멘탈헬스 측정 및 멘탈웰빙 관리시스템 기술개발 동향

1. 설문 기반 멘탈헬스 측정

멘탈헬스를 측정하는 방법 중 대표적인 방법은 개인이 직접 자신의 스트레스 상태를 평가하는 설문지를 이용한 방법이다. 설문 기반 멘탈헬스 측정 기술은 목적에 따라 다양한 설문지들로 구성되며, 각 설문의 특징은 표 1과 같다[4–11]. 설문을 이용한 측정은 장비를 이용한 평가와 달리 비교적 쉽게 사용할 수 있는 이점은 있지만, 개인의 주관적 심리 상태에 의존하기 때문에 신뢰성이나 타당성의 근거가 부족한 것이 문제가 될 수 있다. 이를 극복하고자 코티졸(Cortisol) 농도와 같은 바이오마커를 이용해 타당성을 검증하거나 생체신호를 결합해 객관적인 데이터를 보완하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 설문 기반 멘탈헬스 측정은 1차 스크리닝 정보로 활용 후, 정신건강 전문의의 타당성 검토 과정을 통해 사용자의 상태를 객관적으로 진단 가능하다.

2. 생체신호 기반 멘탈헬스 측정

생체신호 기반 멘탈헬스 측정 기술은 웨어러블 디바이스를 이용한 맥파(PPG), 심전도(ECG), 뇌파(EEG), 피부전도도(EDA), 피부온도(SKT) 등의 생체신호를 측정하여 멘탈헬스를 분석하는 기술로, 웨어러블 기기가 다양해지고 각종 규제가 개선됨에 따라 다양한 상품 및 서비스 개발이 진행되고 있다. 웨어러블 기기의 응용범위가 넓어짐에 따라 다양한 형태의 웨어러블 기기를 이용하여 운동상태뿐만 아니라 심장박동과 수면상태, 심리상태에 대한 모니터링, 더 나아가서는 감정 인지가 가능해지고 있다. 가트너에 의하면 감정측정 인공지능 기능과 결합해 정신건강증진에 활용 가능한 개인용 웨어러블 기기의 비율이 2018년 1%에서 2022년 10%로 확대될 것으로 전망했다[12].

현재 출시된 웨어러블 디바이스들을 보면 그림 1[13]과 같이 손목형 스마트 밴드 타입, 안경이나 헤드셋 타입, 의류형 타입, 패치 타입 등 다양하다. IDC 조사에 의하면, 2022년 웨어러블 디바이스의 시장점유율은 스마트 시계 53.3%, 손목 밴드 24.7%, 스마트 의류 4.8%, 이어웨어 6.8%, 모듈형 웨어러블 로봇 0.3%, 기타 0.1%로, 스마트 의류와 이어웨어의 판매량이 증가할 것으로 예측했으며, 웨어러블 디바이스가 2022년까지 연평균 11.0%씩 성장할 것으로 전망했다(IDC, 2018)[14]. 각 디바이스에서 획득할 수 있는 정보도 기본적인 걸음수, 심장박동 수, 산소포화도, 호흡수 등과 같은 기본 센서 정보뿐만 아니라 수면효율, 활동량, 심박변이도(HRV) 분석에 의한 스트레스 정보 등의 멘탈헬스 분석에 활용될 정보를 추출할 수 있다.

그림 1

웨어러블 헬스 모니터링 장비 종류 및 수집 정보 출처 Reprinted with permission from [13], CC-BY 4.0.

표 2는 웨어러블 장비 중 멘탈헬스 측정이 가능한 디바이스들과 추출 가능한 특징들을 요약하였다.

3. 영상인식/AI 기반 멘탈헬스 측정

영상인식기반 멘탈헬스 측정 기술은 영상장치를 통해 얼굴 영상을 수집하고, 얼굴 영역 분리 및 특징점을 추출한 후 알고리즘 분석을 통해 감정 상태를 인식하거나, 얼굴 내 특정 영역의 색상 변화를 바탕으로 스트레스를 판단하는 기술이다. 얼굴의 특정 영역에 대한 움직임 및 혈류량 변화에 따른 색상 변화를 탐지하여 심박수(rPPG: Remote Photoplethysmography)를 측정하는 방법이 주로 연구되며(그림 2[15] 참고), 심박수 측정에 효과적인 RGB 채널을 기반으로 주파수 분석을 이용한 심박정보를 추출하고 HRV 분석을 통해 스트레스 상태를 구분할 수 있다.

그림 2

웹캠 이미지 기반 rPPG 신호 및 HRV 예측 연구 사례 출처 Reprinted with permission from [15], CC-BY.

