보라빛 소를 만나기 위한 도약

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1817호(2017. 10. 11. 발행)에 기고한 원고입니다.

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100만 명의 DNA와 건강정보 분석, 생명과학 강국으로 도약한 중국.pdf

[ 요 약 ]

ž 세계의 공장인 중국은 또한 ‘세계의 DNA 시퀀싱 공장’이기도 하여 최근 사람이나 동물 및 식물의 유전자 서열 규명 연구를 주도해 오고 있음

Ø 지난 2014년 서부 아프리카에서 에볼라 바이러스가 급속도로 퍼질 당시, 중국 보건당국은 에볼라 바이러스에 대한 항체의 유전자 분석을 완료했다고 발표하며, 중국은 미국 못지 않은 다원적인 항체 생산능력을 갖추고 있다고 자평하였음

Ø 당시 중국질병통제센터 전염병연구소는 중국이 2008년부터 9개의 ‘과학기술 중대 프로젝트’를 진해해 왔고, 그 과정에서 10개의 국가급 연구기관이 백신과 치료제 개발을 포함한 에볼라 바이러스 연구를 진행해 왔다고 소개한 항체의 유전자 분석을 완료했다고 소개한 바 있음

Ø 2015년 한국에서 메르스 사태가 발생했을 때도 중국질병통제센터 전염병연구소는 한국 국립보건연구원의 발표에 앞서, 광둥성에서 메르스 확진 판정을 받은 한국인 환자에 대해 유전자 분석을 실시한 결과 전염성 강화 등의 변이는 발견되지 않았다고 보도한 바도 있음

Ø 2016년에는 중국 과학자들이 인간의 배아에서 특정 유전자를 바꿔치기하는 유전자 조작을 시도해 전세계 과학계를 큰 충격에 빠뜨린 적이 있는데, 이처럼 유전자 분석에 대한 규제가 미비한 중국에서는 이미 많은 유전자 연구가 진행되고 있음

Ø 세계 최대 규모의 염기서열 판독설비를 갖춘 곳 역시 중국의 ‘베이징지놈연구소(BGI)’로 중국개발은행이 15억 달러를 투자해 한해 1만 5천 명의 유전자를 분석할 수 있는 인프라를 보유하고 있으며 전세계 개인 유전자 분석 서비스 업체들로부터 일감을 따내고 있음

Ø BGI는 2012년 당시 세계 최고 유전자 분석기술을 보유했던 미국의 ‘컴플리트 지노믹스(Complete Genomics)’를 1억 1,760만 달러에 인수한 이후 유전자 분석 수준을 단숨에 높여 시장 점유율을 끌어 올리며 ‘세계의 DNA 시퀀싱 공장’으로 부상하였음

[표 1] 세계 최대 DNA 시퀀싱 센터 BGI(베이징 지놈 연구소)의 설비 용량

<자료> Genomics

Ø 현재 중국은 유전자 배열을 읽어낼 뿐만 아니라 그 결과를 인공지능(AI)으로 해석하고 생명과학 분야를 선도하려 하고 있는데, IBM과 구글 등 미국 대기업들이 천착하고 있는 연구 분야이지만 중국은 규제 없이 대규모로 연구를 전개할 수 있다는 점에서 상당한 이점을 누리고 있음

ž 현재 중국 유전자 분석의 최첨단을 이끌고 있는 기업은 BGI의 전임 CEO가 선전에 본사를 두고 창업한 바이오 벤처기업 ‘아이카본엑스(iCarbonX, 碳云智能)’임

Ø 아이카본엑스는 중국 지놈 과학의 선구자였던 준 왕(June Wang)이 인공지능과 의료 빅데이터를 기반으로 유전자 정보 및 진료정보와 개인 라이프 로그를 통합해 질병을 예측하는 개인 맞춤형 의료정보 플랫폼 서비스를 제공하기 위해 2015년에 설립한 기업임

Ø 준 왕은 16살에 북경대학에 입학하여 인공지능, 컴퓨터 과학, 생물윤리학을 전공한 후 중국 휴먼 지놈 프로젝트에 참여하여 큰 기여를 하였고, 세계 최대 규모 지놈 회사인 BGI 설립 멤버로 후에 CEO가 되었음

Ø 유전자만으로 생명현상을 모두 해독할 수 없다고 느낀 준 왕은 단백질, 대사체, 신체적 특징 및 행동 등의 다양한 정보를 기반으로 생명을 이해하기 위한 비즈니스 모델을 구축하기 위해 BGI를 떠나 아이카본엑스를 설립하였음

