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임상 빅데이터 분석 놀라운 진화.. “수학으로 ADHD 진단 가능”

강남세브란스 김은주 교수팀, 위상수학으로 ADHD 아동 뇌영상 분석 빅데이터가 ADHD 특성 파악 및 진단에 활용될 가능성 탐색

 빅데이터는 다양한 산업 분야에서 신가치 창출에 활용되고 있으며, 의학 분야에서도 임상 관련 데이터를 분석해 질병에 대한 새로운 진단 및 치료 방법을 제시하는 연구가 점차 활성화되고 있다. 최근 강남세브란스병원 정신건강의학과 김은주 교수와 경성현 박사 연구팀은 빅데이터 기반의 ‘위상수학(topology)' 분석을 활용해 주의력 결핍 과잉행동 장애(ADHD) 아동의 뇌영상을 구분하는 새로운 연구 결과를 발표했다.


 흔히 ADHD라 불리는 ‘주의력결핍과잉행동장애’는 소아청소년기의 대표적인 뇌질환으로 학습 부진, 게임 중독 등의 행동 문제를 일으키는 대표적 원인이다. 그동안 주의력 결핍 과잉행동 장애는 부모나 선생님의 보고, 설문지 작성, 행동 관찰 등의 방법에 의존하여 진단했기 때문에 뇌영상 자료 등이 실제 임상에서 활용되지는 않았다.


 이번 강남세브란스병원 김은주·경성현 연구팀은 객관적 신경생물학적 데이터에 위상수학 데이터 분석 방법을 뇌영상 분석에 적용한 연구를 실시해 진단의 신뢰성을 높이고, 뇌영상이라는 객관적 데이터에 근거해 질환을 진단할 수 있는 길을 제시한 것이다. 위상수학(topology, 토폴로지) 데이터 분석은 데이터 사이의 유사성을 찾아 일종의 형태(네트워크)를 만들어 냄으로써 기존에 보이지 않던 데이터 특성을 시각적으로 보이는 연구 방법이다.


 김은주·경성현 연구팀이 400여 명의 주의력 결핍 과잉행동 장애(ADHD) 환자 및 정상발달 아동의 뇌영상(fMRI) 자료를 위상수학 데이터 방법론으로 분석한 결과를 시각화 한 그래프는 아래 <그림 1>과 같다.


 연구 결과에 따르면 그래프 상의 노드가 파란색일수록 뇌영상 상에서 ADHD 아동에서 나타나는 질환요소가 거의 없는 정상발달 아동군, 붉을수록 그 반대로 큰 환자 군이라고 해석할 수 있다. 또한, 연구팀은 분석을 통해 정상 아동에서는 노드가 파란색일수록 지능지수(IQ)가 높고, ADHD(주의력 결핍과잉행동장애) 아동군에서는 노드가 붉을수록 증상도가 심하고, 동반되는 다른 정신과적 질환의 수도 증가한다는 것을 밝혔다. 뿐만 아니라, 정상군이나 환자군 둘 중 하나로만 진단하던 기존의 분석법과 달리 위 그래프에서 초록 또는 노란색으로 표시되는 노드 구간을 ‘ADHD 구분이 모호한 영역’으로 구분해 시각화할 수 있게 됐다.


 김은주 교수는 “주의력결핍과잉 행동장애 연구에 뇌영상 데이터를 활용하기 위해 위상수학 데이터 분석을 처음으로 적용한 것이다. 거대하고 복잡한 임상 자료를 분석해 그 안에서 새로운 패턴을 발견하고, 이를 통해 주의력결핍과잉 행동장애 환자의 특징을 객관적으로 범주화한 것이다”라고 연구의 의의를 밝혔다.
 
 공동 연구자인 경성현 박사는 “실제로 빅데이터가 질병 진단이나 환자 특성 파악에 어떻게 활용될 수 있는지를 확인했다”며 “ADHD 환자 뿐 아니라 다른 환자군의 특성 분석에도 활용될 수 있는 만큼, 차세대 의학의 미래를 보여주는 기초 연구가 되기를 바란다”고 말했다.연구 결과는 지난해 9월, 미국 공공과학 도서관 온라인 국제학술지인 PLoS One(임팩트 지수=3.23)에 소개됐다.


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구강 건강이 좋지 않으면 충치와 잇몸 질환 발생... 방치하면 이런 결과 초래 치아는 우리 일상생활에서 중요한 역할을 한다. 음식을 섭취하고 분해해 소화를 돕는 역할을 할 뿐 아니라 정확한 소리를 낼 수 있도록 도와줘 의사소통을 원활하게 할 수 있도록 한다. 하지만 많은 사람들이 치아와 잇몸이 우리 생활에 미치는 중요성을 간과하고 구강 건강을 방치하는 경우가 많다. 구강 건강이 좋지 않으면 충치와 잇몸 질환이 발생할 수 있고, 이를 방치하면 다른 신체 기관에도 영향을 끼칠 수 있다. 잇몸 질환은 심장, 뇌졸중, 당뇨병과도 연관이 있다고 알려져 있다. 흔히 풍치라 불리는 치주질환은 치아를 감싸고 있는 잇몸에서 생긴 염증이 잇몸뼈인 치조골을 녹이면서 발생한다. 염증이 잇몸에만 국한된 경우를 치은염, 잇몸뼈 주변까지 퍼지면 치주염이라 한다. 건강보험심사평가원에 따르면 국내 치주질환 및 치은염 환자는 2022년 1811만7919명으로 질병별 환자 수 1위를 기록했다. 실제 치주질환과 치은염은 우리 국민의 약 90%가 사는 동안 한 번 이상은 걸리는 매우 흔한 질환으로, 환자 수는 매년 증가 추세를 보이고 있다. 권소연 가톨릭대학교 인천성모병원 치과 교수는 “치주염의 경우 오랜 시간 점차적으로 뼈를 녹이는 방향으로 진행하기 때문에 환자들이 바로