목 적 : 소아청소년 간질 환자에서 뇌파 검사를 시행 할 때 수면-각성주기가 각성 뇌파에 비해 간질파의 발현에 미치는 영향과 이에 관련된 인자들을 알아보고자 본 연구를 시행하였다. 방 법 : 2005년 7월 1일부터 2006년 7월 31일까지 부산대학교병원에서 치료 중인 소아청소년 간질 환자에서 수면 뇌파(S)와 각성 뇌파(W)를 동시에 찍은 환아 178명을 대상으로 하였다. 전체 환자들에서 수면 뇌파와 각성 뇌파에서 간질파의 발현율(S1, W1)을 구하여 서로 비교 분석하였다. 또한 전체 환자들을 성별, 경련의 유형 및 원인, 첫 경련 시 나이, 뇌파 검사 당시 항경련제 복용 유무, 뇌파 검사 시 나이, 그리고 배경파의 이상 여부와 같은 인자들에 따라 환자군을 나누었고, 각 환자군에서의 수면 뇌파와 각성 뇌파에서 간질파의 발현율을 비교분석하였다. 결 과 : 전체 환자의 수면 뇌파에서 간질파의 발현율(45.5%)이 각성 뇌파에서 간질파의 발현율(28.7%)보다 의미 있게 높았다(P<0.001). 남아 군에서 S1 (45.7%), W1 (28.3%)로 수면 뇌파에서 간질파의 발현율이 높았으며(P<0.01), 여아 군에서도 S1 (45.3%), W1 (29.1%)로 수면 뇌파에서 간질파의 발현율이 각성 뇌파에서보다 의미 있게 높았다(P<0.05). 부분성 발작군에서는 S1 (67.9%)이 W1 (35.8%)보다 의미 있게 높았지만(P<0.001), 전신성 발작군에서는 S1 (25.6%), W1 (22.2%)로 나타났으나 통계학적인 의의는 없었다. 4) 특발성 발작군에서 S1 (41.8%)이 W1 (27.0%)보다 의미 있게 높았고(P<0.01) 증후성 발작군에서도 S1 (59.5%)이 W1 (35.1%)보다 의미 있게 높았다(P<0.05). 경련시 나이가 5세 이하 환자군에서 S1 (46.7%), W1 (30.4%)로 수면 뇌파 검사에서 간질파의 발현율이 더 높게 나타났으나 통계학적인 의의는 없었으며 5세 초과의 환자군에서는 S1 (44.2%), W1 (26.7%)로 수면 뇌파에서 간질파의 발현율이 각성 뇌파에서 간질파의 발현율보다 의미 있게 높았다(P<0.01). 뇌파 검사 당시 항경련제 복용 중인 환자군에서는 S1 (54.0%)이 W1 (31.0%)보다 의미 있게 높았지만(P<0.001) 항경련제를 복용하지 않고 있는 환자군에서는 S1 (30.8%), W1 (24.6%)로 통계학적인 의의는 없었다. 뇌파 검사 시 나이가 10세 이하인 군에서 S1 (44.3%), W1 (26.8%)로 수면 뇌파 검사에서 간질파의 발현율이 더 높게 나타났으나 통계학적인 의의는 없었으며 10세 초과인 환자군에서는 S1 (46.9%), W1 (30.9%)로 수면 뇌파에서의 간질파 발현율이 각성 뇌파에서보다 높게 나타났다(P<0.05). 정상 배경파를 보인 군에서 S1 (44.1%), W1 (27.0%)로 S1이 W1보다 유의하게 높았으나(P<0.001) 비정상 배경파를 보이는 군에서는 S1 (53.8%), W1 (38.5%)로 의미 있는 차이를 보이지 않았다. 결 론 : 소아청소년 간질 환자의 뇌파 검사 상 대부분의 환자군에서 수면 뇌파의 간질파 발현율이 각성 뇌파에서보다 유의하게 높았다. 이러한 결과를 고려할 때 간질이 의심되는 소아에서 간질의 진단을 위해서 뇌파 검사를 시행할 때에 반드시 수면 뇌파를 시행하는 것이 권장된다. 전신성 발작군, 첫 경련 시 나이가 5세 이하군, 뇌파 검사 당시 항경련제 비복용군, 뇌파 검사 시 나이가 10세 이하인 군, 그리고 배경파의 비정상소견이 보이는 뇌기능 저하 소견을 보이는 환자군에서는 각성 뇌파에서도 간질파의 발현이 비교적 높게 나타났다.
뇌파가 발견된 후 임상 연구에 머물던 뇌파 관련 연구가 최근 뇌-컴퓨터 인터페이스 연구로 발전 되고 있다. 현재는 뇌파를 해석하여 로봇 팔이나 드론을 조종하는 등의 연구가 진행 중이다. 하지만 아직도 뇌파 정보의 해상도와 신뢰성은 제한적이다. 따라서 보다 더 정확히 뇌파를 측정하고 해석하는데 필요한 다양한 기술의 개발이 요구된다. 이러한 기술 개발과 함께 새로운 응용 분야의 개척 또한 중요하다. 본 논문에서는 라이프케어테인먼트에 적합한 뇌파 기반 개인 인증 시스템 개발을 제안한다. 제안한 시스템은 안전도(Electrooculogram)와 근전도(Electromyogram) 등 을 뇌파와 함께 병행 사용하여 뇌파 정보의 해상도와 신뢰성을 담보한다.
