고차원적 의도를 반영하는 전두엽 뇌파의 BMI 적용 연구

뇌파 기반의 Mind-reading 패러다임의 도약 가능성 제시

MIT, UC Berkeley 공동연구, 국제 저명 학술지 NeuroImage』에 게재

 

 

저희 연구실은 뇌파 기반 -기계 인터페이스 (brain-machine interface: BMI/BCI) 분야에서  동안에 기술적 이유로 접근이 어려웠던 전전두엽 (prefrontal cortex: PFC) 뇌파 신호가 BMI 제어 신호의 중추적 역할을 할 수 있다 것을 신경생리학적으로 보여주는 연구 결과를 발표하였습니다이는 기존 BMI 분야에서 다루기 어려웠던 전전두엽 지역의 뇌파 신호에 BMI 제어 신호로서의 가치를 새롭게 부여하여, BMI 연구의 지평을 확장했다는 점에서 획기적인 연구라   있습니다특히전전두엽 지역은  안에서도 인간의 다양한 고차원적인 의도를 반영하는 영역이어서지금까지 제한된 가짓수의 제어 신호만을 활용했던 BMI 분야의 패러다임을 도약적으로 발전시킬  있는 중요한 의미가 있다고   있습니다다가오는 미래에는 전전두엽의 고차원적인 뇌파 신호를 사용하여다양한 인간의 의도를 뇌파만으로 구분하여직관적 생각만으로도 뇌파를 통해 주변 사물의 구동 제어를 다양하게 적용할  있는 가능성을 제시한 연구라고   있습니다.

 

 연구에서 민병경 교수는 전전두엽쪽으로 개별적으로 흐르는 뇌의 위(dorsal) 아랫쪽(ventral) 서로 다른 정보 처리의 길로 뇌의 신호가 의도적으로 흐르도록 유도하기 위하여회전 상상 과제와 색깔 인식 과제의 구분으로 실험 디자인을 하여예측한대로 정확하게 신경생리학적인 정보 처리의 흐름에 따른 뇌신호의 전개 방향을 다르게 하여전전두엽에서   신호를 뇌파만으로 구분하는데 성공하여, 87%의 정확도로 두 과제를 구분했습니다이는, BMI 기술을 획기적으로 도약시킬  있는 공학적 측면에서의 돌파구로서 가능성을 제시할  아니라그간 신경생리학적으로만 밝혀졌던 뇌에서  갈래의 시각 정보 처리의 흐름을두피에서 비침습적으로 측정한 뇌파 신호에서 구분하여 검출했다는 측면에서 신경과학적으로도 의미 있는 결과라고   있습니다 연구는 본교 뇌공학연구소 김현석 박사안민희 박사인공지능학과 석흥일 교수팀미국 MIT 맥거번 뇌연구소그리고 UC Berkeley 심리학과와 공동 연구로 진행되었고뇌영상분야 인용지수 1위인 SCI 국제 학술지 NeuroImage 게재되었습니다.

 

(그림 1) 배측 정보 처리 흐름(공간 정보 처리: 회전 과제) 내측 정보 처리 흐름(대상 정보 처리: 색깔 과제) 대뇌에서의 경로 분리 현상을 이용해 전전두엽(PFC) DLPFC VLPFC 지역 각각에 도달하는 뇌파 신호가 구분되도록 유도한 실험 디자인.

 

 

(그림 2) 전전두엽의 DLPFC 신호(붉은색) 주로 양의 영역에 있어서 심적 회전 (mental-rotation) 과제를  반영하고, VLPFC 신호(파란색) 주로 음의 영역에 있어서 색깔 인지 (color-perception) 과제를  반영한다는 가설을 측정된 뇌파 신호로 정확하게 보여주어전전두엽 뇌파의 BMI/BCI 제어 신호로서의 가능성을 입증하는 뇌신경과학적 실험 결과.

 

(그림 3) 심적 회전 과제와 색깔 인지 과제 동안에 발생한 뇌파 신호의 차이를 가장  보이는 뇌의 영역이 붉은 지역으로 표시됨결과적으로가설에서 예상한대로 과제의 구분을 보여주는 뇌파의 중추 영역이 전전두엽(PFC)임을 입증함.


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