아직 Introduction 단계를 보고 있어서인지 Brain Computer Interface(BCI)가 재미있네요. 조금 더 살펴보기로 결정! ^^

Control Task

Control Task는 BCI를 위해서 사용자가 뭔가 생각을 한다거나 또는 사용자의 뇌가 반응을 한다던가 등등의 일련의 일들을 말합니다. 이것은 다시 두가지 category로 나누어 생각해볼 수 있다고 하네요.

  1. Exogenous(Evoked) paradigm : 이것은 사용자가 어떤 자극이 주어졌을 때의 반응을 살펴보는 것입니다. 가장 알기 쉬운 예가 뇌파를 이용한 Life-logging system 이겠네요. 즉, 일상생활중에 갑자기 뭔가 기록할 만한 사건을 경험하면 뇌파가 이에 대한 반응을 보이고, 이 때마다 주변의 상황을 카메라로 녹화한다던가 하는 것이지요..
  2. Endogenous(Self-generated) paradigm : 사용자가 일부러 생각을 해서 뇌파를 만드는 방법입니다. 모 쉽게 이야기하면 맘속으로 주문을 외우는 거죠 ^^. 아브라카다브라! Exogenous 방식이 passive한 방식이라면 Endogenous방식은 active한 방식이라고 볼 수 있겠습니다.

     

Exogenous Control Task

Exogenous Control Task는 외부자극에 뇌가 반응하는 것을 이용합니다. 대표적인 예로 P300 signal 이 있지요. 참고로 Exogenous control task는 evoked potential[3]이라는 용어로 많이 사용중입니다.

  1. P300 Response : P300신호는 시각 또는 청각(visual or auditory)적 외부자극을 받아들이면 300ms이후에 정수리부근(parietal region)에서 발생하는 신호입니다. Farwell-Donchin BCI [2] 가 1988년에 최초(?)로 도입한 것이라고 하는데, 논문을 안읽어봐서 모르겠습니다만 square matrix에 알파벳을 적어놓고 row/column방향으로 깜빡깜빡 highlight시켜주면서 사용자가 원하는 문자가 있는 row or column이 깜빡거리면 사용자가 움찔 놀라면서 P300이 발생한다는 것 같습니다. 최종적으로 이걸 여러 번 반복해보면 사용자가 무슨 알파벳을 생각하고 있는지 알 수 있다는… 뭐 그런 것 같습니다.
  2. Visual Evoked Potential (VEP) : 이것은 사용자의 visual field의 sensory 자극을 EEG를 사용하여 measure합니다. 주로 사용되는 자극은 flashlight나 까만checkerboard위에 하얀 칸의 깜빡거림 등을 이용한다고 합니다. 일단 시각적 자극이 주어지면 visual cortex에서 C1, P1 신호가 나오게 되는데 이것을 이용하여 이 사람이 시각적 자극을 받았구나~ 하는 것을 알 수 있습니다. 주로 아기나 동물의 시각 측정(나 보여요~ 라고 말을 못하니 이런 간접적인 방법을 사용하겠죠?)에 이용합니다. (근데 이것은 parietal region이 아닌 visual cortex에서 측정을 하네요.. parietal에서도 측정이 되려나요? 처음 공부하다보니 잘 모르겠습니다. 아래 AEP는 또 다시 auditory cortex가 아닌 parietal region의 신호를 이용하는 듯 하는데요.. 흠…)
  3. Auditory Evoked Potential (AEP) : Visual이 있으면 당연히 Auditory 자극에 대한 반응이 있을 수 있고, 이것은 parietal region에서 또다시 EEG로 측정이 가능합니다 [4]. Reference[4]를 쫓아가보니 내용이 꽤 되어서 이건 나중에 다시 다뤄야 겠네요.

     

  4. Steady-state Evoked Potential(SSEP) : (1-3)의 즉각적인 자극에 대한 반응외에, 같은 자극을 계속 주었을 때의 반응을 보는 것입니다. 예를 들어 Steady-State Visual Evoked Potential(SSVEP)를 살펴봅시다. 10Hz주기로 깜빡이는 checker box와 15Hz 주기로 깜빡이는 checker box를 display하면, 사용자가 10Hz를 볼 때 나오는 신호와 15Hz를 볼 때 나오는 신호가 다르게 되는데 이것을 이용하여 Yes/No의 binary selection에 응용할 수 있게 됩니다.

     

Endogenous Control Task

이것은 사용자가 active하게 생각함으로써 얻어지는 task입니다.

  1. Slow Cortical Potential(SCP) : 뭔말인지 잘 모르겠습니다 ㅋㅋ 나중에 다시 살펴보고 수정을 해야겠네요 ^^;
  2. Mu-rhythm Response : 사용자가 맘속으로 왼쪽손을 움직인다고 생각하면 나오는 파형(혹은 진짜로 움직일 때의 파형)과 오른쪽손을 움직인다고 생각하는 파형이 다르고, 이를 이용해서 다양한 기기를 control하는 것입니다. 위와 같이 motor cortex를 이용할 수도 있고, 뭐 다른 것들을 이용할 수도 있겠죠?

 

 

References

[1] D. Tan and A. Nijholt, Brain Computer Interfaces : Applying our minds to human-computer interaction, Springer.

[2] Farwell LA, Donchin E, "Talking off the top of your head – toward a mental prosthesis utilizing event-related brain potentials," Electroencephalogr Clin Neurophysill Vol. 70, No. 6, pp. 510-523, 1988.

[3] Evoked Potential from Wikipedia - http://en.wikipedia.org/wiki/Evoked_potential

[4] WHAT ARE AUDITORY EVOKED POTENTIALS? - http://www.courses.audiospeech.ubc.ca/haplab/aep.htm

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