Ø 아이카본엑스는 현재 건강검진센터, 약국, 병원, 보험사들을 통해 타액, 단백질, DNA, 미생물 데이터 등 유전체 정보를 수집한 후, 고급 데이터 마이닝 및 기계학습 기술을 통해 개별 건강상태를 분석 및 예측하여 맞춤형 웰빙 프로그램, 식이요법, 처방 의약품 등을 추천해 주고 있음

Ø 또한 개인별 피부 상태에 따라 제품을 권장하는 스킨케어 서비스를 필두로 영양, 건강, 의료 분야로 확대할 계획을 갖고 있으며, 사용자를 건강한 삶의 방향으로 안내 할 수 있는 디지털 아바타를 만들고 디지털 라이프 생태계를 구축하는 것을 장기 목표로 설정하고 있음

Ø 아이카본엑스는 설립 6개월 만에 텐센트로부터 2억 달러의 투자를 유치하는 등 지금까지 총 6억 달러의 투자를 받았으며 올해 가장 주목받고 있는 벤처기업으로 선정되기도 하였음

Ø 또한 미국의 개인 의뢰 유전자 분석 서비스 업체인 23andMe와 더불어 기업가치가 10억 달러 이상인 유전자 분야의 대표적 유니콘 기업이기도 한데, 특히 전체 유니콘 기업들 중 가장 역사가 짧은 ‘젊은 기업’으로 꼽히고 있음

ž 아이카본엑스에 투자와 관심이 쏠리는 이유는 그 스케일에 있는데, 최소 100만 명 이상의 건강 데이터 분석을 통해 AI로 유전자와 질병의 관계를 규명하려 하기 때문

Ø IBM과 구글 등 미국의 AI 주도 기업들이 유전자 분석의 임상 시험을 전개하고 있지만 기대했던 성과는 얻지 못하고 있는데, 질병 발병 유전자 변이를 밝혀 내지 못하고 있어 유전자 변이와 질병 발병 사이의 상관 관계를 찾는 데 어려움을 겪고 있음

Ø 이런 문제를 반복하지 않기 위해 아이카본엑스는 기존 방식 외에 피험자의 생체 검사 결과를 토대로 정확한 정보를 얻겠다는 계획을 세웠는데, 걸림돌이 된 것은 중국의 의료 시스템 전산화 수준이 낮아 연구에 활용할 수 있는 빅데이터가 매우 부족한 상황이라는 점

Ø 문제의 해결을 위해 아이카본엑스는 두 가지 방안을 모색하고 있는데, 첫번째는 병원을 통해서가 아니라 메시징 프로그램인 위챗(WeChat)을 이용하여 소셜 미디어에 기록된 개인 의료 정보들을 확보한다는 계획임

Ø 위챗은 텐센트가 운영하는 소셜 메시징 서비스로 텐센트가 아이카본엑스에 2억 달러를 투자한 데에는 이런 배경이 있는 것이며, 양사는 향후 5년 내에 최소 100만 명, 최대 300만 명 이상의 사람들로부터 의료 빅데이터의 데이터베이스를 구축할 것이라고 발표하였음

Ø 이는 개인정보보호 이용에 관대한 중국인들의 특성을 이용한 것인데, 향후 개인의 유전자 데이터를 소셜 데이터와 조합하여 AI로 분석하면 분석의 정밀도가 향상될 것으로 기대하고 있음

Ø 두번째 방안은 피험자의 생체 검사를 직접 실시하는 것인데, 구체적으로 피험자 혈액의 단백질량 변화와 신진대사를 측정하고 뇌 영상 데이터를 이용하며, 웨어러블 바이오 센서로 혈당치를 모니터링 하는 한편 스마트 화장실에서 소변과 대변에 포함된 바이오 마커를 수집하려고 함

Ø 이렇게 모은 유전자 정보, 의료 정보, 생체 검사 데이터 정보를 조합한 후 AI로 분석하여 건강 관리에 도움이 되는 정보를 추출하고, 개인맞춤형 AI 헬스케어 서비스를 제공하겠다는 것이 아이카본엑스의 궁극적인 계획임

ž 아이카본엑스는 최근 자신들의 최종 목표인 AI 기반 디지털 건강관리 플랫폼의 개념을 담은 초기 서비스로 ‘미엄(Meum)’이라는 건강관리 앱을 선보였음

Ø 이용자들이 미엄 앱에 섭취한 음식이나 운동에 대한 정보와 함께 신체 정보와 생체 신호를 입력하면, AI는 이렇게 입력된 정보를 유전자 정보 및 생체 정보와 함께 분석한 후 앱 화면에 건강 및 질병에 관련된 정보를 보여주고 필요한 액션을 추천해 줌

