구어장애 있는 마비 환자, '신경보정술'로 소통 창구 열린다

NEJM 게재 논문서 뇌졸중으로 인한 구어장애, 경직성 사지마비 환자 위한 언어 해석 모델 발표
피질 활동 분석과 딥러닝 알고리즘 통한 단어 유추 및 해석 가능성 내비춰
박선혜기자 yourname@medipana.com 2021-07-15 12:00

[메디파나뉴스 = 박선혜 기자] 마비로 인해 말을 할 수 없는 구어장애를 겪는 환자에게 '신경보정술(Neuroprosthesis)'을 통해 의사소통 능력을 회복할 수 있는 가능성이 나타나 주목된다.


15일 NEJM 저널에 게재된 데이비드 모세스(David A. Moses) 박사 연구팀의 'Neuroprosthesis for Decoding Speech in a Paralyzed Person with Anarthria' 논문에서는 뇌장애로 인한 구어장애(anarthria) 환자를 대상으로 대뇌 피질 활동을 통한 언어 디코딩 모델 연구가 진행됐다.


연구팀은 기록된 대뇌 피질 활동을 통해 단어를 감지 및 분류하고 패턴을 파악하기 위해 딥러닝 알고리즘을 사용한 분석 모델을 개발했다.


이 모델은 참가자가 소통을 시도할 때, 선행 단어가 순서대로 주어지면 다음 단어 확률을 산출할 수 있는 자연어 모델을 함께 적용해 참가자가 말하고자 하는 전체적인 문장을 해독할 수 있다.


연구팀은 해당 질환을 가진 참가자를 대상으로 음성을 제어하는 감각 운동 피질 영역에 경막하, 고밀도, 다중 전극 배열을 이식(신경보정술)했다.

 

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총 48회의 세션이 진행되는 동안 참가자는 실험 전 주어진 50개 단어를 각각 말하려고 시도했고 연구팀은 그 중 22시간의 피질 활동을 기록했다. 


그 결과, 참가자의 피질 활동에서 문장을 분당 15.2 단어의 중간 속도로 실시간으로 해석했으며 중간 단어 오류율은 25.6%으로 확인됐다. 

 

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사후 분석에 따르면 개별 단어를 통해 소통을 시도한 참가자의 단어 98%를 감지했고, 총 81주의 연구기간 동안 47.1%의 정확도로 단어를 분류한 것으로 나타났다. 대뇌 피질 신호 역시 안정적이었다.


연구팀은 "신경보정술로 피질활동을 안정적으로 분석하고 딥 러닝-자연어 통합모델을 통해 환자의 단어와 문장을 해석할 수 있었다"며 "이번 연구는 뇌줄기 뇌졸중으로 인한 구어장애와 경직성 사지마비를 가진 환자의 의사소통 창구가 마련될 수 있는 가능성을 내비췄다"고 설명했다.


이어 "향후 진전된 연구를 통해 정확도를 높혀 언어 장애를 가진 사람에게 자율성과 삶의 질을 높일 수 있는 기회를 마련할 것"이라고 전했다.


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