생의학 분야 문헌의 양이 빠르게 증가함에 따라, 생의학 연구자들이 필요로 하는 정보를 얻기가 어렵게 되었다. 이를 해결하기 위해, 인간-컴퓨터 상호작용 분야에서는 생의학 문헌 검색 시스템, 또는 생의학 문헌의 정보 추출 시스템 등에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 생의학 문헌으로부터 정보를 자동으로 추출하기 위한 관계정보 추출 시스템에 대해 소개한다. 소개하는 시스템은 크게 요약 수집 모듈, 관계 추출 모듈, 관계 가시화 모듈로 구성되어 있다. 우선, 요약 수집 모듈에서는 특정 주제의 문헌들을 검색 및 수집한다. 그리고, 관계 추출 모듈에서는 수집된 문헌들에 대해서, 단백질/유전자 등의 생물학 개체를 인식하고, 구문분석을 통하여 인식된 개체들 사이의 관계를 추출한다. 마지막으로, 관계 가시화 모듈에서는 추출된 관계를 통합하여 네트워크 형태로 가시화한다. 이 시스템은 생물학 실험 이전의 문헌 기반 타당성 검사, 단백질-단백질 상호작용 또는 특정 질병과 유전자의 조절관계 분석, 또는 대용량 문헌 처리를 통한 패스웨이 데이터베이스 구축 등에 활용될 수 있다.
생의학 도메인에서 약어 중의성 해결이란 생의학 문서에 나타난 약어의 원래 형태(long form)를 판별하는 작업이다. 본 논문은 생의학 도메인에서 약어 중의성 해결에 적합한 자질들을 실험적으로 탐색하는데 목적이 있다. 이를 위해서 약어 중의성 해결에 사용할 문맥을 전역 문맥(topical context)과 지역 문맥(local context)으로 구분하고, 각각의 문맥에서 스테밍(stemming), 불용어 제거, 품사 부착 등의 과정을 통해서 다양한 자질들을 고려하도록 한다. 생의학 도메인에서 약어 중의성 해결을 위한 실험 자료의 부족을 해결하기 위해서, 학습 자료와 평가 자료를 자동으로 구축했으며, 평가를 위한 약어로는 기존 연구에서 사용된 두 가지 약어 목록을 사용했다. 또한 단순 베이지언 모델(Naive Bayesian Model)을 이용해서 각 자질들의 유용성을 평가하였다 실험 결과, 전역 문맥이 지역 문맥보다 더 좋은 성능을 보였으며, 전역 문맥에서는 불용어만을 제거한 경우가 각각의 평가 자료에서 94.2%와 96.2%로 가장 좋은 결과를 보였으며, 전역 문맥과 지역 문맥을 함께 사용하는 경우에 각각의 평가 자료에서 1.8%와 0.3%의 성능 향상이 있었다.
생명 공학 및 의학 분야의 논문 수 증가에 따라 문헌 속에서 중요한 정보를 빠르게 찾아 대응하기 위한 키워드 추출의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 생의학 분야에서의 키워드 추출에 대한 다양한 비지도 학습 기반 모델 및 BERT 기반 모델의 성능을 종합적으로 비교하였다. 실험 결과 생의학 분야에 특화된 데이터로 학습된 BioBERT 모델이 가장 높은 성능을 보였다. 이를 통해 생의학 분야의 키워드 추출 연구에서 적절한 실험 환경을 구성하고 다양한 모델을 비교 분석하여, 향후 연구에 필요한 정확하고 신뢰할 수 있는 정보를 제공하였다. 이뿐만 아니라, 다른 분야에서도 키워드 추출에 대한 비교적인 기준과 유용한 지침을 제공할 수 있을 것이라 기대한다.