Ø 구체적으로 살펴보면, 식사의 내용물, 취침 시간, 필요한 운동 등 건강한 생활을 위해 도움이 될 수 있는 조언을 표시해 줌

Ø 아이카본엑스는 개인의 건강과 관련된 다양한 요소들을 모두 포함하여 분석함으로써 모든 개인이 자신의 삶을 더 잘 이해하고 관리할 수 있게 돕는 앱을 개발하는 것을 목표로 하고 있음

Ø 궁극적으로는 위챗 메신저 앱 사용자 9억 명을 대상으로 스마트한 방식으로 ‘디지털 미(Digital Me)’를 만들 수 있는 디지털 플랫폼 개발을 목표로 하고 있음

Ø ‘디지털 미’ 전략의 논리 흐름은 ‘①모든 형태의 삶이 디지털화될 수 있다 à ②모든 디지털화된 삶은 모델링 될 수 있다 à ③ 모든 디지털화된 삶은 네트워크로 연결될 수 있다’로 요약됨

Ø 모델링을 통해 탄소 기반의 인체는 디지털 형태의 실리콘 기반으로 변환이 되는데, 그러면 음료 한 잔이라도 내 몸에 들어오면 어떻게 반응할 지 시각화해서 볼 수 있게 되고, 상호 연결된 ‘디지털 미’들이 커뮤니케이션 하면 예상할 수 없는 일들이 벌일 것이라 기대하는 것임

Ø 이러한 시도는 처음이기에 시장이 새로우니만큼 제품도 달라야 할 것이고, 그래서 아이카본엑스는 AI를 포함한 모든 기술을 새롭게 개발돼야 할 것으로 보고 있음

Ø 아이카본엑스는 디지털 미 서비스를 누구나 이용할 수 있는 초저가 상품과 비싸지만 모든 데이터를 분석하는 초고가 상품으로 구성한다는 계획인데, 하이엔드 상품 개발을 위해 이미 텐센트, 화웨이 등과 협력해 데이터 보안 시스템을 개발 중이라고 함

ž 아이카본엑스에 더욱 주목해야 하는 이유는 중국을 넘어 글로벌 차원에서 의료-유전자-건강 데이터 분석 기술의 중심이 되기 위한 적극 행보를 이미 시작하고 있기 때문

Ø 아이카본엑스가 최근 개인으로부터 헬스케어 데이터를 대량으로, 비용효율적으로 수집하고 분석할 수 있는 기술력을 확보한 글로벌 기업들과 연대를 형성하였음

Ø HealthLoop, SomaLogic, HealthTell, Pa-tientsLikeMe, AOBiome, GALT 등 7개 미국 기업과 이스라엘의 Imagu Vision, 중국의 Tianjin Robustnique 등 7개 기업에 4억 달러를 전략적으로 투자하고, 자신들을 중심으로 한 ‘디지털 라이프 얼라이언스(Digital Life Alliance)’를 결성한 것임

Ø 얼라이언스에 참여한 기업들의 면면을 보면 유전체, 단백체, 대사체, 항체, 재조합 효소, 박테리아, 의료, 헬스케어 데이터 수집 분야에서 비교우위 기술을 이미 확보하고 있는 곳들임

Ø 이들 기업은 개인의 건강과 질병의 상태를 파악하는 지표를 아이카본엑스에 제공하게 되며, 아이카본엑스는 이 지표를 활용해 빅데이터에서 잡음을 제거하고 정밀하고 유용한 정보를 감지 할 수 있는 시스템을 개발하게 됨

Ø 디지털 라이프 얼라이언스는 의료 데이터를 유전자 분석과 결합해 건강에 관한 새로운 지식을 얻으려 하는 글로벌 기업들의 협회로서 기능할 것으로 보이는데, 이들 기업을 끌어들임으로써 아이카본엑스는 글로벌 정밀 의학의 중심 기업이 되기 위한 준비를 해나가려는 것으로 보임

ž 고도의 기술력에 정부의 강력한 지원까지 더해져 중국은 이제 세계의 DNA 시퀀싱 공장에서 생명과학 글로벌 강국으로 또 한번 변신과 도약을 준비하고 있음

Ø 구글의 생명과학 부문 ‘베릴리(Verily)’는 건강한 인체를 정의하기 위한 ‘베이스라인 프로젝트(Baseline Project)’를 시작했으며, 1만 명 참가자의 개인 신체 정보와 의료 정보를 수집하고, 수집된 정보와 유전자 정보를 AI로 해석하여 건강한 인체의 상태가 무엇인지 규명하고 있음

