AI는 목소리만 듣고 안다...당신이 얼마나 잠 못 이루는지

프랑스 엑스마르세유대 언어소통·두뇌연구소
수면 부족으로 편도선 부어 바뀌는 목소리 인식

수면 장애로 잠을 충분히 자지 못하면 치매 발병 확률이 높아지는 등 몸에 부정적 영향이 올 수 있다. /게티이미지뱅크

전날 잠을 얼마나 충분히 잤는지를 목소리만 듣고 알아 맞추는 인공지능(AI)이 나왔다. 수면 시간이 일정 수준보다 짧으면 목구멍과 코에 부기가 올라오며 생기는 미세한 목소리 변화를 감지하는 방식이다.

프랑스 엑스마르세유대 언어소통·두뇌연구소의 에티엔 토레 교수 연구팀은 최근 바이오아카이브(bioRxiv)에 ‘목소리 분석으로 진단한 수면 부족’이란 제목의 논문을 발표했다.

잠을 적게 자면 다음날 피곤함을 느낄 수는 있지만 질병과 같은 부정적 영향이 몸에 곧바로 나타나지는 않는다. 때문에 수면 장애 환자들 중에는 자신이 수면 장애라는 것 자체를 모르고 사는 경우도 많다. 그러나 만성적인 수면 부족은 치매 발병으로 이어질 수 있다. 수면장애가 길어지면 뇌 크기가 매년 줄면서 노인성 치매 위험을 높인다는 연구결과도 있다.

이에 토레 교수 연구팀은 목소리만 듣고 수면 부족 여부를 파악할 수 있는 AI를 개발했다. 연구팀은 30~50세 여성 22명 목소리를 AI에 학습시켰다. 이들은 우선 7~8시간 동안 숙면을 취한 뒤 프랑스 소설의 한 부분을 소리내어 읽었고, 그다음에는 이틀 연속 3시간만 잔 다음 똑같은 내용을 읽었다.

연구팀은 이 음성을 녹음해 숙면을 취한 사람의 목소리 데이터와 수면이 부족한 사람의 목소리 데이터를 구분해 수집할 수 있었다. 이렇게 모은 녹음본 중 75%는 AI 학습에 쓰였고 나머지 25%는 학습이 끝난 AI 성능을 시험하는 데 쓰였다.

이틀 연속 잠을 3시간만 잔 실험 참가자 22명의 목소리를 AI가 분석한 그래프. 파란색은 목소리가 높낮이 없이 일정한 수준에 머무는 경우, 빨간색은 쉰 목소리에서 나는 소리를 인식했다. /바이오아카이브

그 결과 AI는 77% 정확도로 수면 부족 여부를 알아맞췄다. 잠을 충분히 자지 못한 참가자들은 목소리가 높낮이 없이 비슷한 수준에서만 머물거나 목소리가 조금 쉬는 현상이 나타났는데 AI는 전자를 파란색, 후자를 빨간색으로 그래프에 표시해 이를 인식했다.

이는 수면 부족으로 인해 생기는 목소리 변화를 AI가 학습해 정상적인 목소리와 구별해낸 결과라고 연구팀은 설명했다. 토레 교수는 “잠을 적게 자서 몸이 피로해지면 면역력이 약해지면서 편도선이 커지고 목소리에 변화가 생길 수 있다”며 “편도선은 입과 코로 들어오는 세균을 방어하는 역할을 하는데 면역력이 약해지면 세균 공격을 막아내지 못해 편도선이 붓는 것”이라고 말했다.

다만 연구팀은 이번에 개발한 AI가 좀 더 고도화될 필요가 있다고 말했다. 자고 일어나서 편도선을 붓게 하는 건 수면 부족도 있지만 호흡기 질환에 걸리거나 전날 음주를 했을 때도 마찬가지다. 목소리에 변화를 일으키는 요인이 수면 부족 말고도 여러가지가 있기 때문에 수면 부족을 좀 더 정확하게 구별해내려면 알고리즘 세분화와 훨씬 많은 데이터 학습이 필요하다는 것이다.

참고자료

bioRxiv, DOI: https://doi.org/10.1101/2022.11.17.516913

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