딥러닝 분야에서 트랜스포머 아키텍쳐의 출현은 자연어 처리 연구가 획기적인 발전을 가져왔다. 개체명 인식은 자연어 처리의 한 분야로 정보 검색과 같은 태스크에 중요한 연구 분야이다. 생의학 분야에서도 그 중요성이 강조되나 학습용 한국어 생의학 말뭉치의 부족으로 AI를 활용한 한국어 임상 연구 발전에 제약이 되고 있다. 본 연구에서는 한국어 생의학 개체명 인식을 위해 새로운 생의학 말뭉치를 구축하고 대용량 한국어 말뭉치로 사전 학습된 언어 모델들을 선정하여 전이 학습시켰다. F1-score로 선정된 언어 모델의 개체명 인식 성능과 태그별 인식률을 비교하고 오류 분석을 하였다. 인식 성능에서는 KlueRoBERTa가 상대적인 좋은 성능을 보였다. 태깅 과정의 오류 분석 결과 Disease의 인식 성능은 우수하나 상대적으로 Body와 Treatment는 낮았다. 이는 문맥에 기반하여 제대로 개체명을 분류하지 못하는 과분할과 미분할로 인한 것으로, 잘못된 태깅들을 보완하기 위해서는 보다 정밀한 형태소 분석기와 풍부한 어휘사전 구축이 선행되어야 할 것이다.
저온 대기압 플라즈마는 21세기에 들어 생의학 분야에 이용될 수 있는 새로운 도구로서 많은 관심을 받고 있다. 대기압 플라즈마는 고가의 진공 장비를 필요로 하지 않고 저전력 구동이 가능하기 때문에 저비용 구동이 가능하고 방전 장치와 전력공급 장치의 소형화에 매우 유리하다. 특히 저온 대기압 플라즈마는 고온의 전자와 저온의 이온 입자가 공존하는 열적 불평형(thermal non-equilibrium) 상태에 있기 때문에 플라즈마의 저온 특성은 유지하면서도 (${\sim}30^{\circ}C$) 물리/화학적 반응성은 매우 높아 그 응용 분야가 매우 넓다. 플라즈마의 다양한 생의학 분야 응용 가운데 세포의 사멸 유발 또는 생장 촉진, 살균/멸균, 지혈, 상처 치유 등에 저온 대기압 플라즈마가 매우 뛰어난 효능을 보인다는 것이 국내외의 다양한 연구를 통해 밝혀지고 있다 [1]. 20 kHz 정현파로 구동되는 플라즈마 장치를 이용한 암 세포 제거 실험에서 플라즈마 처리 효과를 증대시키기 위해 항체-금나노입자 중합체를 암 세포에 주입시켰다 (그림 1(a)). 그 결과 세포의 사멸율은 74%로서 플라즈마 또는 플라즈마-금나노입자만을 처리한 경우에 비하여 사멸율이 매우 높게 나타났다 (그림 1(b)). 이를 통해 암세포 선택성을 가진 항체-금나노입자 중합체와 플라즈마 처리 기술을 융합한 암 세포의 선택적 사멸 유발 기술의 개발 가능성이 열렸다. 또한 플라즈마 처리를 통해 일어나는 세포의 자멸사 기작이 Cytochrome C의 방출 이후 이어지는 Caspase-3의 활성화 경로와 관계가 있음이 밝혀졌다 (그림 1(c)). 치아 미백은 최근 부상하고 있는 저온 대기압 플라즈마의 새로운 응용 분야이다 [5-6]. 대기압에서 동작하는 헬륨 플라즈마 제트를 미백제(과산화수소)와 함께 발치된 치아에 적용하였을 때 (그림 2(a)) 미백제만을 사용하였을 경우에 비해 치아의 색상 변화가 2배 이상 크게 나타나는 것을 확인하였다 (그림 2(b)). 이처럼 최근 그 범위가 크게 넓어지고 있는 저온 대기압 플라즈마의 생의학 응용 기술의 최적화를 위해서는, 다양한 생의학 응용 분야에 따라 요구되는 플라즈마의 특성 및 응용별 기저 기 작에 대한 이해와 연구가 필요하다.