아마존은 레코그니션(Rekognition) 서비스를 통해 얼굴 표정에서 감정을 읽어 ‘행복함’, ‘슬픔’, ‘화남’, ‘혼란’, ‘혐오’, ‘놀람’, ‘안정’, ‘두려움’ 등 8가지 범주에 대한 얼굴의 감정을 평가하는 기술을 제공하고 있다[16]. 그러나 멘탈헬스 상태를 정확히 판단하기 위해서는 얼굴표정인식이나 음성인식뿐만 아니라 웨어러블 디바이스에서 수집된 라이프 로그 데이터, 생체데이터, 사회적 관계 데이터 등의 다양한 데이터를 함께 분석할 필요가 있다. 이를 위해 딥러닝 등의 AI 기술발전을 바탕으로 AI 기반 멘탈헬스 측정 기술 개발의 필요성이 증가하고 있다.

1. 전통적 멘탈웰빙 지원솔루션

정신심리학 전문가에 의한 멘탈웰빙 지원 방법은 명상, 독서, 산책, 음악 감상 등의 다양한 방법이 제안되고 있다. 그 중 영국 Sussex 대학의 인지신경심리학과 David Lewis 박사는 독서가 6분 만에 스트레스 지수를 68% 경감시키며, 음악 감상이 61%, 차 또는 커피 한 잔은 54%로 좋은 성과를 보인다는 연구 결과를 발표한 바 있다[17]. 또한, 30%의 산소와 파란색 조명이 스트레스 이완에 가장 효과적이라는 연구결과가 보고되었으며[18], 10분간의 마사지와 휴식도 부교감신경을 자극하여 정신적·육체적 긴장을 완화시켜 스트레스 경감 효과가 있다고 평가했다[19].

정신과적 관점에서 사용되는 스트레스 관리 훈련 기법은 표 3과 같이 신체적 관리 방법과 인지적 관리 방법으로 구별되는데, 신체적 관리 방법은 각성 수치(Arousal Level)를 감소시키기 위한 전략이고, 인지적 관리 방법은 사고방식이나 스트레스 평가 과정을 변경시켜주는 방안이다[20]. 점진적 근육이완법은 주요 부위 근육을 긴장시키다가 이완시키는 과정을 반복하여 스트레스로 인한 긴장상태에 근육을 이완시켜 스트레스를 감소시키는 훈련이고, 바이오피드백은 심박동수, 뇌파 등 생체 정보를 제공하여 스스로 신체변화를 느껴 반응을 조절할 수 있게 하는 방법이다. 인지-행동기법 훈련은 비합리적 사고를 교정하거나 긍정적 사고방식을 인지시키는 방법이다.

대중의 스트레스 관심도가 높아지면서 멘탈웰빙 지원을 위한 다양한 서비스가 개발되기 시작함에 따라, 전통적 멘탈웰빙 지원 방법을 기반으로 각종 웨어러블 기기와 IoT 기술들이 융합된 멘탈웰빙을 지원하는 방법 및 상용화된 서비스가 제공되고 있다.

2. 웨어러블 기기를 활용한 멘탈웰빙 지원 솔루션

웨어러블 기기는 신체 움직임 추적 장치에서 출발해 심박수, 수면의 질 등의 데이터를 수집하면서 우울증 치료 및 심리 안정 등 정신건강 관리를 돕는 멘탈웰빙 지원 토탈 솔루션으로 그 범위를 확장하고 있다. 웨어러블 기기와 결합된 멘탈웰빙 지원 솔루션을 살펴보면 표 4와 같다.

3. 모바일 앱 기반 멘탈웰빙 지원 솔루션

모바일 앱을 이용한 멘탈웰빙 솔루션은 코로나 19(COVID-19)사태의 장기화로 인한 비대면 멘탈헬스 서비스의 중요성이 증가하는 상황에서 기존의 정신건강 서비스의 대안으로 주목받고 있다. 비대면 멘탈헬스 서비스 앱을 분류하면 크게 세 가지 유형으로 나뉘는데, 상담 서비스를 모바일 앱 기반 비대면으로 전환시킨 비대면 상담형, 사용자가 명상이나 스토리, 음악 등을 직접 선택하여 사용하는 단순 시청형, 전문가나 사용자에 의한 피드백에 기반을 둔 비공개 SNS 형으로 구분된다[21]. 서비스 유형에 따른 주요 멘탈웰빙 지원 앱의 특징을 살펴보면 표 5와 같다.

