 기능에 변화가 생기면 말의 속도나 멈춤의 빈도와 길이, 리듬과 억양 등 발화 패턴에도 미세한 변화가 나타날 수 있다"라고 설명했다. AI는 이러한 발화 특성을 종합적으로 분석해 초기 인지 기능 변화 가능성을 평가하는 보조적 선별 도구로 연구되고 있다.

신 교수는 "미국의 한 기업은 기침 소리 분석을 통해 폐 질환을 약 90%의 정확도로 진단하는 기술을 선보인 바 있다"라며 "치매 분야 역시 AI를 활용해 초기 인지장애 환자를 선별하는 기술이 현재 임상시험 단계에서 85~87%의 정확도를 보이고 있다"라고 전했다.

특히 이 기술은 목소리를 일시적으로 변화시키는 외부 요인의 영향을 비교적 적게 받는다는 설명이다. 법의학 분야에서 신원을 확인할 때 음성을 활용하는 것과 같은 원리다.

신 교수는 "감기에 걸리거나 사투리를 사용하면 표면적인 변화는 나타나지만, 개인이 타고난 고유한 음향학적 구조인 '메인 프레임' 자체는 변하지 않는다"라며 "발화 내용이 아닌 발화 방식, 즉 음향학적 특성을 분석하기 때문에 언어나 억양의 영향을 훨씬 덜 받으면서 일관된 선별이 가능하다"라고 설명했다.

이어 "그럼에도 불구하고 실제 의료 현장에서 활용하기 위해서는 이러한 변수를 고려한 데이터 수집과 알고리즘 검증이 중요하다"라고 덧붙였다.

일상 기기로 목소리 기록해 '연속 추적'...인지 변화 조기 포착
AI 음성 분석의 또 다른 특징은 개인의 음성 변화를 장기간 추적할 수 있다는 점이다. 신정은 교수는 "AI 모델은 양질의 데이터가 많을수록 분석이 정교해진다"며 "비교적 건강할 때부터 음성 데이터를 꾸준히 축적하면 개인별 기준선을 형성할 수 있다"고 설명했다. 이를 바탕으로 단일 시점의 측정만으로는 포착하기 어려운 미세한 변화까지 관찰할 수 있다.

데이터가 충분히 확보되면 개인의 음성 특성이 점진적으로 치매 환자의 패턴과 유사해지는지를 분석해 선제적인 경고가 가능하다. 질환 발생 후 결과를 통보하는 기존 방식에서 나아가, 인지 기능의 변화를 연속적으로 관찰하는 체계로 전환되는 것이다.

신 교수는 "AI가 의료계에 미칠 가장 큰 영향은 단회성 진단보다 '연속적인 모니터링'에 있다고 본다"라며 "인지 기능 변화의 초기 징후를 보다 이른 단계에서 파악하고 조기 관리를 유도하는 방향으로 의사의 역할이 재정의되고, 의료 패러다임 자체도 전환될 것"이라고 내다봤다.

이러한 변화는 일상생활 속 전자기기를 통해 더욱 빨라질 전망이다. 최근 스마트폰 애플리케이션이나 PC를 통해 가정에서도 음성 데이터를 간편하게 수집하고 분석할 수 있는 환경이 구축되고 있다.

신 교수는 "궁극적으로는 환자가 거주하는 거실이 일상적인 진료실 역할을 하게 될 것으로 기대한다"라며 "본인의 건강 상태를 스스로 인지하고 능동적으로 관리하는 환경을 조성하는 것이 목표"라고 말했다. 그러면서 "다만 음성 분석 기술이 신뢰할 수 있는 건강 관리 수단으로 자리 잡으려면 학습 데이터의 편향과 과적합 문제를 줄이고, 정확성과 안전성을 지속적으로 검증해야 한다"라며 해결해야 할 과제도 짚었다.

조기 선별 넘어 치료·회복까지...확장되는 디지털 헬스케어
AI를 활용한 치매 관리는 초기 인지장애 가능성을 선별하고 변화를 추적하는 데 그치지 않는다. 인지 기능 저하를 늦추고 일상 회복을 지원하는 치료·돌봄 영역으로도 적용 범위가 넓어지고 있다. 대표적인 사례가 소프트웨어를 활용해 질환을 관리하는 '디지털 치료제(Digital Therapeutics)'다. 애플리케이션이나 게임 형태의 소프트웨어를 이용해 인지 훈련 등을 제공하는 방식이다.

다만 중증 치매 환자는 단일 자극만으로 유의미한 효과를 얻기 어려워 디지털 치료기기 적용에 한계가 있다. 이에 현재 연구는 주로 치매 극초기 단계나 경도인지장애(MCI) 환자를 대상으로 진행되고 있다.

신정은 교수는 "경도인지장애는 일상생활에 미치는 지장이 비교적 적은 상태이므로 증상 악화를 늦추고 현재의 기능을 유지하는 데 주력한다"라며 "전임상 단계이긴 하지만 게임 형태의 디지털 치료제를 하루 15분씩 8주간 적용한 결과, 인지 기능이 MMSE 기준 평균 10%가량 향상되는 데이터를 확인했다"고 전했다. MMSE는 시간·장소에 대한 인식, 기억력, 주의력, 계산 능력, 언어 기능 등을 평가하는 간이정신상태검사를 말한다.

디지털 헬스케어는 병원 밖 생활공간에서도 활용되고 있다. 지난 7월 하남에 문을 연 스텝다운(Step-down) 케어 시설 '케어허브'가 대표적인 사례다. 장기 요양이 아닌 '단기 집중 회복 후 일상 복귀'를 목표로 하는 이곳에서는 AI와 디지털 기기를 활용해 입소자의 건강 상태와 기능 변화를 지속적으로 살핀다.

1인실 중심의 개인 공간에는 비접촉 센서와 AI 수면 분석 시스템이 설치돼 있다. 이를 통해 수면·활동량·인지 기능 등 의료·재활·생활 데이터를 수집한다. 이 데이터를 바탕으로 기억력 저하와 보행 불안, 낙상 위험 등 질병 전 단계의 징후를 포착하고, 디지털 치료기기를 이용해 측정·분석·훈련·변화 추적을 아우르는 맞춤형 관리를 제공한다. 건강 지표의 변화는 보호자와 입소자가 확인할 수 있도록 매월 통합 리포트로 제공된다.

신 교수는 "케어허브는 AI와 디지털 기기로 기능 변화를 연속적으로 추적해 병원과 일상 사이의 '회복 공백'을 메우는 새로운 케어 모델"이라며 "앞으로 AI는 목소리 등을 통해 질환의 초기 징후를 발견하는 데서 나아가 환자의 회복 과정과 일상생활까지 지속적으로 지원하는 방향으로 발전할 것"이라고 전망했다.