뇌 컴퓨터 인터페이스 소개 (EEG) (3)

뇌전도 (EEG)

 

EEG는 두피 표면에서 뇌의 전기적 활동을 기록한다. 전극은 뇌에서 생성된 전류를 픽업하기 위해 두피에 배치된다.

 

 

발화할 때 뉴런은 시냅스에서 더 낮은 전압과 축삭에서 더 높은 전압으로 쌍극자를 형성한다. 억제 뉴런이라면 쌍극자가 뒤집혀 축삭에서 전압이 더 낮아지고 시냅스에서 전압이 더 높아진다. 뉴런 내부에서 이러한 전압 이동의 원인은 Na+ 채널이 수상돌기를 따라 열려서 양의 전자가 넘쳐 흐르게 하고, 이 양전하는 축삭 아래로 이동하여 더 많은 나트륨 채널을 열어 전하가 축삭을 따라 내려가게 하고, 시냅스에서 방전되어 함께 신경 전달 물질을 방출한다. 뉴런 그룹이 함께 발화하면 두피에서 측정할 수 있는 충분한 신호를 제공한다. EEG (직경의 1/4 크기)를 사용하여 뉴런 클러스터 만 측정할 수 있다.

 

장점은 휴대가 간편하고 작은 여행 가방에 들어갈 수 있다 (특별한 방이 필요한 MEG에 비해). 실험실 등급 EEG 시스템은 비싸지만 다른 BCI 방법보다 저렴하다. 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 수의 상업용 EEG 시스템이 출시되었다.

 

EEG 데이터는 신경 진동을 반영하는 리드미컬한 활동을 포함한다. 진동은 주파수, 전력 및 위상으로 설명된다. 진동은 특정 주파수 (즉, 특정 비율)에서 발생한다. 여기에는 델타, 세타, 알파, 메타 및 감마가 포함된다. 연구는 이러한 리듬과 다양한 뇌 상태 사이의 연관성을 발견했다. 예를 들어, 명상과 같은 목적으로 자주 사용되는 상업용 EEG 헤드셋은 일반적으로 알파 주파수에서 발생하는 뇌 활동의 양을 측정한다.

 

공간 해상도

 

EEG의 공간 분해능은 사용된 전극의 수에 따라 결정된다. 연구에서 더 높은 공간 분해능이 필요한 경우 일반적으로 최대 256개까지 최소 32개의 전극이 사용된다. 두개골에서 일반적으로 EEG의 공간 분해능은 신호가 서로 다른 계층을 통해 위로 이동해야 하기 때문에 낮다 (ex: ECoG 및 fMRI에 비해). 그러나 특정 유형의 필터를 사용하거나 EEG를 다른 도구 (ex: fMRI)와 결합하여 해상도를 향상시킬 수 있다.

 

전극이 많을수록 시간 (ex: 설정), 대역폭 (데이터 수집 및 분석) 및 비용 (재료 비용)이 더 많이 든다. 상용 헤드셋은 높은 공간 해상도 (즉, 신호를 생성하는 정확한 뇌 영역의 위치 파악)가 반드시 필요한 것은 아니기 때문에 더 적은 수의 전극을 사용하는 경우가 많다.

 

EEG의 공간적 정밀도는 상당히 낮지만 표면 라플라시안 또는 적응형 소스 공간 이미징 기술과 같은 공간 필터로 향상될 수 있다.

 

또한 전극에 의해 등록된 활동은 전극 아래에 배치된 영역과 가깝고 멀고 서로 다른 뇌 영역에서 생성된 서로 다른 신호의 혼합물이기 때문에 공간 정확도가 낮다. 미세한 스케일 (EEG = 수 입방 밀리미터 미만의 보이지 않는) 전위는 두피에 도달할 만큼 강력하지 않다. Mesoscopic scale (EEG = 수 입방 밀리미터에서 수 입방 센티미터) 피질 패치로 감지할 수 있지만 64개 이상의 전극과 공간 필터링 기술을 사용한다 (거시적 규모에서 EEG = 수 입방 센티미터의 피질의 넓은 영역으로 쉽게 측정 가능).

 

시간 분해능

 

EEG의 장점은 탁월한 시간 분해능이다. 1초에 여러 센서에서 수천 개의 전기 활동 스냅샷을 찍는 것이 가능하다. EEG에서는 실험에 따라 최대 500개의 여러 전극을 사용할 수 있다. 그들은 동일한 두피 영역에서 데이터를 수집할 수 있도록 캡에 장착하는 데 사용된다.

 

비교

 

BCI는 모든 유형의 뇌 영상을 사용할 수 있다. 여기에는 혈류의 변화 (즉, 혈역학적 반응)에 의존하는 fMRI, PET 및 NIRS와 뇌의 자기 및 전기적 활동을 각각 측정하는 MEG 및 EEG가 포함된다. fMRI와 NIRS의 공간 해상도는 높지만 시간 해상도는 낮습니다. MEG 및 PET는 공간 및 시간 해상도가 높다. EEG는 공간적 해상도는 낮지만 시간적 해상도는 높다. 현재 fMRI와 MEG는 비싸고 부피가 큰 장비에 의존한다. PET는 방사성 물질을 혈류에 주입해야 합니다. 따라서 NIRS, 특히 EEG에 의존하는 방법이 가장 일반적으로 사용된다.

 

http://learn.neurotechedu.com/introtobci/

Intro to Brain Computer Interface