“꾀병 딱 걸렸어”…AI, 목소리만 듣고 감기환자 찾아낸다

인도 사르다르 발라브바이 국립공과대학 연구진 발표

꾀병을 부려 결근하는 직원이 있다면 조만간 꼬리가 잡힐 수도 있겠다. 인공지능(AI)으로 목소리를 분석해 감기환자를 70%에 가까운 정확도로 구분할 수 있다는 연구결과가 나와서다. 이미지투데이

꾀병을 부려 결근하는 직원이 있다면 조만간 꼬리가 잡힐 수도 있겠다. 인공지능(AI)으로 목소리를 분석해 감기환자를 70%에 가까운 정확도로 찾아낼 수 있다는 연구결과가 나와서다.  

영국 주간지 이코노미스트는 최근 인도 서부 구자라트주 수라트에 있는 사르다르 발라브바이 국립공과대학 연구진의 조사결과를 인용하며 이같이 보도했다. 판카즈 와룰레(Pankaj Warule) 전자공학 박사가 이끈 연구는 건강한 사람의 목소리와 감기에 걸린 사람의 목소리가 어떻게 다른지 분석하는 데서 출발했다. 

사람의 목소리는 폐에서 나온 공기가 성대를 진동시켜 나오는 공기의 파동이다. 감기에 걸려 성대에 염증이 생기면 목소리는 변한다. 성대 점막이 일시적으로 부풀어 오르면 낮은 음정으로 진동하기 때문에 감기에 걸린 사람은 목소리가 더 깊어지는 경향이 있다. 

연구진은 사람의 목소리에 화음이 있다는 점에 착안했다. 인간이 내는 목소리의 주파수는 단일하지 않다. 성대 진동을 통해 만들어진 기본음은 목과 인두강을 지나면서 기본 주파수의 배수가 되는 주파수들과 섞여 화음을 이룬다. 이를 하모닉스(Harmonics, 고조파·高調波)라고 한다. 

하모닉스는 일련의 수학적 패턴을 갖는다. 맨 처음 만들어지는 하모닉스의 주파수는 기본 주파수의 2배에 이른다. 기본 주파수가 120㎐라면 인두강 등을 거치면서 240㎐가 된다. 이후 360㎐, 480㎐ 등 여러 주파수 음이 섞이면서 화음을 형성한다. 음성에서 하모닉스의 진폭은 주파수 대역이 올라갈수록 잦아드는 경향이 있다. 

연구진은 감기환자의 경우, 이같은 패턴이 깨질 거라는 가설을 세웠다. 이를 알아보기 위해 독일인 630명의 목소리를 녹음해 분석했다. 실험 참가자 중 111명은 당시 감기에 걸린 상태였다. 참가자들은 1부터 40까지 숫자를 세거나, 이솝우화 ‘북풍과 태양’을 암송하도록 요청받았다. 

연구진은 각 참가자들의 음성에서 기본 주파수와 그에 파생된 하모닉스를 식별했다. 머신러닝 알고리즘을 사용해, 하모닉스들의 진폭을 비교 분석하고 건강한 사람의 목소리와 감기에 걸린 사람의 목소리를 구분할 수 있는 패턴을 찾아냈다. 

연구결과, 인공지능은 70%에 가까운 정확도로 감기 환자를 찾아냈다. 연구진은 목소리만으로 감기감염 여부를 파악할 수 있다는 점에서 이번 연구결과가 비대면 진료분야에 응용될 수 있다고 밝혔다. 이코노미스트는 이 기술을 활용하면 “아픈 척하며 결근하는 직원을 잡아낼 수 있다”고 보도했다.

음성인식 기술은 의료계에서 AI를 활용해 지속적으로 연구하는 분야 중 하나다. 지난해 한 연구그룹은 AI로 환자의 호흡패턴을 분석해 파킨슨병을 감지하는 데 성공했다. 나아가 AI로 학습된 음성패턴을 비교해 우울증과 여러 형태의 암을 발견할 수 있었다고 매체는 전했다.

이 연구결과는 SCI급 저널인 ‘생의학 신호 처리와 제어(Biomedical Signal Processing and Control)'에 실렸다.