Ø 이에 비해 아이카본엑스는 최소 100만 명 이상의 규모로 실증 실험을 전개할 계획인데, 유전자 배열 등 데이터 양이 훨씬 큰 정보를 분석하기 위해서는 AI 알고리즘 교육에서 대량의 데이터가 필요하다는 점을 고려할 때, 베릴리에 비해 아이카본엑스가 압도적으로 유리함

Ø 아이카본엑스의 가장 강력한 경쟁자로 꼽히는 기업 역시 미국이나 유럽의 기업이 아닌 중국의의 유전자 기업인 ‘우시 넥스트코드(WuXi NextCode)’로, 이 기업 역시 3억 달러의 투자를 유치해 AI와 지놈 기술 기반의 디지털 헬스케어 서비스를 준비하고 있음

Ø 이런 기업들의 노력에 유전자 정보가 사용되는 것에 대한 거부감이 적은 사회 문화, 중국 정부의 제도적 지원, 중국이라는 거대한 시장과 자본력까지 생각해 보면, 어렵지 않게 중국이 생명과학 분야의 글로벌 헤드쿼터가 될 것을 그려볼 수 있음

Ø 중국은 이미 세계의 DNA 시퀀싱 공장으로 작동하고 있으며, 지금 계획 중인 기술이 개발되고 서비스가 제공된다면 전세계인들의 건강을 관리하는 세계의 헬스케어 센터가 될 수도 있음

Ø 생명과학 분야 글로벌 강국으로 도약을 준비 중인 중국 정부와 중국 기업들의 움직임을 눈 여겨 보고, 이들과 협업 전략을 모색해야 할 필요성이 점점 더 뚜렷해 지고 있음

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1804호(2017. 7. 12 발행)에 기고한 원고입니다.

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웨어러블 기기의 건강 관리 정밀도를 높여주는 인공지능 기술.pdf

[ 요 약 ]

[ 본 문 ]

ž IDC에 따르면 전세계 1분기 웨어러블 기기 시장에서, 샤오미와 애플이 이 분야를 개척해 온 ‘핏빗(Fitbit)’을 제치고 나란히 1위와 2위를 차지하였음

Ø 올해 1분기 전세계 웨어러블 기기 출하대수는 2,470만대로 전년도 같은 기간의 2,090만 대에 비해 17.9% 증가한 것으로 조사됨

Ø 샤오미는 전년 대비 3.3% 감소한360만 대를 출하했으나 시장점유율 14.7%로 1위를 차지했으며, 애플워치를 내세운 애플은 1년 만에 64.1% 성장하며 시장 점유율 14.6%로 2위에 올라섰음

Ø 눈에 띄는 것은 핏빗의 실적인데, 핏빗은 2016년 4분기까지도 1위를 유지했으나 올 1분기에는 전년 동기 대비 37.7% 감소함 300만대 출하에 그치며 3위로 추락하였는데, 이런 여파 때문인지 핏빗은 최근 대규모 정리 해고를 통한 비즈니스 재구축에 나서고 있음

Ø 2분기 이후에는 핏빗의 하락세가 더욱 두드러질 전망이고, 샤오미 역시 1분기에 1위를 차지하기는 했지만 출하대수는 감소한 상태에서 핏빗의 급전직하에 따른 어부지리 성격이 강하기 때문에 2분기 이후에는 애플이 당분간 시장점유율 1위를 유지할 것으로 예상됨

ž 핏빗의 하락세와 애플의 강세를 가른 원인으로는 데이터와 기능과 정확도가 거론되고 있는데, 고정밀과 고기능을 요구하는 시장의 요구에 핏빗은 부합하지 못하고 있다는 평가

Ø IDC는 1분기 실적 결과에 대해 사용자의 취향이 단순한 피트니스 밴드에서 시계 및 기타 기능이 탑재된 제품으로 옮겨가고 있다고 분석하고 있음

Ø 다른 업계 전문가들은 소비자들의 요구가 단순히 기능 추가에 있는 것은 아니며, 웨어러블을 구매하는 가장 큰 이유가 건강 관리를 위해서인데, 핏빗의 경우 센서의 기능과 정확도가 생각만큼 도움이 되지 않는다는 평을 받고 있는 것 같다는 분석을 내놓고 있음

Ø 단순히 걸음 수나 맥박 수를 체크하는 수준을 넘어서 점차 고정밀∙고정확의 데이터에 기반한 건강 관리 수요가 점차 높아지고 있는데, 애플은 이러한 소비자의 수요를 정확히 캐치하고 현재 기술의 단점을 보완하려는 노력을 해나가고 있다는 평

