신호 처리 선구자 기술로 자폐증 진단 개선 USC 교수의 도구는 감정적 신호를 해석할 수 있다.

캐시 프리츠

2024년 11월 27일

 

슈리칸트 나라야난은 그의 경력 전체에 걸쳐 음성 및 언어 처리 기술을 더 접근하기 쉽게 만드는 데에 전념했습니다.

IEEE 펠로우는 말투, 얼굴 표정, 생리적 지표를 포함한 인간의 행동을 분석하기 위해 기계 지능 과 신호 처리 기술을 개발했습니다 .

 

 

 

그의 연구 덕분에 의료 전문가들은 자폐증, 우울증 및 기타 질환을 더 효과적으로 진단하고 모니터링할 수 있게 됐습니다.

디지털 보조기를 사용하는 사람은 누구나 Narayanan의 연구에서 음성에서 인간의 감정을 이해하고 해석하는 데 도움을 받았습니다. 보조기는 이제 더 직관적이며 사용자의 명령을 더 잘 이해하고 대응할 수 있습니다.

그는 단어 발음에 대한 피드백을 제공하는 도구를 개발하여 새로운 언어를 배우기가 더 쉬워졌습니다.

 

나라야난은 로스앤젤레스에 있는 University of Southern California 에서 전기공학, 컴퓨터 과학, 언어학, 심리학, 소아과, 이비인후과 교수로 재직하고 있습니다. 그는 또한 USC의 신호 분석 및 해석 연구실을 이끌고 있으며 대학 내에서 여러 학술 직책을 맡고 있습니다. 그는 로스앤젤레스에 있는 Google DeepMind 의 방문 교수 연구원입니다 .

 

나라야난은 포괄적 인간 중심 엔지니어링을 위한 음성 커뮤니케이션 과학 및 기술에 기여한 공로로 2025 IEEE 제임스 L. 플래너건 음성 및 오디오 처리 상을 수상했습니다. 이 상은 미쓰비시 전기 연구소 에서 후원합니다 .

 

그는 수상에 대해 "정말 감동적이고 영광스럽습니다."라고 말했습니다. "저는 Bell Labs 에서 경력을 시작했고 , James Flanagan은 그곳에서 음성 및 오디오 분야의 전설적인 연구자였습니다. 이 상을 수상한 많은 사람들이 제가 존경하는 분야에서 제 영웅이었습니다. 그들의 작업은 저에게 깊은 영감을 주었습니다."

 

인체의 기능에 대한 초기의 매력

인도 첸나이에서 자란 나라야난은 신체의 작동 방식에 매료되어 의사가 되고 싶어했습니다. 그는 17세에 의대에 지원하여 합격했지만, 교실에 발을 들이기도 전에 그의 커리어 계획은 바뀌었습니다.

나라야난의 아버지는 화학자였고, 그의 삼촌은 전기 엔지니어였습니다. 여러 차례의 논의 끝에, 그의 가족은 엔지니어였던 그의 삼촌의 "지지하는 반대"에도 불구하고 그를 엔지니어링으로 전향하도록 설득했다고 그는 말합니다.

 

"당시 전기공학은 과학의 가장 기초적인 분야로 알려졌습니다."라고 그는 말합니다. "저는 그것에 대해 많이 알지 못했지만, 신호 처리 시스템이 어떻게 작동하는지 맞춰서 인체가 어떻게 기능하는지 개념화할 수 있다는 것이 곧 분명해졌습니다. 그래서 저는 처음부터 인간 중심적인 엔지니어가 되었습니다. 저는 엔지니어링 관점에서 사람들을 바라봅니다."

 

그는 1988년에 Guindy 공과대학(현재는 Chennai에 있는 Anna University 의 일부)에서 전기공학 학사 학위를 취득했습니다. Narayanan은 1990년과 1995년에 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 에서 전기공학 석사 및 박사 학위를 취득했습니다 .

 

그는 1995년에 뉴저지 주 머레이힐에 있는 AT&T 벨 연구소(현재는 노키아 벨 연구소 ) 에서 연구 과학자로서의 경력을 시작했습니다. 그는 음성 및 언어 처리 기술을 연구하면서 개발 중인 애플리케이션이 건강한 성인만을 위한 것이라는 것을 깨달았습니다. 그래서 그와 다른 연구자들은 어린이를 위한 애플리케이션에 초점을 맞추기로 결정했습니다.

