한국뇌연구원(원장 서판길)은 인지과학 연구그룹 이동하 선임연구원 연구팀이 뇌-행동-인공지능 분석 기술을 활용하여 뇌에서 정서질환 치료에 활용할 수 있는 타겟 부위를 찾았다고 14일 밝혔다.

뇌는 여러 차원의 감정 지식을 이용해 자신과 상대방의 감정을 인지하고 분류한다. 여러 감정 차원 중에서 특히 △긍정과 부정을 나타내는 정서가(valence)와 △흥분과 안정을 나타내는 각성가(arousal)로 나누어지는 정서적 차원이 중요하다. 하지만 정서적 차원에 대한 행동패턴이 실제 뇌기능의 활성 패턴과 유사한지 여부는 거의 알려지지 않았다.

연구팀은 뇌기능 모델(fMRI), 행동모델(judgement), 계산이론 모델(deep learning)을 서로 비교해 인간의 행동에서 표현되는 감정의 정서적 차원이 뇌에서는 어떻게 지형학적인 연결망으로 표현되는지 연구하였다.

먼저, 뇌와 인간의 행동 사이의 관계를 연구하기 위해 2022년 국내 특허출원한 ‘정서적 얼굴모델’을 이용해 정서가(valence), 각성가(arousal), 정서가 및 각성가(valence & arousal) 등 각 차원에 따라서 기하학적 공간으로 분류하는 행동 표현 모델을 생성하였다.

또한, 행동실험에서 사용한 정서적 얼굴모델을 사람들에게 보여준 뒤 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 뇌기능영상을 찍어 뇌기능 모델을 생성하였다. 그리고 인공지능(심층신경망, convolutional neural network)을 사용하여 얼굴 사진에 대한 시각적 특징을 추출하여 계산이론 모델을 생성하였다.

그 결과, 연구팀은 뇌기능 모델(fMRI)과 행동모델(judgement)에서 정서적 차원이 유사하게 표현된다는 것을 발견하였다. 특히 정서가의 행동 및 뇌기능 표현은 각성가의 행동 및 뇌기능 표현과는 덜 유사하다는 것을 알 수 있었다.

또한, 정서가는 배외측 전전두엽 피질, 전두안구영역, 쐐기전소엽 및 초기시각피질 영역에서 관여하고, 각성가는 대상피질, 중전두회, 안와전두피질, 방추형이랑 및 초기시각피질에서 처리된다는 것을 발견하였다.

이동하 박사는 “코로나19 이후 엔데믹 시대에서 감정인지 능력의 부족이 사회병리적 문제로 커지고 있다”며 “이번 연구에서 밝혀진 뇌 부위와 감정 차원의 원리는 향후 정서질환 치료를 위한 디지털 치료제 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 한국뇌연구원 이윤상 석사후 연수연구원(현: 미국 조지아 공과대학교 심리학과 박사과정)과 한국뇌연구원 서예지 석사후 연수연구원이 제1저자로 참여했으며, 국제학술지 ‘국제임상심리저널 (International Journal of Clinical and Health Psychology) (IF:8.8, 임상심리분야 상위 3.4%)’ 온라인 최신호에 게재되었다.