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박성민 포스텍 창의IT융합공학과 교수팀

박성민 포스텍 창의IT융합공학과 교수팀이 인공지능의 학습 방법 중 하나인 강화학습을 이용해 당뇨 환자의 혈당량만으로 필요한 인슐린양을 정확하게 계산하는 알고리즘을 개발했다. 포스텍 제공

국내 연구팀이 혈당량만으로 필요한 인슐린양을 정확하게 계산하는 인공지능(AI) 알고리즘을 개발했다. 

박성민 포스텍 창의IT융합공학과 교수팀은 인공지능(AI)의 학습 방법 중 하나인 강화학습을 활용해 당뇨 환자에게 필요한 인슐린양을 자동으로 계산하는 알고리즘을 개발했다고 17일 밝혔다. 이 연구는 국제전기전자공학회(IEEE)에서 발행하는 국제학술지 ‘IEEE 저널오브바이오메디컬앤헬스인포매틱스’ 2월호에 실렸다.

당뇨병은 크게 제1형과 제2형으로 나뉜다. 제1형 당뇨병은 인슐린을 분비하는 췌장의 베타세포가 파괴돼 발생한다. 어린 나이에 많이 생겨 ‘소아당뇨’라 불린다. 제2형 당뇨병은 인슐린이 제대로 작용하지 않아 생기는데, 과한 당분 섭취 및 운동 부족, 과로와 스트레스 등 생활습관에서 기인한다. 우리가 흔히 말하는 당뇨병으로 환자의 대부분을 차지한다.

인슐린은 췌장에서 분비하는 호르몬으로 포도당을 글리코겐으로 바꿔 체내 혈당량을 줄인다. 1형 당뇨 환자는 체내에서 인슐린이 거의 분비되지 않기 때문에 식사하기 전 인슐린을 주입해야 한다. 당뇨 환자의 혈당과 탄수화물·지방·단백질 섭취량을 이용해 인슐린양을 계산해주는 장치인 인공췌장이 개발됐으나 장치를 조작하기 힘든 어린이나 노인은 사용하기 어려웠다.

연구팀은 당뇨 환자의 혈당량만으로 인슐린양을 계산하기 위해 강화학습을 이용했다. 강화학습은 바둑 인공지능 알파고가 기보를 학습한 방법으로 여러 데이터를 통해 특정 행동에 대해 보상이 주어질 때 보상을 최대로 하는 행동을 찾아내는 학습법이다. 연구팀은 인공지능에게 주입한 인슐린양에 따른 혈당량이 어떻게 변하는지 나타낸 데이터를 학습시켜 당뇨 환자의 혈당 데이터를 입력했을 때 최적의 인슐린양을 찾도록 했다.

이렇게 만든 알고리즘을 당뇨 연구에 쓰이는 당뇨 환자 모델에 적용한 결과 하루 24시간 중 약 21시간 동안 정상 혈당 범위인 80~140mg/dL를 유지하는 것으로 나타났다. 이는 기존 인공췌장이 혈당과 영양소 섭취량을 이용해 계산한 인슐린양을 주입했을 때와 버금가는 수준이다.

박 교수는 "이번에 개발한 인공지능 알고리즘을 이용하면 완전히 자동화된 맞춤형 혈당 관리를 할 수 있고 현재 동물실험도 진행 중이다"며 "이 알고리즘은 약물을 이용하는 다른 치료에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.