수술실에서 수술도중 환자의 뇌파를 관찰하고자 할 경우에 전기수술기를 사용하게 되면 매우 높은 주파수와 큰 전압의 전기적 잡음이 발생하게 되며, 기존의 뇌파측정기는 이 잡음에 의해서 포화되어 뇌파 측정이 불가능하다. 본 연구에서는 고신뢰도의 뇌파 측정용 CSA 시스템을 구성하기 위하여 전기수술기의 간섭이 적은 양극 뇌파증폭기를 개발하고자 하였다. 개발된 양극 뇌파 증폭기는 balanced filter를 사용하여 전기수술기의 잡음이 뇌파 증폭기의 입력으로 들어가는 것을 줄이도록 하였으며, 전치증폭기의 전원과 신호를 접지와 분리하여 전기수술기에서 나온 전류가 뇌파 증폭기를 통해 접지로 흘러 들어가는 경로를 차단하였고, 높은 주파수에서도 CMRR 특성이 좋은 차동증폭기를 사용하여 고주파 성분의 공통 성분 잡음을 제거함으로써 전기수술기의 잡음을 상당히 줄일 수 있었다. 이와 같이 개발된 양극 뇌파증폭기는 고이득, 저잡음, 높은 CMRR, 고입력 임피던스, 낮은 열잡음 등의 특성을 가지므로 순수한 뇌파의 측정에 유용하며, 전기수술기를 사용할 경우에도 지속적으로 뇌파를 측정할 수 있는 고신뢰도의 CSA 시스템의 구현에 이용할 수 있다.
최근 뇌파에 대한 연구가 아주 활발하게 진행되고 있다. 이러한 뇌파를 분석하기 위해서는 뇌파센서를 이용하여 뇌파를 수집하고 뇌파의 주파수 분석 등을 이용하여 뇌파를 분석할 수 있다. 이러한 분석을 위하여 본 논문에서는 NeuroSky 사의 mindwave mobile 뇌파 센서를 이용하여 뇌파를 수집하고 수집된 뇌파의 주파수 분석을 이용하여 delta, theta, alpha, SMR, beta 파를 분석하고 이러한 주파수별 뇌파가 집중도와 어떤 상관관계를 갖고 있는지 분석하고자 한다. 이러한 분석을 통하여 일반적으로 알려진 집중도와 beta파의 밀접한 관계뿐만 아니라 다른 주파수 성분과의 상관관계도 분석할 수 있을 것이다. 이러한 기초연구를 통하여 보다 발전된 형태의 뇌파를 연구할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 전두엽에서의 뇌파 측정시 안전도를 제거할 수 있는 새로운 전극배치법과 제거방법을 제안하였다. 제안한 방식에서는 전두엽에서의 4개의 신호전극과 1개의 접지전극 및 좌측 귓불의 기준전극을 이용하여 뇌파를 측정하였다. 그리고 제안한 전극방식을 통하여 뇌파 측정시 안전도를 제거하기 위하여 ICA를 이용하는 분리방법을 제안하였다. 뇌파 측정실험을 통하여 피험자가 다른 사람의 도움 없이 손쉽게 전극을 사용하여 자신의 뇌파를 측정할 수 있음을 알 수 있었으며 제안한 방법이 뇌파신호로부터 안전도를 제거하는데 유효함을 확인하였다.
뇌파검사는 뇌전증을 가장 정확하고 빠르게 진단한다. 또한 뇌의 기능과 발작을 장소의 구애를 받지 않으면서 실시간으로 평가할 수 있는 중요한 검사이다. 뇌전증 분야에서는 뇌파검사지식과 임상경험이 많은 임상병리사가 PA를 하는 것이 적합하다. 전극 부착 방법은 국제 표준 10-20법을 기반으로 한다. 뇌파 판독은 주로 LB몽타주로 판독한다. 하지만 한 가지 몽타주만 이용하여 판독하는 것은 오류를 범할 수 있기 때문에, 상황에 맞게 2개 이상의 몽타주를 병용해서 판독한다. 뇌파에서 전위는 등고선의 형태로 보인다. 뇌파 진단에서 가장 중요한 원리는 과잉 판독이 아닌 과소 판독이다. 뇌파를 반복해서 기록할수록 더욱 민감하게 판독할 수 있다. 좋은 뇌파 판독을 위해서는 양질의 좋은 뇌파가 기록되어야 한다. 그러기 위해선 신경과 의사와 뇌파 기사의 관계가 매우 중요하다. 앞으로는 많은 판독 경험과 임상적 실무지식을 갖춘 임상병리사의 활동영역이 좀 더 확대되길 기대한다.