Ø 샤오미는 센서 기술의 정확도보다는 149 위엔(약 2만 4천원)이라는 가격 경쟁력과 최대 20일 간 유지되는 배터리를 앞세워 어필하고 있는데, 이는 애플의 전략과 차별화되는 점이며 핏빗에게는 다운스트림 세그먼트에서 강력한 압박 요인으로 작용하고 있음

[표 1] 2017년 1분기 전세계 웨어러블 기기 시장 상위 5대 업체 점유율(단위: 백만 대)

<자료> IDC, IITP 재정리

ž 애플워치가 건강 관리 웨어러블로 자리를 잡아가고 있는 데에는, 현단계 센서 기능의 한계를 다른 기술, 특히 인공지능(AI)으로 보완하려는 전략이 기여하고 있음

Ø 2015년부터 외신에는 종종 애플워치 덕분에 목숨을 부지할 수 있었다는 소식들이 보도되고 있는데, 주로 ‘몸의 상태가 좋지 않아 애플워치로 심장박동수를 확인해 봤고, 정상 수치 보다 높게 나와 병원에 방문했더니 의사가 늦었으면 큰일 날 뻔 했다’고 말했다는 스토리임

Ø 미국에서만 연간 70만 명, 전세계적으로 연간 1,700만 명 이상이 심혈관 질환으로 사망할 만큼 심혈관 질환은 주요 사망 원인 중 하나지만, 여느 병과 마찬가지로 조기 발견하여 치료가 되면 생명을 구하고 중대 질환으로 번질 가능성을 낮출 수 있음

Ø 심장박동수 측정 기능은 애플워치에만 있는 것이 아니므로 다른 웨어러블 기기들도 긴급 상황에서는 도움이 되며, 심장박동수 측정 센서가 오작동하는 경우도 있지만 수치가 비정상적으로 높거나 기분이 좋지 않을 때는 일단 병원에 내원하는 것이 좋다고 의사들은 권고함

Ø 그러나 앞서 핏빗의 침체 원인에서 언급한 것처럼, 현재 웨어러블 기기들에 창작된 센서의 기능에는 한계가 있어 심박수 측정의 정확도는 불안정한 편이며, 따라서 건강한 사람들이라면 부정확한 수치나 오작동에 실망을 느껴 관심을 거두게 되는 경우도 적지 않음

Ø 애플워치 역시 심박수 센서 수치가 부정확한 문제를 동일하게 겪고 있기는 하지만, 애플은 정확도 보정을 위해 애플워치에서 수집한 심박수 수치를 인공지능(AI)으로 해석하여 심장의 상태를 감지하는 연구를 진행하고 있음

Ø 애플은 이를 바탕으로 병원에서 심전도 검사(ECG, Electrocardiogram)를 받지 않아도 애플워치에서 24시간 내내 심장의 상태를 모니터링 할 수 있다는 점을 마케팅 포인트로 어필하고 있음

ž 애플워치에 심장 상태 모니터링 기술을 제공하고 있는 기업은 헬스케어 스타트업인 ‘카디오그램(Cardiogram)’이며, 동명의 앱은 애플의 ‘헬스키트(HealthKit)’와 연동되어 있음

Ø 심박동 곡선을 뜻하는 ‘카디오그램’은 앱은 애플워치의 센서를 통해 측정한 신체 데이터를 분석하여 심장의 움직임을 파악하는데, 주로 운동 후에 심박수가 어떻게 반응하는지를 살핌

Ø 또한 평상시의 심장 박동수를 모니터하고 스트레스 상황이나 식사 후에 신체가 어떻게 반응하는 지도 살피는데, 이런 방법을 통해 심장 질환을 감지해 내는 연구를 진행하고 있음

Ø 애플은 자사 혹은 써드파티들의 건강 관리 앱 개발의 기초가 되는 ‘헬스키트(HealthKit)’를 구축하고 있는데, 애플워치에서 측정된 신체 데이터는 이용자의 동의 하에 헬스키트에 축적됨

Ø 카디오그램 앱은 iOS용 건강관리 앱으로 개발되었기 때문에 헬스키트를 통하여 이용자의 신체 정보에 접근할 수 있고 데이터를 분석하여 건강에 관한 지식을 얻게 되는데, 이를 토대로 애플워치 이용자의 심박수, 서있는 시간, 칼로리 양, 운동시간, 걸음 수를 시각화하여 표시해 줌

Ø 카디오그램은 ‘증거 기반 행위(Evidence-Based Behavior)’라는 방법론을 사용하여 심장의 움직임을 파악하는 기술을 개발하고 있는데, 이는 일상생활에서의 행동이나 운동이 생체에 미치는 영향을 검증한 후 이용자에게 제시함으로써 행위를 강화해 주는 데 목적이 있음

