인공지능으로 생물학적 나이·건강 위험 예측한다

서울대병원 조영민 교수팀, 15만명 정보 학습 트랜스포머 AI 모델 개발

생물학적 나이와 실제 나이 차이로 건강 상태 분류…차이↑ 실제생존율↓

생물학적 나이와 건강 위험을 예측하는 인공지능(AI) 모델이 개발됐다.

서울대병원 내분비내과 조영민 교수팀(배재현·윤지완 교수, 네이버 Digital Healthcare LAB 유한주·문성은 박사)이 건강검진 데이터를 활용해 개인의 생물학적 나이와 건강 위험을 함께 평가할 수 있는 인공지능(AI) 모델을 개발했다고 밝혔다.

조영민 교수팀은 트랜스포머(Transformer) 기반 딥러닝 구조를 적용해 15만여 명의 건강검진 정보와 질병·사망 데이터를 동시에 학습시킴으로써 기존 모델보다 건강 상태 구분과 생존 위험 예측의 정확도를 높였다.

특히 이번 연구는 생물학적 나이와 실제 나이의 차이를 활용해 개인 맞춤형 건강 위험 관리와 질병 예방 전략 수립에 기여할 수 있는 AI 기반 도구의 가능성을 제시했다.

생물학적 나이(Biological Age BA)는 유전, 생활습관, 환경, 질병 이력 등 다양한 요인을 종합해 신체의 실제 노화 정도를 수치로 표현한 지표다. 실제 나이(Chronological Age CA)보다 생물학적 나이가 낮으면 건강 상태가 양호함을 의미하고 반대로 높으면 노화가 빠르거나 질병 위험이 높을 수 있다.

그러나 기존의 생물학적 나이 예측 모델은 주로 건강한 사람의 데이터를 기반으로 만들어져, 만성질환자에게 적용하기 어렵고 사망 위험을 반영하지 못한다는 한계가 있었다.

조영민 교수팀은 2003년부터 2020년까지 서울대병원 강남센터에서 건강검진을 받은 15만 1,281명의 데이터를 분석했다. 데이터에는 신체계측, 혈액·소변검사, 폐기능 검사, 질병 유무 및 사망 정보가 포함됐으며 연구 대상자는 혈당·혈압·콜레스테롤(지질) 수치에 따라 ▲정상군 ▲질환 전단계군 ▲질환군으로 분류됐다.

조영민 교수팀은 이 데이터를 바탕으로 트랜스포머 구조의 AI 모델을 설계했다. AI는 혈압, 혈당, 폐기능, 콜레스테롤 등 다양한 건강 지표를 통합 분석해 개인의 생물학적 나이(BA)를 예측하고 이를 실제 나이(CA)와 비교해 두 값의 차이(BA–CA 갭)를 산출한다.

AI는 학습된 대규모 데이터를 바탕으로 사용자의 건강 지표가 과거 생존율이 높았던 집단과 사망 위험이 높았던 집단 중 어느 쪽과 유사한지를 분석해 구체적인 예측값을 제시한다.

또한 남녀의 생리적 차이를 반영하기 위해 성별별 모델을 각각 학습시켰으며 AI는 건강 지표 변화가 질병 유무 및 사망 위험에 어떤 영향을 미치는지도 함께 학습했다.

이를 통해 단순히 생물학적 나이를 계산하는 데 그치지 않고 현재의 건강 상태가 향후 생존율과 어떤 통계적 연관성을 가지는지를 평가할 수 있는 모델을 완성했다.

분석 결과, 개발된 AI 모델은 정상군–질환 전단계군–질환군을 명확히 구분했다. 정상군은 생물학적 나이가 실제 나이보다 낮게(BA < CA), 질환군은 높게(BA > CA) 나타나 건강 상태에 따른 뚜렷한 차이를 보였다. 혈당·혈압·지질 수치가 악화될수록 BA–CA 갭이 커졌으며, 심혈관질환이나 암이 있는 경우에도 이 갭이 유의하게 증가했다.

이와함께 AI가 계산한 BA–CA 값을 기준으로 ▲건강군(BA–CA < −1) ▲기준군(−1≤BA–CA≤1) ▲비건강군(BA–CA > 1)으로 나누어 Kaplan–Meier 생존 분석을 수행했다.

분석 결과, 남성은 비건강군이 건강군보다 생존율이 통계적으로 유의하게 낮았으며(P<0.001) 여성에서도 유사한 경향이 확인됐다(P=0.07). 즉, AI가 산출한 BA–CA 값이 클수록 실제 사망 위험이 통계적으로 증가했다는 점이 입증됐다.

반면, 기존의 생물학적 나이 예측 모델은 이러한 차이를 일관되게 구별하지 못했다.

조영민 교수는 “이번 연구는 질병 유병 상태와 사망 정보를 동시에 학습한 최초의 트랜스포머 기반 생물학적 나이 예측 모델이라는 점에서 의미가 크다”며 “AI가 단순히 생물학적 나이를 계산하는 것을 넘어, 개인의 건강 상태와 미래 위험을 함께 반영할 수 있는 새로운 임상 도구로 발전했다”고 말했다.

이어 “서울대병원의 대규모 임상 데이터와 네이버의 첨단 AI 기술력이 결합해, 의료 전문성과 기술이 함께 만든 산학 협력의 대표적 성과”라고 덧붙였다.

한편 조영민 교수팀의 연구 결과는 의료정보학 분야의 국제학술지 ‘Journal of Medical Internet Research’ 최근호에 게재됐다.