영장류에서의 뇌경막외피질뇌파(epidural ECoG)기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 구현을 위한 유용성 연구

Abstract

뇌파 측정에 있어서 ECoG(뇌피질뇌파: electrocorticogram)은 EEG(두피뇌파: electroencephalogram)보다 뇌파의 근원에 가깝고, 신호의 선명도가 높은 것으로 알려져 있다. 최근 몇몇 연구들은 기존의 SECoG(뇌경막하-ECoG: subdural ECoG)보다 덜 침습적이고 감염 우려가 낮은 EECoG(뇌경막외-ECoG: epidural ECoG)을 이용하는 실험을 진행하고 있다. 하지만 EECoG의 유용성에 대해서는 아직까지 잘 알려져 있지 않다. 본 논문에서는 EECoG 전극을 삽입한 영장류의 뇌파를 분석하여 그에 대한 유용성 평가를 했다. 히말라야 원숭이에 32채널의 금전극으로 제작된 패치 2개를 좌반구의 두정엽쪽을 덮을 수 있도록 부착한다. 패치 삽입 4개월 후, 원숭이에게 스크린 가운데의 점 색깔 변화와 눈 움직임 방향에 대한 실험을 진행하고 이를 EECoG으로 측정하였다. 색깔에 따른 방향은 빨간색은 우상향 45˚, 노란색은 좌상향 45˚(135˚), 초록색은 좌하향 45˚(225˚), 보라색은 우하향 45˚(315˚)로 총 4가지 방향을 제시하였다. 원숭이가 스크린의 가운데 점을 집중해서 보다가 색깔로 방향이 제시되고, 가운데 점이 없어지면 4개의 선택점들 중 제시된 방향쪽의 선택점 하나로 눈을 움직이게 하였다. 실험의 분석은 Matlab을 이용하여 진행하였다. 필터링 주파수는 0.1~50Hz 를 사용하였고 샘플링 주파수는 512Hz로 하였다. ICA(독립성분분석: independent component analysis)를 이용하여 실험과 관계없는 노이즈를 제거한 후 ERP(사건관련전위: event-related potential)분석을 하였다. 색깔이 바뀌는 것을 인지하는데 일반적으로 300ms 정도 걸림을 감안하여 300ms 후의 패턴을 비교해 보았을 때에 EECoG으로도 확연한 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 이를 바탕으로 눈을 움직이기 전의 200ms에 대하여 사건관련스펙트럼변화(ERSP: event-related spectral perturbation) 분석을 하였고 분석한 데이터를 분류해본 결과 100%로 구분되었다. 또한 긴 실험기간동안 실험동물의 감염이나 외상이 없었다. 실험 결과 EECoG의 유용성과 안정성을 확인할 수 있었고 이를 기반으로 한 BCI 연구의 가능성을 확인할 수 있었다.