Ø 예를 들어 2주 동안 조깅을 했다면 이것이 심장 박동에 어떻게 영향을 미치는지를 분석하여 만일 심박수가 7% 낮아졌다면 이 행위는 건강에 효과가 있다고 판정하는 것이며, 건강 관리에 도움이 된다는 증거를 이용자에게 정확히 보여줌으로써 조깅을 계속 하도록 유도하는 것임

Ø 조깅 외에 자전거, 명상, 요가, 수면 시간 등이 인체에 미치는 영향을 분석하는 프로그램도 갖추고 있으며, 스마트폰을 끊는 것이 건강에 긍정적으로 작용하는지를 검증하는 메뉴도 있음

ž 카디오그램은 현재 UCSF 대학과 공동으로 애플워치로 얻은 데이터를 AI로 분석해 심장 이상 여부를 감지하는 연구를 진행하고 있는데, 정확도는 97% 정도라고 함

Ø 카디오그램이 UCSF(캘리포니아 대학 샌프란시스코)와 진행 중인 공동 작업의 명칭은 ‘m리듬 연구(mRhythm Study)’인데, 6,185명을 대상으로 애플워치에서 수집한 심박 데이터를 분석하여 부정맥의 일종인 심방세동(Atrial Fibrillation)’을 감지하는 것임

Ø 심방세동은 심장 근육층에서 일어나는 빠르고 조화롭지 않은 불규칙한 수축 현상인데, 정상적인 심박수는 분당 60~100회이지만 심방세동 환자의 분당 심박수는 최소 400회 이상이 되며, 현상이 지속되면 심부전증으로 이어질 수 있다고 함

Ø 임상 시험 결과 심방세동 판정 정확도는 매우 높은데, 연구팀은 97%의 확률로 심방세동을 감지 할 수 있었다고 보고하고 있음

Ø 애플워치에서 수집한 신호로부터 심방 세동을 감지하는 알고리즘에는 인공지능(AI)이 사용되고 있는데, 이 알고리즘은 ‘나선층(Convolutional Layer)’과 ‘장단기 기억층(Long Short Term Memory networks Layer)’을 조합한 4계층 구조로 되어 있음

<자료> Cardiogram

[그림 2] 카디오그램의 4계층 알고리즘

Ø 알고리즘에 심박수를 입력하면 시간 단계마다 스코어를 출력하는데, 이 스코어가 곧 심방세동이 발생하는 확률이며, 따라서 애플워치를 차고 있는 사람은 시간대 별로 언제 심방세동이 일어났는지를 즉각 파악할 수 있음

Ø 이것이 사실이라면 병원에서 ECG 검사를 하지 않아도 시판 중인 웨어러블 기기에 AI를 결합하여 심장 질환을 파악할 수 있다는 뜻이므로, 현재 이 연구결과에 큰 관심이 쏠리고 있음

ž m리듬 연구의 과제는 알고리즘의 정확도를 높이기 위한 대량의 기계학습 데이터를 확보하는 것인데, 이를 위해 연구팀은 모바일 ECG 검사 기기로 데이터를 축적하고 있음

Ø m리듬 연구에서 알고리즘을 학습시키기 위해서는 애플워치에서 수집한 심박신호 데이터와 ECG에서 측정한 심전도 데이터를 각각 대량으로 확보해야 하며, 이를 토대로 환자에게서 심방세동이 발생했을 때 양 데이터 신호 사이의 관계성을 형성하는 것이 관건이 됨

Ø 그러나 심전도 데이터는 병원에서 심장질환 환자의 ECG 검사를 통해 얻는 것이 대부분이며 그 수는 한정될 수밖에 없는 한계가 있고, 따라서 m리듬 연구에서는 모바일 ECG 측정 장치의 하나인 ‘카르디아 모바일(Kardia Mobile)’을 이용하였음

Ø 카르디아 모바일은 스마트폰과 연동해 작동하는 심전도 측정 장치로 두 개의 전극에 피험자가 손가락을 대고 있으면 심전도 측정이 가능

Ø 측정 시간은 30초 정도 걸리며 결과는 스마트폰에 표시되는데, m리듬 연구에서는 카르디아 모바일을 이용해 6,338건의 데이터를 수집하고 이를 알고리즘을 학습시키기 위한 자료로 사용

Ø 카르디아 모바일은 재미난 기기 정도로 보일 수도 있지만 FDA(미 식품의약국)의 승인을 받은 최초의 모바일 ECG 기기로, 가격이 99달러여서 누구나 쉽게 구매해 심전도를 측정할 수 있기 때문에 병원은 물론 일반 미국 가정에 보급이 시작되고 있음

