KAIST, 동물 몸짓 읽는 AI 개발…신약·정신질환 연구 속도 낸다

[경제일보] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 동물의 움직임을 언어처럼 학습하고 행동의 의미를 해석하는 인공지능(AI)을 개발했다. 생쥐 행동을 정밀하게 읽어 신약 후보물질 평가와 자폐, 우울증, 조현병 등 정신질환 연구에 활용될 수 있는 기술이다.

KAIST는 뇌인지과학과 김대수 교수 연구팀이 동물의 움직임을 언어처럼 분석하는 AI 플랫폼 ‘비헤이버트(BehaVERT)’를 개발했다고 1일 밝혔다. 연구 결과는 컴퓨터비전 분야 국제학술지 ‘International Journal of Computer Vision(IJCV)’에 게재됐다.

비헤이버트는 생쥐의 코, 귀, 척추, 사지, 꼬리 등 골격 움직임을 자연어의 단어에 해당하는 ‘토큰’으로 변환해 학습한다. 이후 자연어 처리에 활용되는 BERT 기반 트랜스포머 모델을 적용해 시간 흐름에 따른 행동 패턴과 의미를 파악한다.

기존 AI 행동 분석은 특정 행동을 분류하는 데 머문 경우가 많았다. 비헤이버트는 행동의 순서와 맥락까지 함께 본다. 같은 움직임이라도 어떤 상호작용 속에서 나타나는지에 따라 의미가 달라질 수 있다는 점을 반영한 것이다.

연구팀은 비헤이버트를 사회적 상호작용, 다개체 행동, 3차원 움직임 분석, 자폐 행동 분석 등 국제 표준 벤치마크 5종에 적용했다. 그 결과 모든 평가에서 기존 최고 수준을 뛰어넘었다고 설명했다.

해석 가능성도 강점이다. 비헤이버트는 어떤 행동에 주목해 판단했는지 연구자에게 보여준다. 실험에서 AI는 자폐 모델 생쥐와 정상 생쥐를 구분할 때 ‘입과 입을 맞대는 접촉’에 집중했다. 이는 자폐 모델 생쥐가 접근 행동은 보이지만 실제 사회적 상호작용에는 결함을 보인다는 기존 연구와 일치한다.

AI 내부에서는 움직임, 주의, 사회성 등 행동 특성이 체계적으로 정리된 것으로 나타났다. 연구팀은 이를 동물 행동에도 언어와 유사한 의미 구조가 존재할 수 있음을 보여주는 결과로 보고 있다.

이번 연구는 생명과학 전공 연구자들이 직접 AI를 익혀 모델과 학습 전략을 설계했다는 점에서도 의미가 있다. 연구팀은 웹 기반 골격·행동 라벨링 도구와 표준화 데이터셋, 모델 코드도 공개해 다른 연구자들이 활용할 수 있도록 했다.

활용 가능성은 넓다. 신약 개발에서는 후보물질 투여 뒤 나타나는 미세한 행동 변화를 정량적으로 분석할 수 있다. 정신질환 연구에서는 자폐, 우울증, 조현병 동물모델의 행동 특징을 더 정밀하게 비교할 수 있다. 행동유전학과 생태학 분야에서도 개체 간 상호작용과 환경 반응을 분석하는 도구로 쓰일 수 있다.

신승재 박사는 “사람이 정답을 알려주지 않아도 AI가 행동 데이터만으로 스스로 학습해 핵심 행동 특징을 찾아낼 수 있음을 확인했다”고 말했다. 김대수 교수는 “비헤이버트는 행동을 분류하는 수준을 넘어 행동의 의미까지 이해하는 새로운 AI 모델”이라며 “다양한 생명과학 분야에서 새로운 발견을 이끄는 연구 도구가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 동물 행동 분석은 신약과 뇌질환 연구의 중요한 관문이다. 연구자가 눈으로 관찰하고 분류하는 방식만으로는 미세한 차이와 시간적 맥락을 놓치기 쉽다. 비헤이버트의 의미는 AI가 연구자를 대신한다는 데 있지 않다. 인간이 보지 못한 행동의 구조를 찾아내고 과학자가 다시 검증할 수 있는 새로운 도구를 제공한다는 데 있다.