 

"우리가 어린이를 위한 기술에 대한 작업을 시작했을 때, 우리는 그들의 말과 언어가 어떻게 변화하는지에 대한 이러한 역동적인 궤적 때문에 근본적인 과제를 즉시 발견했습니다."라고 그는 설명합니다. "어린이들이 성장하면서 신체적, 생리적으로뿐만 아니라 사회적으로도 발달합니다."

 

연구자들은 먼저 객관적이고 정량적으로 변화를 연구하기 위해 언어 과학에 기반을 둔 기반을 구축해야 했다고 그는 말한다.

그는 "말과 언어는 뇌와 신경계, 운동계에서 일어나는 다양한 과정의 복잡한 조율의 결과입니다."라고 말합니다.

"제 가장 큰 기쁨은 제 연구실에서 학생들과 함께 일하고 그들에게서 배우는 것입니다. 교사나 자문가가 되는 것보다 더요. 매일 새로운 것을 배울 수 있다는 것이 놀랍습니다."

연구자들은 체계적인 방식으로 프로세스를 연구하기 위해 센서와 이미징을 사용하여 언어 능력의 변화를 측정했습니다. 연구자들은 신호 형태로 데이터를 수집한 후 신호 처리 기술을 적용하여 의미 있는 정보를 추출했습니다.

 

나라야난은 자신의 방법이 자폐 스펙트럼 장애, 언어 지연 및 이와 유사한 장애와 같은 발달 장애가 있는 어린이에게 사용될 수 있다는 결론을 내렸습니다.

그들은 사회적 상황에서 말과 언어를 분석하고 해석하는 행동 신호 처리(BSP) 기술을 발명했습니다. 나라야난은 이 기술이 일반적으로 사회적 상호 작용에 어려움을 겪는 자폐증 아동에게 유용하다고 말합니다. 연구원들은 또한 자폐증 아동의 말과 얼굴 표정에서 감정적 단서를 감지하고 해석하는 계산 모델을 개발했습니다.

 

그들이 만든 또 다른 도구는 예상 연령에 언어 능력이 발달하지 않는 어린이의 의사소통 능력 진행 상황을 모니터링합니다.

 

연구원들이 인간의 감정을 음성에서 이해하고 해석하는 초기 작업은 Alexa 와 Siri 와 같은 가상 비서에서 사용되는 기능에서 영감을 얻어 더 자연스럽게 들리고 사용자의 감정을 인식하도록 했습니다. BSP 기술은 기기가 사용자가 말하는 내용뿐만 아니라 말하는 방식도 인식하도록 도와줍니다.

 

연구원들은 음향 모델링, 언어 모델링, 맥락 정보 통합을 연구하여 디지털 비서가 음성을 더욱 정확하게 식별할 수 있게 되었습니다.

 

정신 건강을 개선하는 기술

나라야난은 2000년에 벨 연구소를 떠나 USC 교수진에 합류했습니다. 그는 항상 학생들을 멘토링하고 다른 분야의 사람들과 함께 일하고 싶어했기 때문에 자신이 사랑하는 캘리포니아에서 교수직을 제안받았을 때 도전하기로 결심했습니다.

 

"제 가장 큰 기쁨은 제 연구실에서 학생들과 함께 일하고 그들에게서 배우는 것입니다. 교사나 자문가가 되는 것보다 더요."라고 그는 말합니다. "매일 새로운 것을 배울 수 있다는 것은 놀라운 일입니다."

USC에서 거의 25년 동안 Narayanan은 의료를 위한 음성 및 언어 처리 애플리케이션을 계속 개발해 왔습니다. 그는 BSP와 같은 기술을 사용하여 정신 건강을 더 잘 이해하는 방법을 만듭니다.

 

"정신 건강 연구를 지원하기 위해 엔지니어링 도구를 도입하는 것은 큰 영역이었습니다."라고 그는 말합니다. "저는 그 분야에 매우 헌신적입니다."

정신 건강 상태를 진단하고 치료하는 데는 종종 언어와 말을 사용하여 환자와 상호 작용하는 것이 포함됩니다. 예를 들어 심리 치료에서 정신 건강 전문가는 환자와 대화하여 문제가 되는 생각, 감정 및 행동을 식별하고 이를 해결하는 데 도움을 줍니다.

