마우스 없이 움직일 수 있는 뇌-기계 인터페이스 개발

국제 연구팀은 운동 기능 장애 또는 마비로 고통받는 사람들의 삶의 질을 개선할 수 있는 휴대용 뇌-기계 인터페이스(BMI) 장치를 개발했다. 이는 잠겨 있는 증후군을 가진 사람들을 도와줄 수도 있다. 잠겨 있는 증후군은 의식은 있지만 움직이거나 의사소통할 수 없는 상태를 말한다.

조지아 기술 대학의 Woon-Hong Yeo 연구팀이 주도했으며, 영국의 켄트 대학교와 한국의 연세대학교 연구진이 참여했다. 연구팀은 무선 소프트 스칼프 전자와 가상 현실을 하나의 BMI 시스템에 결합했다. 이 시스템을 통해 사용자는 의자를 조종하거나 로봇 팔을 움직이는 등의 행동을 상상함으로써 조작할 수 있다.

새로운 BMI는 지난달 Advanced Science 저널에 자세히 소개되었다.

더 편안한 장치

Yeo는 조지아 기술 대학 기계 공학부의 부교수이다.

“이 시스템의 주요 장점은 사용자에게 편안하고 무선으로 작동하며 케이블이 없다는 것이다”라고 Yeo는 말했다.

BMI 시스템은 뇌 신호를 분석하고 신경 활동을 명령으로 전환할 수 있다. 이는 사용자가 행동을 상상하여 BMI가 수행하도록 하는 것을 가능하게 한다. 뇌전도(ElectroEncephaloGraphy, EEG)는 뇌 신호를 얻는 가장 일반적인 비침습적 방법이지만, 많은 케이블이 있는 스컬캡이 필요하다.

이 장치를 사용하려면 젤과 페인트를 사용하여 피부와의 접촉을 유지해야 하며, 이러한 설정은 시간이 걸리고 사용자에게 불편하다. 또한, 이러한 장치는 물질의 열화와 동작으로 인한 노이즈로 인해 신호 수신이 좋지 않다. 이러한 노이즈는 뇌 데이터에 나타나며, 연구자들은 이를 필터링해야 한다.

기계 학습과 가상 현실

연구팀이 설계한 휴대용 EEG 시스템은 가로채기 가능한 마이크로 니들 전극과 소프트 무선 회로를 결합함으로써 신호 수신을 개선한다. 사용자가 수행하려는 행동을 결정하기 위해, 연구팀은 기계 학습 알고리즘과 가상 현실 구성 요소를 사용했다.

연구팀은 4명의 인간을 대상으로 테스트를 수행했으며, 다음 단계는 장애인에게 테스트하는 것이다.

Yeo는 조지아 기술 대학의 인간 중심 인터페이스 및 엔지니어링 센터의 디렉터이며, 나노 기술 및 생명 공학 연구소의 회원이다.

“이것은 첫 번째 시연에 불과하지만, 우리는 지금까지 본 결과에 매우 만족한다”라고 Yeo는 말했다.

2019년, 동일한 연구팀은 소프트웨어형 뇌-기계 인터페이스를 소개했으며, Musa Mahmood가 이 연구와 새로운 연구의 주요 저자였다.

“이 새로운 뇌-기계 인터페이스는 상상된 운동 행동, 즉 한 손으로 잡거나 하는 것을 통해 주제를 자유롭게 해준다”라고 Mahmood는 말했다.

2021년 연구에서는 사용자가 생각만으로 가상 현실 운동을 제어하는 것을 보여주었다.

“가상 프롬프트는 매우 유용한 것으로 chứng명되었다”라고 Yeo는 말했다. “그것은 사용자 참여와 정확도를 개선하고, 연속적인 고품질 운동 이미지를 기록할 수 있었다.”

Mahmood는 연구팀이 이제 전극 배치 최적화와 더 고급적인 자극 기반 EEG 통합에 집중할 것이라고 말했다.