초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 쉽고 정확한 알츠하이머병(Alzheimer's disease; AD)의 진단과 증상 완화를 위한 모바일 플랫폼 구축을 수행하고자 한다. 이를 위해 기능적 근적외선 분광법(functional near-infrared spectroscopy; fNIRS) 기반의 뇌이미징 측정을 통해 뇌 기능적 연결성(functional connectivity; FC) 기반의 새로운 AD 진단 기준을 제시하고, AI를 통한 AD 진단 시스템을 구축했다. 뉴로피드백 훈련을 통한 AD 증상을 관리를 위해 기능성 게임 어플리케

□ 연구개요
본 연구에서는 쉽고 정확한 알츠하이머병(Alzheimer's disease; AD)의 진단과 증상 완화를 위한 모바일 플랫폼 구축을 수행하고자 한다. 이를 위해 기능적 근적외선 분광법(functional near-infrared spectroscopy; fNIRS) 기반의 뇌이미징 측정을 통해 뇌 기능적 연결성(functional connectivity; FC) 기반의 새로운 AD 진단 기준을 제시하고, AI를 통한 AD 진단 시스템을 구축했다. 뉴로피드백 훈련을 통한 AD 증상을 관리를 위해 기능성 게임 어플리케이션(application; App)을 개발하고, 개인에게 최적의 기능성 게임 App을 제안하는 AI 알고리즘을 개발했다. 그 후 AD 진단 및 AD 관리를 통합하였다. 구축된 통합 시스템은 모바일 플랫폼에 이식되었다. 플랫폼에 사용된 모든 시스템은 AD 환자를 대상으로 한 임상을 통해 유효성을 검증하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 연구 기반 구축
- WiFi 기반 무선 통신을 이용한 휴대용 fNIRS 기반 뇌이미징 및 FC 모니터링 시스템 구축 및 기존 뇌이미징 연구 결과를 통한 시스템 검증 수행
- FC 측정을 위해 의료기관 및 경증 치매 요양 시설과의 협업 체계 구축
2. AD 진단 기술 개발
- 인공신경망 학습을 위해 정상인, AD의 전구 단계인 경도인지장애(mild cognitive impairment; MCI) 환자 및 AD 환자 대상으로 FC를 계산하고, 병세에 따라 레이블링하여 진단 AI의 학습을 위한 fNIRS 데이터베이스 구축
- FC 기반의 AD 진단 AI 알고리즘을 개발하고 최적화하여 진단 시스템 구축
- 개발된 진단 시스템은 정상인과 MCI, AD 환자를 95% 정확도로 구분 가능, 특히 정상인과 AD 전구 단계인 MCI 구분에 있어 99.3% 정확도 달성
3. AD 증상 완화를 위한 게임 디자인 및 증상 완화 효과 검증
- 기존 기능성 게임 분석을 통해 AD 증상 완화에 효과적인 App을 디자인
- AD 환자의 FC 변화로부터 인지 변화를 추정하는 AI 알고리즘 개발을 통해 디자인 한 기능성 게임의 AD 증상 완화 효과를 효과적으로 검증
4. 시스템 통합 및 모바일 플랫폼 구축
- AD 진단 및 증상 완화를 위한 시스템을 통합, AD의 진단 및 관리를 수행하는 뉴로피드백 모바일 플랫폼 구축

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1. AD 진단 및 관리 분야에서의 활용 계획 및 기대효과
본 연구에서 구축한 모바일 플랫폼은 AD 진단 및 관리 서비스를 가정에서 쉽게 사용 가능하게 하여 조기에 AD의 진단 및 관리를 가능하게 한다. 또한 의료기관에서도 FC 기반의 AI 기술을 통해 정확한 AD 진단 및 증상 완화 서비스를 저렴하게 지원 가능하다. 이를 통해 AD로 인한 사회적 비용을 경감할 수 있을 것으로 기대된다.
2. AD 이외의 의료 분야에서의 활용 계획 및 기대효과
본 연구에서 사용한 AI 기술을 통한 FC 기반의 임상 연구 방법은 AD뿐만이 아니라 우울증, 자폐, 뇌혈관질환 등의 다른 뇌 질환의 진단 기술 연구에도 적용될 수 있다. 이를 통해 뇌질환 진단에 대한 원천기술을 확보하여 의료산업 분야의 경쟁력을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
3. 뇌-기계 인터페이스(brain-machine interface; BMI) 기술 분야에서의 기대효과
본 연구에서는 AI 기술을 통해 휴대용 뇌이미징 장비의 단점을 보완하였다. 이러한 접근 방법은 차세대 인터페이스 기술로 여겨지는 BMI의 성능 향상을 위해 사용될 수 있으므로 BMI 분야에 있어 기술적 우위를 확보할 수 있을 것이라 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 목표 ... 4
• 나. 연구개발의 필요성 ... 4
• 다. 연구 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 연구 기반 구축 ... 6
• 나. AD 진단 알고리즘 ... 9
• 다. AD 완화 알고리즘 ... 13
• 라. 통합 모바일 플랫폼 ... 15
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 21
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 35