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출처 : 한국전자통신연구원

뇌파신호 및 응용 기술 동향

Trneds in Brain Wave Signal and Application Technology

김도영, 이재호, 박문호, 최윤호, 박윤옥 / 씨앗기술연구실 책임연구원

[초 록]
뇌파신호는 사람의 생각이나 감정을 가장 현실적인 방법으로 취득하여 해석하고 분석할 수 있는 유용한 정보원이다. 뇌파는 음성인식 이후에 사람과 사람, 사람과 사물, 사람과 컴퓨터 간에 편리하고 가장 자연스러운 초연결(Hyper-Connection) 접속과 통신을 가능하게 하는 유력하고 궁극적인 수단이다. 하지만 뇌파를 두뇌 활동 시 발생하는 신경세포와 신경세포 사이에 형성된 시냅스들의 화학적 활성화에 의한 전자기적 신호 평균의 총합으로만 해석하는 한, 뇌과학에서 이룩한 복잡한 사람의 생각과 감정 패턴과의 연결 해석이 불가능한 한계가 발생한다. 본고에서는 이를 극복하여 뇌파를 미래의 초연결 접속과 통신 수단으로 활용 가능하도록 하기 위한 기술적 가치와 가능성을 재발견하기 위하여 뇌과학에서 밝혀지고 있는 생각과 감정 회로와 연동·해석하기 위한 뇌파신호의 처리, 해석 및 응용 기술 동향에 대해 기술한다.

Ⅰ. 머리말
뇌파(EEG: Electro Encephalo Graphy)는 (그림 1)[1]에서 나타낸 바와 같이 두뇌를 구성하는 신경세포들의 전기적 활동을 두피에서 전극을 통해 간접적으로 측정할 수 있는 전기신호이다. 즉, 뇌파는 두뇌 내부에서 발생하는 전기적 활성정보를 전기장(Electric field)을 통해 간접적으로 포착한다. 1875년 영국의 생리학자인 케이튼이 토끼와 원숭이의 뇌에서 검출한 파형을 검류계에 기록한 것이 최초의 뇌파이다. 사람의 경우는 오스트리아의 한스 베르거가 1929년 두개골이 손상된 환자의 두피 아래에 백금전극 2개를 삽입하여 얻은 전위차를 기록한 것이 최초로, 사람의 두피에 전극(Electrode)을 부착하여 비침습적(Non-invasive)인 방법으로도 얻을 수있음을 알게 되었고 이를 뇌전도(EEG)라고 명명하였다.

(그림 1)에서 도시한 바와 같이 두개골 안쪽에는 뇌가 있고, 뇌는 3층의 막으로 싸여 있으며, 가장 바깥쪽이 경뇌막, 중간에 있는 막이 거미막, 안쪽에 연뇌막이위치[1]한다.

그 아래 대뇌피질에서 신경세포 사이에 시냅스가 형성되어, 시냅스전신경원 말단에서 신경전달물질을 분비하고, 분비된 신경전달물질은 시냅스 후막의 이온채널에 부착되어 이온채널이 열리게 된다[2]. 이온채널이 열리면 (그림 2) 에서 도시한 바와 같이 나트륨(Na+)이온이 Na+채널을 통해 세포 안으로 유입되고, 칼륨(K+)이온은 세포 밖으로 유출되어 세포막의 양단간 전위에 변화가 일어나 전위차, 즉 전압이 생겨 전류가 흐르고, 이 전류가 전기장을 형성하게 된다[2]. 이러한 전기장의 변화는 자기장을 생성하고 다시 자기장의 변화는 전기장을 생성하게 되어 두피에 전극을 설치하면 10~50uV의 뇌파신호를 측정할 수 있다. 뇌파신호는 대내피질의 면적 중 최소 6cm2이상 규모로 동기화가 되어야 검출되는것으로 알려져 있다[3].

본고에서는 현재까지 알려진 뇌파신호의 처리 기술 및 해석과 응용에 대한 주요 기술을 살펴보고, 최근 뇌과학에서 밝혀지고 있는 사람의 생각과 감정 회로를 이와 연결할 수 있는 가능성과 접근에 대해 고찰한다.

 [목 차]

Ⅰ. 머리말
Ⅱ. 뇌파신호 처리 기술 
Ⅲ. 뇌파 해석 및 응용 기술
Ⅳ. 맺음말
용어해설
약어정리

...................(계속)

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