본 연구에서는 미국과 캐나다의 치위생 교육기관의 전공전 교육과정을 분석하였다. 전공전 교육과정은 일반교육,생의학,치의학,치위생학의 네 가지의 영역으로 구성되어 있다. 전공전교육과정은 일반교육과 생의학 영역을 포함한다. 일반교육 영역은 구두 및 문서 커뮤니케이션, 사회학, 심리학 등의 교과목으로 구성되어 있다. 생의학 영역은 해부학, 생리학, 화학, 생화학, 면역학, 일반병리학, 영양학, 약리학을 포함한다. 전공전교육과정은 효과적인 의사소통과 지역사회 프로그램의 참여에 필요한 수행능력을 제공하며, 치위생 서비스와 관련된 의사결정을 돕는다.
워드 임베딩(word embedding)은 정보검색이나 기계학습에서 단어를 표현하기 위하여 사용되던 기존의 one-hot 벡터 방식의 희소공간 및 단어들 간의 관계정보를 유지할 수 없는 문제를 해결하기 위한 방법이다. 워드 임베딩의 한 방법으로 word2vec은 최근 빠른 학습시간과 높은 효과를 얻을 수 있는 모델로 주목을 받고 있다. word2vec은 수행 시 주어지는 옵션인 벡터차원과 문맥크기에 의해 그 결과 품질이 상이하다. Mikolov는 구글 뉴스 문헌 집합에 대하여 word2vec을 실험하고, 적합한 옵션을 제시하였다. 본 논문에서는 구글 뉴스 문헌 같은 일반 문서가 아닌 생의학 분야에 특화된 문헌에 대하여 word2vec에 대한 다양한 옵션을 실험하고, 생의학 문헌에 적합한 최적의 조건을 분석한다.
과학적 지식을 얻는 과정은 연구자의 연구를 통해 이루어진다. 연구자들은 과학의 불확실성을 다루고 과학적 지식의 확실성을 구축해나간다. 즉, 과학적 지식을 얻기 위해서 불확실성은 반드시 거쳐가야 하는 필수적인 단계로 인식되고 있다. 현존하는 불확실성의 특성을 파악하는 연구는 언어학적 접근의 hedging 연구를 통해 소개되었으며 컴퓨터 언어학에서 수작업 기반으로 불확실성 단어 코퍼스를 구축해왔다. 기존의 연구들은 불확실성 단어의 단순 출현 빈도를 기반으로 특정 학문 영역의 불확실성의 특성을 파악해오는데 그쳤다. 따라서 본 연구에서는 문장 내 생의학적 주장이 중요한 역할을 하는 생의학 문헌을 대상으로 불확실성 단어 기반 과학적 지식의 패턴을 시간의 흐름에 따라 살펴보고자 한다. 이를 위해 생의학 온톨로지인 UMLS에서 제공하는 의미적 술어를 기반으로 생의학 명제를 분석하였으며, 학문 분야의 패턴을 파악하는데 용이한 DMR 토픽 모델링을 적용하여 생의학 개체의 불확실성 기반 토픽의 동향을 종합적으로 파악하였다. 시간이 흐름에 따라 과학적 지식의 표현은 불확실성이 감소하는 패턴으로 연구의 발전이 이루어지고 있음을 확인하였다.
최근 생의학 분야의 학술 문헌이 기하급수적으로 급증함에 따라 관련 분야 연구자들은 선행 연구 및 연구 동향 파악에 어려움을 겪고 있다. 이에 효율적인 선행 연구 및 연구 동향 파악을 위한 정보 추출 기술이 요구되며, 학술 문헌의 정보 추출을 위한 개체인식 및 개체 간의 생의학 이벤트 추출 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 이에 심층 학습(Deep Learning)의 기법 중 하나인 컨볼루션 네트워크(Convolutional Neural Networks, CNN) 모델을 기반으로 이벤트 내의 개체 유형 정보의 적용 위치와 함께, 이벤트 식별 및 분류를 고려하여 총 8가지의 모델을 구성하여 실험하였다. 실험 결과, 본 연구에서 제안하는 모델 중 최고성능을 보인 개체 유형 완전연결 모델이 이벤트 분류 실험에서 F-점수 72.09%의 높은 성능을 보였으나, 이벤트 추출 실험에서는 학습 컬렉션의 불균형 문제 및 이벤트 식별 모델의 성능 저조 등으로 인하여 F-점수 21.81%의 비교적 저조한 성능을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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