 

심리 치료 연구와 임상 실무는 성과와 효능 데이터를 수집하고 평가하기 위해 수동 방법을 사용하는 경향이 있다고 나라야난은 말하지만, 이는 확장 가능하지 않고 부정확할 수 있습니다. 그는 답변이 실제로 환자가 어떻게 느끼는지 반영하지 않을 수도 있다고 말합니다.

나라야난과 그의 동료들은 언어 기반 바이오마커를 통해 데이터를 수집하여 치료의 질과 결과를 특성화하는 방법을 발명했습니다. 그들은 또한 우울증과 불안의 징후를 파악하기 위해 사람의 말투 패턴을 감지하고 모니터링하는 객관적인 척도를 설계했습니다.

 

그는 현재 미국 국방 고등 연구 계획국 과 협력하여 자살 생각을 가진 사람들의 바이오마커를 식별하고 있습니다.

나라야난은 19개의 미국 특허를 보유하고 있으며, 자신의 기술을 상용화하기 위해 여러 스타트업을 설립하는 데 도움을 주었습니다.

 

USC의 대규모 연구 계획 감독

2월에 그는 자신의 다학제적 배경을 활용하는 새로운 역할을 맡았습니다. USC는 그를 대통령 이니셔티브의 부사장으로 임명했습니다. 이는 새로 만든 직책입니다. 그는 대학의 컴퓨팅 , 건강 및 지속 가능성 연구 이니셔티브의 범위를 조정하고 확장합니다 . 대학은 이를 문샷 이라고 부릅니다. 특히 대학은 Frontiers of Computing 이니셔티브 에 10억 달러 이상을 투자했습니다 .

 

나라야난은 "대학과 총장은 건강의 미래, 컴퓨팅의 미래, 지구의 지속 가능성과 같은 거대한 문제에 대해 생각하는 큰 전략적 비전을 가지고 있습니다."라고 말합니다. "그들은 여러 학문 분야에서 일하는 연구자와 학자를 원했습니다. 그들은 제가 사람들과 아이디어를 연결하여 글로벌한 발자취를 가진 이러한 거대한 이니셔티브를 시작하기를 원합니다."

 

"우리의 달 탐사가 포함된 진화하는 분야에서 놀라운 속도로 발전이 이루어지고 있습니다." 대학 총장인 캐럴 폴트가 임명에 대한 발표 에서 말했습니다 . "이 역할은 USC가 발견과 혁신의 최전선에 머물 수 있도록 달 탐사를 구현하는 데 초점을 맞추는 것뿐만 아니라 지속적으로 확대, 증폭, 엮기 위해 만들어졌습니다. 나라야난 교수는 이 역할에 완벽한 선택입니다."

 

IEEE: 대가족

나라야난은 학부 교수 중 한 분의 격려로 4학년 때 IEEE에 합류했습니다.

나라야난은 "IEEE는 배우고, 공유하고, 끊임없이 성장할 수 있는 집이라는 걸 깨달았습니다."라고 말합니다. "IEEE는 우리에게 그것을 제공합니다. 그것은 여러분의 작업을 여러분의 분야에서, 그리고 사회와 인류의 더 넓은 맥락에서 자리매김할 수 있는 플랫폼입니다. 그리고 물론, 여러분은 평생 친구를 많이 사귀고, 자원봉사자로서 보답합니다."

 

그리고 그는 보답했습니다. IEEE 컴퓨터 및 IEEE 신호 처리 학회의 회원인 그는 후자의 첫 번째 교육 부사장이었습니다.

그는 두 학회 간행물의 편집 위원회에 있었고, 저널과 거래의 편집장을 역임했습니다. 그는 또한 학회의 컨퍼런스와 워크숍을 조직하는 데 리더십 역할을 했습니다.

두 학회 모두 그의 업적을 인정했습니다. 그는 올해 IEEE Computer Society McCluskey Technical Achievement Award를 수상했고 작년에는 IEEE Signal Processing Society Shannon-Nyquist Technical Achievement Award를 수상했습니다.

 

그는 자원봉사가 자신의 삶의 일부가 되었으며, 수년에 걸쳐 학생들에게도 자원봉사에 참여하도록 격려해 왔다고 말합니다.

"그들 중 많은 사람이 지금은 전 세계의 교수가 되었고, 학생들이 가입하도록 격려합니다."라고 그는 말합니다. "IEEE는 큰 가족과 같습니다."