여성의 '뇌'는 남성과 달라…뇌질환 다른 이유 밝혀졌다

미국 스탠퍼드대 의대 연구팀
뇌 스캔 1500개 학습한 'AI'
90% 확률로 남녀두뇌 구별
성 차이 따른 질환 연구 도움

AI에게 뇌 스캔본을 학습해 성별에 따른 뇌 조직의 차이를 구별하게 했다. 그 결과 AI는 90%의 정답률로 뇌 주인의 성별을 알아내는 데 성공했다. /사진=게티이미지뱅크

AI(인공지능)가 뇌 스캔 사진만으로 뇌 주인이 여성인지 남성인지 구별하는 데 성공했다. 성별에 따른 뇌 구조의 차이를 방대한 데이터 분석을 통해 확인했다. "성별이 인간 뇌 조직을 결정하는 핵심 요인"이라는 분석이다.

비노드 메논 미국 스탠퍼드 의대 교수(인지·시스템뇌과학 연구소장)가 이끈 연구팀은 AI에게 뇌 스캔 데이터 1500개를 학습시킨 결과 뇌 패턴에 따라 성별을 구별하는 데 90% 이상 성공했다는 연구 결과를 미국국립과학원회보(PNAS)에 19일(현지시간) 발표했다.

성별에 따른 차이를 고려해 치료 방법을 달리하는 접근법을 '성차의학'이라고 한다. 똑같은 약물을 투여해도 생물학적 성별에 따라 효과가 다르거나 심하면 부작용까지 나타날 수 있다는 인식이 기반이다. 저명 국제학술지 네이처는 논문 심사 시 실험에서의 성차 고려 여부를 중요 평가 요소로 반영하기 시작했다.

메논 교수 연구팀은 뇌 조직에도 성별에 따른 차이가 있는지 확인했다. '여성의 뇌와 남성의 뇌가 다른가'라는 의문은 뇌과학계의 오랜 난제였다. 만약 성별에 따른 뇌 구조 차이가 있다면 여성과 남성이 각각 다른 신경 정신 질환을 앓을 수 있기 때문에 필수 연구로 꼽혔다.

먼저 연구팀은 뇌 영상 데이터를 분류하는 방법을 학습하는 심층 신경망 모델(stDNN)을 만들었다. AI에게 뇌 스캔 영상을 보여주면서 뇌 주인의 성별을 알려주고, AI가 여성과 남성의 뇌 조직 패턴에서 유의미한 차이를 발견할 수 있는지 확인했다. 그 결과 AI는 이전까지 발견하지 못했던 성별에 따른 뇌 패턴 차이를 인지하기 시작했다.

이어 학습을 마친 AI에게 20~35세 사이의 남녀 뇌 스캔본 약 1500개를 보여주며 뇌 패턴만으로 뇌 주인의 성별을 구별할 수 있는지 알아봤다. AI는 스캔본만 보고 여성의 뇌인지 남성의 뇌인지 구별하는 데 성공했다. 정답률은 90% 이상이었다.

AI는 뇌 부위 중에서도 특히 디폴트 모드 네트워크(DMN), 선조체, 변연계의 차이를 통해 성별을 구별하는 것으로 나타났다. DMN은 내측전전두엽피질 등에 퍼져있는 신경세포망으로 뇌가 휴식을 취할 때 오히려 활발해지는 회로다. 창의성, 통찰력 등과 관련 있는 것으로 알려졌다. 대뇌피질과 시상을 연결하는 선조체는 결정과 선택을 맡고 있다. 변연계는 대뇌 부위로 기억 및 각성에 관여한다.

연구팀은 이들 부위가 "자폐증, 우울증, 조현병 등 각종 뇌 질환과 밀접한 관계가 있으며 이들 뇌 질환에는 성별에 따른 유병률 차이가 실제 존재한다"고 설명했다. 그러면서 "성별이 인간의 뇌 조직을 결정하는 핵심 요인이라는 강력한 증거"라고 말했다. 이어 "이번에 개발한 뇌 분석 모델을 적용해 인지 능력과 행동들이 특정 뇌 부위와 어떤 관련이 있는지 대부분 확인할 수 있을 것"이라며 "연구에 활용된 AI 모델을 모든 연구자에게 공개할 계획"이라고 밝혔다.

박건희 기자 wissen@mt.co.kr