뇌졸중 후유증으로 발음이 어려워 의사소통에 어려움을 겪는 환자들을 위한 인공지능(AI) 기반 착용 가능한 장치가 개발되였다. 별도의 이식수술 없이 목에 착용하면 자연스러운 의사소통 능력을 회복할 수 있다.

영국 켐브리지대학 기계공학과 오키핀티 교수팀은 북경대학 교수팀과 함께 뇌졸중을 겪은 후 의사소통 능력을 보조하는 목밴드(颈带)형 장치인 ‘리보이스’를 개발하고 연구결과를 일전 국제학술지 《자연·통신》에 공개했다.

뇌졸중 이후 발음(구음) 장애를 겪는 환자들은 자신이 무엇을 말하고 싶은지는 정확히 알지만 뇌와 목 사이의 신호 전달이 온전치 않아 어려움을 겪는다. 일반적으로 언어 치료사와 함께 반복적인 단어나 구문 연습을 통해 천천히 회복한다. 대다수 환자는 말하는 능력이 돌아오지만 수개월에서 1년 이상까지 걸리는 회복기간중 일상대화 등에서 불편함을 겪는 경우가 많다.

연구팀은 착용자의 심박수와 목 근육의 미세한 진동을 포착해 실시간으로 의도된 단어와 문장을 재구성할 수 있는 장치를 구현했다.

리보이스에는 AI 대형 언어모델(LLM) 2개와 고감도 감지기가 탑재됐다. 한 LLM은 입을 움직여 소리 없이 발음한 말들에서 단어를 재구성하고 다른 LLM은 착용자의 심박수 등으로 류추된 감정상태와 시간대, 날씨 등 맥락 정보를 읽어 문장을 완성한다.

례를 들어 “우리는 병원에 갑니다.”라는 짧은 문장은 “시간이 좀 늦지만 여전히 몸이 불편합니다. 지금 병원에 갈 수 있을가요?”로 확장되였다. 착용자의 심박수 상승과 밤이 깊어진다는 맥락을 통해 의도를 파악하고 문장을 완성한 것이다.

뇌졸중 후에 발음장애를 겪는 환자 5명을 대상으로 진행한 소규모 실험에서 리보이스는 단어 오류률 4.2%, 문장 오류률 2.9%를 달성했다. 몇개의 입모양만으로도 완전하고 매끄러운 문장을 구성해 의사소통을 도울 수 있다는 사실이 립증된 것이다. 실험참가자들은 의사소통 만족도가 55% 증가했다고 보고했다.

오키핀티 교수는 “뇌졸중 이후 구음장애를 겪는 환자는 극심한 좌절감을 느낀다.”며 “환자뿐만 아니라 간병인과 가족에게도 영향을 준다.”고 설명했다.

이어 개발된 기술이 “사람의 ‘독립성’을 되찾아주는 일”이라며 “의사소통은 존엄성과 회복의 기초”라고 강조했다.

연구팀은 제품화를 위해 광범위한 림상시험이 필요하지만 향후 다국어 지원과 감정상태 인식범위 확장 등 기능이 개선되면 좋을 것이라고 제안했다.

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