CALM의 경우 1,000만 이상 다운로드 수를 기록하고 있으며, 트로스트의 경우도 10만 회 이상 다운로드 수를 기록하고 있는 것으로 보아 멘탈웰빙 지원 앱에 대한 수요는 비교적 높은 것으로 보인다. 이러한 멘탈웰빙 지원 앱들은 비교적 시간의 제약 없이 사용 가능하다는 장점이 있고 마음 진정과 스트레스 해소에 도움이 되나, 서비스의 사용성이나 비용 대비 효과, 콘텐츠에 불만이 있는 것으로 나타났다[21].

보건복지부에서도 코로나19 장기화에 따른 심리지원을 위해 마음프로그램, 정신건강자가검진, 마성의 토닥토닥 앱을 무료로 배포하였다[22]. 마음 프로그램에는 복식호흡, 근육 이완훈련, 명상 등의 훈련 방법을 제공하여 스트레스 반응을 스스로 조절하기 위한 안정화 기법을 익혀 일상생활에서 활용할 수 있도록 지원하고 있다.

이 외에 AI 기반의 멘탈헬스 지원 앱으로 챗봇인 Wysa와 Woebot, 디지털 AI 코치 기반 Happify, AI 기반의 테라피 챗박스인 Elomia, 국내 온라인 인공지능 챗봇인 심심이(SimSimi) 등이 있다. 인공지능 챗봇은 대화형 심리치료를 통해 정신건강의 셀프케어가 가능한 기술이다.

4. VR/AR 기반 멘탈웰빙 지원 솔루션

가상현실(VR)/증강현실(AR) 기술은 전통적인 엔터테인먼트 산업에서 출발하여, 인간이 통제 가능한 상황에서 몰입형 경험을 통해 마음속에 내재된 갈등 요인을 치료할 수 있기 때문에 외상후 스트레스 장애, 불안장애, 공포증, 심리장애 치료 등에 그 가능성을 인정받고 있다[23]. 특히, 미국 로스앤젤레스의 Cedars-Sinai 병원은 환자들의 스트레스 해소와 통증 완화를 위해 VR 기술을 활용하였으며, 스트레스와 통증이 완화되는 효과와 함께 치료비용까지 줄일 수 있었다는 결과가 보고되었다[24]. VR 기술은 최근 그 영역이 다양화되어 정신건강 및 웰빙을 위한 기술로도 응용분야가 확대되고 있다. VR 기반 멘탈웰빙 지원 솔루션 및 특징은 표 6과 같다.

1. 서비스 시장 동향

대한무역투자진흥공사(KOTRA)의 최근 자료에 따르면 글로벌 디지털 헬스케어 시장규모는 2019년 1,064억 달러에서 연평균 29.6% 성장하여, 2025년 5,044억 달러로 성장을 전망했다(Global Market Insight 자료 KOTRA 인용)[25]. 코로나19 (COVID-19) 이후 비대면 의료가 급증하고 디지털 헬스가 가속화되고 있으며, 코로나 블루에 따른 정신건강 관리에 대한 관심도 확대되고 있다. 또한, 스마트워치 및 웨어러블 디바이스가 향후 감염병 예방 등을 위한 필수기기로 수요가 급증할 것으로 예측하고 있으며 정신건강 문제도 주요 이슈로 등장해 이를 디지털로 해결하고자 하는 수요가 급증했다고 분석했다[25].

스마트 헬스케어는 헬스케어와 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷 기술이 결합하여 개인별 건강관리와 진료가 가능한 분야로, 멘탈헬스케어는 스마트 헬스케어가 포함하는 첨단 기술을 활용해 심리적 안정을 돕는 서비스나 프로그램을 의미한다. 의료서비스 패러다임이 기존 ‘치료 중심’에서, 스스로 건강을 관리하는 ‘예방 중심’으로 변화하는 추세이므로, 인공지능이나 빅데이터 기술을 이용해 멘탈헬스 상태를 예측하거나 웰빙을 지원하기 위한 기술에 관심이 높아질 것으로 예상된다.

2. 특허 동향

멘탈헬스/웰빙 관리 기술과 관련한 특허 동향 분석을 위해 표 7과 같이 센싱 및 인지 모듈과 서비스 산업 융합 기술들로 분류한 후 소분류로 다시 세분화하여 각각 키워드를 도출하여 특허 동향 분석을 실시하였다.