ž 웨어러블 시장이 여전히 불투명하다는 의견도 많지만, 높아지는 건강관리 수요에 대한 대응 여부가 향후 변곡점이 될 것으로 보이며, 여기에는 AI가 중요한 역할이 할 것으로 예상

Ø 현재 웨어러블 기기 카테고리의 대표 품목은 핏빗으로 대변되는 피트니스 밴드와 애플워치로 대변되는 스마트워치라 할 수 있음

Ø 핏빗의 출하대수 급감에서 알 수 있듯이, 피트니스 밴드형 제품들은 센서 기능의 불완전성 등의 요인 때문에 소비자들로부터 존재감이 약해져 가고 있으며 점차 스마트워치의 한 기능으로 수렴되어 가는 추세임

Ø 반면 스마트워치 제품들은 성장세를 보이고 있지만 여전히 활용성 부족 문제를 겪고 있는데, 소비자들은 시계와 스마트폰 이상이기를 원하지만 실제로는 시계로 쓰기도 힘들고 스마트폰을 대체하지도 못하는 애매한 가치 포지셔닝에 있다는 지적이 많음

Ø 따라서 피트니스 밴드 수요자들이 스마트워치로 옮겨가고 있지만, 기능면에서 차별화된 가치 제공을 하지 못하거나, 가격 측면의 확실한 메리트가 없다면 자칫 피트니스 밴드와 스마트워치 시장 모두 성장이 지체될 수 있다는 우려도 나오고 있음

Ø 이런 면에서 스마트워치를 이용해 소비자들의 ‘높아진’ 건강관리 수요에 대응하려는 시도는 기존 피트니스 밴드 이용자들을 견인하고 스마트워치만의 차별화된 가치를 요구하는 소비자들을 끌어들이기 위한 효과적인 전략이 될 것으로 보임

Ø 애플에 이어 구글 역시 웨어러블을 이용해 심장 상태를 모니터 하는 연구를 진행 중인데, 알파벳 산하 디지털 헬스케어 사업을 담당하고 있는 ‘베릴리(Verily)는 1만 명의 생체 데이터를 분석하여 건강한 상태를 파악하기 위한 프로젝트를 전개하고 있음

Ø 베릴리의 ‘베이스라인 프로젝트(Baseline Project)’는 건강한 인체 상태가 무엇인지 그 기준을 정의하고, 여기에서 벗어날 경우 이용자에게 경고 메시지를 보내는데, 베릴리는 이를 위해 올해 4월 시계형 바이오 센서인 ‘스터디 워치(Study Watch)를 발표한 바 있음

Ø 베이스라인 프로젝트의 정확한 연구 메커니즘은 공개되지 않았으나, 현재 센서의 기능에는 한계가 있으므로 스터디 워치를 통해 수집한 데이터와 다른 의료 데이터를 종합하여 분석하는 작업에 애플과 마찬가지로 AI 기술을 적용해 보완할 것을 예상해 볼 수 있음

Ø 헬스케어 수요가 전형적인 선진국형, 고소득층의 수요임을 감안할 때, 스마트워치의 센서 기능과 AI의 결합으로 비용 대비 효과적인 건강 관리 도구를 제공할 수 있다면 웨어러블 시장의 폭발적 성장이 현실화될 수 있을 것으로 기대됨

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1794호(2017. 5. 3 발행)에 기고한 원고입니다.

▶ IITP에서 PDF 포맷으로 퍼블리싱한 파일을 첨부합니다. 가독성이 좋으니 참고하시기 바랍니다.

구글-스터디워치 이용 의료연구 프로젝트.pdf

ž 구글의 지주회사인 알파벳은 지난 2015년 12월, 생명과학 부문 연구와 비즈니스를 담당할 독립 법인으로 ‘베릴리 라이프 사이언스(Verily Life Sciences)’를 출범시킨 바 있음

Ø 베릴리는 기술과 생명과학을 결합하여 건강과 질병에 관한 진실 규명을 미션으로 하는데, 원래 구글의 차세대 제품 연구를 담당하던 ‘구글 X(Google X)’의 생명과학 프로젝트 부문으로 이미 2012년에 활동을 시작하였음

Ø 구글 X의 생명과학 부문은 혈당을 측정하는 기능을 콘택트 렌즈에 임베딩 하여 눈물 분석을 통해 건강 상태를 상시 모니터링 하는 ‘스마트 콘택트 렌즈’ 등의 개발을 진행하고 있었음