많은 과학자들은 인간의 사고를 functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), Time Resolved Spectroscopy(TRS), Electroencephalography(EEG)등을 이용해서 두뇌 활동 영역을 연구하고 있다. 주로 의학 분야와 심리학의 영역에서 두뇌의 활동을 연구하여 간질이나 발작을 알아내고 거짓말 탐지 분야에서도 사용된다. 본 논문에서는 사람의 두뇌활동을 측정하여 인간의 감정을 인식하는 연구에 중점을 두었다. 특히 fMRI와 TRS 그리고 EEG를 이용해서 사람의 두뇌활동을 측정하는 연구를 하였다. 많은 연구자들이 한 가지 측정 장치만을 사용하여서 측정하거나 fMRI와 EEG를 동시에 측정하는 연구를 진행하고 있다. 현재에는 단순히 두뇌의 활동을 측정하거나 측정시 발생하는 잡음들을 제거하는 연구들에 중점을 두고 진행되고 있다. 본 연구에서는 fMRI와 TRS를 동시에 측정하여 얻은 두뇌 활동 데이터를 가지고 감정에 따른 활동영역의 EEG신호를 측정하였다. EEG 신호분석에 있어서 기존의 뇌파만을 가지고 특정을 찾아내는 것을 넘어서 각각의 채널에서 기록되는 뇌파의 파형을 주파수에 따라서 분류하고 정확한 측정을 위해 낮은 주파수를 제거하고 연구자가 필요한 부분의 뇌파를 분석하였다.
뇌 기능의 연구수단으로써 널리 사용되고 있는 뇌파(Electroencephalogram, EEG)는 측정시에 노이즈(noise)나 잡파(artifact)가 섞여서 측정되기 쉽다. 본 연구에서는 뇌파에 포함된 잡파들을 분리하기 위해서 독립성분분석(ICA)을 뇌파신호에 적용하였다. 먼저 정상인의 안구운동(Eye Movement)과 관련된 잡파가 나타나는 뇌파 신호에 대해서 독립성분분석을 적용하여 소스로 추정되는 각각의 독립성분들을 분리해 내었다 분리된 신호에 대하여 잡파로 보이는 신호를 제거하고 재구성된 뇌파 신호와 잡파가 제거되기 전인 원래의 신호에 대하여 각각 상관차원(correlation dimension) 및 리아프노프 지수(Iyapunov exponent)등과 같은 비선형 분석법을 적용하여 두 신호의 유의한 차이점을 밝히고, 분리된 독립 신호들의 해부학적 발생위치 및 분포를 추정하였다. 시각적으로 복잡한 뇌파신호에 대하여 독립성분분석을 통하여 뇌 활동의 시각적, 공간적 분석이 가능함을 나타내었을 뿐만 아니라 비선형 분석을 통한 뇌파 신호의 정량적 분석을 통하여 시각적으로 복잡한 뇌파의 유의미한 변화를 관찰할 수 있었다.
한국감성과학회 2000년도 춘계 학술대회 및 국제 감성공학 심포지움 논문집 Proceeding of the 2000 Spring Conference of KOSES and International Sensibility Ergonomics Symposium
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pp.53-57
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2000
본 연구는 일반 컴퓨터 게임과 뇌파를 이용한 바이오피드백 게임의 수행에 따른 뇌파의 변화를 비교하고자 하였다. 두 가지 게임을 수행하는 동안 수행 전반기와 후반기로 나누어 뇌파를 측정한 결과, 전반적으로 뇌파 게임은 수행 전반기에 비해 후반기에 slow alpha파가 증가하였고, 이와는 반대로 컴퓨터 게임은 전반기에 비해 후반기로 갈수록 fast beta파가 증가하였다. 특히 이러한 변화는 F3, F2, 그리고 T4 부위에서 두드러지게 관찰되었다. 후속 연구는 다양한 컴퓨터 게임들을 비교할 필요가 있다.
뇌파 기반 사용자 인증기술은 최근에 스마트폰, 금융 등 다양한 분야에서 사용되고 있는 지문인식 등의 기존 생체인식 인증기술과 비교해볼 때 가변성, 유출 저항성 등의 장점이 있다. 이러한 장점에도 불구하고 사용자로부터 인증에 필요한 뇌파를 수집하기 위해 필요한 장비의 경제성과 뇌파 수집 행위의 편의성 문제 때문에 뇌파 기반 사용자 인증기술이 실제 환경에서 사용되지는 못했다. 최근 하드웨어 기술의 발전으로 휴대성과 통신 기능을 갖춘 간소화 된 형태의 뇌파 수집 기기들의 개발로 인해 뇌파를 활용한 인증기술에 대한 관련 연구가 활발히 진행되어왔다. 그러나 본 논문에서 가장 간소화된 형태인 단일 채널 뇌파 측정기기를 통해 수집된 뇌파 샘플들을 대상으로 수행된 실험에 따르면 뇌파 수집 채널 수 감소에 따라 인증정확도의 감소 현상이 있는 것으로 파악되었다. 따라서 본 논문에서는 뇌파 기반 사용자 인증기술의 실용화를 위해 해결해야 할 기술적 문제점에 대해 분석하고 이를 위해서 점진적 뇌파 샘플 제거 방법을 통해 각 사용자의 인증에 유효한 뇌파 샘플 집합을 구성하는 방법을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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