특허 출원인 기준의 특허 검색 기간 전반(2000년대)과 후반(2010년대) 사이 해당 특허 출원 개수를 분석한 결과 멘탈헬스 및 웰빙 관리 서비스 분야와 관련된 특허 출원이 최근 10년 약 2배로 크게 성장하고 있음을 알 수 있다(그림 3 참고). 특히, 2000년 이후 현재까지 지속적으로 특허 출원 활동이 증가세를 보이고 있으며, 최근 5년 동안 크게 증가하고 있음을 알 수 있었다.

그림 3

특허 출원 증가 추이 출처 WINTELIPS DB 분석 결과

미국, 일본, 한국 주요 3국 모두 멘탈헬스 및 웰빙 관리 솔루션 분야에 꾸준하게 특허출원 활동이 이루어지고 있으며, 주요시장국 전체에서 중국특허청의 점유율이 36%로 가장 높으며, 다음으로 미국, 한국, 일본 순서로 확인되었다(그림 4 참고). 최근에는 신체적 헬스케어뿐만 아니라 정서적/정신적 헬스케어에 대한 관심도 높아지고 있으며, 인공지능 및 빅데이터 기술의 비약적인 발전도 관련 분야의 관심도가 높아지는 이유로 분석된다.

그림 4

연도별-국가별 멘탈헬스/웰빙 관리 솔루션 특허 출원 및 점유율 출처 WINTELIPS DB 분석 결과

3. 국내·외 연구개발 동향

SWELL(Smart reasoning for Well-being at home and at work) 프로젝트는 네덜란드의 산학연 9개 기관이 참여하여 2011년부터 2015년까지 수행된 프로젝트이다[26]. 지식 근로자들의 컴퓨터 사용 기록, 고해상도 카메라를 이용한 얼굴 및 상반신 영상 촬영, Kinect depth 카메라를 이용한 신체 자세 정보, Mobi 디바이스를 이용한 ECG 정보 등을 수집하여 멘탈헬스를 분석하고 사무실에서 보다 건강한 업무 스타일을 갖도록 도와줄 수 있는 코칭 소프트웨어와 지식 근로자가 작업해야 하는 많은 정보를 처리하는 데 도움이 되는 스마트 정보 지원 도구를 개발하는 것을 목표로 진행되었다.

유럽과 미국의 연구 네트워크가 공동으로 참여한 AffecTech(Personal Technologies for Affective Health)는 EC H2020이 펀딩한 마리퀴리(Marie Sklodowska-Curie) 혁신 훈련 네트워크 프로젝트이며, 2017년 1월부터 2021년 3월까지 수행되었다[27]. AffecTech 프로젝트에서는 일상생활에서 사람들의 감정들을 더 잘 이해하고 조절하기 위해 감정적 정신 장애들을 가진 사람들을 도와주기 위한 혁신적 웨어러블 기술 플랫폼 개발하는 것을 목표로 하였다. Empatica E4 손목 밴드를 사용하여 수집된 HRV, 움직임, 호흡, 피부 온도, 피부전도 반응(EDA) 정보에서 추출된 Feature들과 사용자의 Self-Report들을 분석하여 감정 조절을 위한 웨어러블 시스템 및 어플리케이션 개발을 연구하였다.

우리나라는 과학기술 기반 사회문제 해결과제 중의 하나로 정신질환 분야를 포함하고, ICT 기술의 핵심인 AI를 기반으로 기술 융합을 통한 범부처적인 연구개발을 추진해왔다[28]. 보건복지부는 스마트 정신건강 기술개발 사업을 통해 AI를 활용하여 자살위험 예측기술, 지능형 정신건강 상담기술, 노인 마음 돌봄기술, AI 기반 정신건강 기술플랫폼 개발 등을 추진했다[29]. 한국전자통신연구원(ETRI)에서는 헬스케어, 정신건강 및 인적요인과 관련된 연구를 지속적으로 수행하고 있으며, 웨어러블 디바이스로 수집된 생체신호와 사회적 활동을 AI로 분석하여 정신질환을 분류하고 예측하는 서비스를 개발했다[30].

또한 한국전자통신연구원은 2019년 12월부터 산업통상자원부 EUREKA CLUSTER 사업으로 “지식근로자 대상 인공지능 기반 멘탈헬스/웰빙 관리 솔루션 개발(EU ITEA3 MAD@WORK 프로젝트)” 국제 공동 연구(5개국 17개 기관)를 수행 중에 있다. 국제 공동연구 과제의 목표는 직장 근로자의 웰빙 및 성과 향상을 위하여 웨어러블/환경 데이터를 결합하여 인공지능 기반으로 멘탈헬스 정보를 분석하고, 근무환경에서 효율적으로 적용 가능한 멘탈웰빙 솔루션 기술을 개발하는 것이다.