Ø 이후 구글이 2015년 10월 알파벳을 모회사로 하는 조직 개편을 실시함에 따라, 구글과 구글 X는 각기 다른 법인으로 알파벳 산하에서 운영되고 있으며, 생명과학 프로젝트 부분은 구글 X에서 분리되어 베릴리 라이프 사이언스라는 독립 법인이 된 것

Ø 베릴리는 세포 생물학자로 전미유전학협회(National Genetics Institute)의 공동 설립자이기도 한 앤디 콘래드가 CEO를 맡고 있으며, 스마트 콘택트 렌즈 프로젝트의 출범 멤버이기도 한 브라이언 오티스가 CTO를 맡고 있음

ž 베릴리 라이프 사이언스는 출범 이후 1년 반이 경과한 2017년 4 월, 의료 연구를 위한 스마트 워치인 ‘베릴리 스터디 워치(Verily Study Watch)’를 발표하였음

Ø 스터디 워치는 여러 개의 생리적 센서와 환경 센서를 탑재하고 심장혈관이나 운동 장애 등 질병 연구를 위해 심전도와 심장 박동, 피부 전위도 등의 데이터를 수집함

Ø 상시 접속(always on) 상태의 절전 디스플레이에는 시간과 날짜가 표시되고 한 번 충전하면 배터리 수명은 최대 1주일이라 하며, 대용량 저장소와 데이터 압축 기술을 이용해 몇 주간의 정보를 저장할 수 있기 때문에 클라우드로 자주 데이터를 업로드 할 필요가 없다고 함

Ø 또한 실시간 알고리즘 처리가 가능한 강력한 프로세서를 탑재하여, 모든 건강 관련 데이터는 기기에서 암호화되고, 암호화 된 데이터는 클라우드에 업로드 되어 베릴리의 백엔드 알고리즘 및 기계학습 기술로 처리된다고 함

ž 스터디 워치는 베릴리의 파트너들이 진행하고 있는 프로젝트에 사용되는데, 구글 X때부터 진행해 온 건강 상태의 기준값을 정하는 ‘베이스라인 프로젝트’에도 도입될 예정

Ø 스터디 워치는 파킨슨 병의 진행 패턴을 연구하는 ‘개인별 파킨슨 프로젝트(Personalized Parkinson 's Project)’에서 채택하고 있음

Ø 또한 건강 상태와 질병 상태의 기준값을 장기간에 걸쳐 탐구하는 ‘베이스라인 스터디(Baseline Study)’프로젝트에 도입될 예정

Ø 베이스라인 프로젝트는 앤디 콘래드가 2014년 여름부터 진행해 온 연구로, 불특정 다수의 참가자로부터 추출한 방대한 생체 데이터를 분석해 건강의 기준값을 산출하는 작업인데, 생체 데이터에는 심박수, 소변, 혈액, 침, 눈물 등의 성분까지 세세한 정보가 모두 포함됨

Ø 앤디 콘래드는 베이스라인 스터디를 위해 약 100명의 생리학자, 생화학자, 광학, 분자 생물학 전문가들로 팀을 꾸린 바 있으며, 구글 X에서 개발한 스마트 콘택트 렌즈도 채택하여 사용해 왔는데, 이번에 스터디 워치가 새롭게 개발되자 연구 프로젝트에 사용하기로 결정한 것

Ø 베이스라인 프로젝트는 현재 듀크대 의과대학과 스탠퍼드대 의과대학과 협력하여 진행 중이며, 제 1 단계 연구로 스터디 워치를 착용한 약 1만 명의 피험자들을 대상으로 4년에 걸쳐 건강 관련 데이터를 수집하게 됨

Ø 스터디 워치뿐만 아니라 온라인이나 전화로 설문하거나 진찰을 통해 피험자의 건강에 관한 모든 정보와 측정 값을 수집하는데, 이를 통해 건강한 상태에서 질병 상태로 넘어가는 기준을 규명하고 위험 요인을 찾는 데 도움을 주는 데이터 플랫폼의 구축을 목적으로 함

Ø 1단계에서 데이터 플랫폼이 구축되고 나면, 제 2 단계 연구에서는 건강 정보를 열람, 정리, 활용하기 위한 도구와 기술의 테스트 및 개발이 진행될 예정

Ø 베이스라인 프로젝트의 데이터 저장소는 구글 클라우드 플랫폼에서 관리되는데, 개인정보보호 및 보안을 고려하여 개인을 특정하여 식별할 수 없도록 처리한 다음, 자격을 갖춘 연구자만이 미래의 예비 분석을 위해서만 데이터에 접근할 수 있도록 하고 있음