뇌-종교 인터페이스: 갓 헬멧과 종교경험을 중심으로

박상준 한신대학교 종교와문화연구소 2019 종교문화연구 Vol.- No.33

This article is focused on a Brain-Computer Interface that connects the brain with the computer. The technology of Brain-Computer Interface is able to operate a computer and a machine as a user’s thinking. It is a promising field in the era of the fourth industrial revolution. In this article, I suggest to a Brain-Religion Interface that combines the Brain-Computer Interface with the religious studies. For example, the disabilities are able to get a job with peripheral devices with the Brain-Computer Interface. This technology is also used for drug addiction treatment. If we apply this technology to the study of religious experience, we can open the domain in this field that we have never been to before. As an example of the Brain-Religion Interface, I analyzed the study of the God Helmet. Michael A. Persinger, who made this helmet and used it in his experiments, stimulated the temporal lobe of the subject's brain with a weak magnetic field and then examined the subject's experience. He reported that some subjects experienced a presence sense that could be considered as a religious experience. In this paper, I analyzed the God Helmet study as an example of the Brain-Religion Interface. I also examined the hypotheses in the study of God helmet such as the experimental group and control group, a published research paper. This article was also dealt with the refuted research papers towards the God Helmet study. The analysis of God Helmet, therefore, is used to estimate what the Brain-Religion Interface could make when the Brain-Religion Interface combined with artificial intelligence. Hence, the Brain-Religion interface deals with the desire to be connected with others. We have an instinct to connect with other people, artifacts, nature, animals, and supernatural beings. If the Brain-Computer Interface connects the brain with computers and machines, the Brain-Religion Interface have a contact with everything. 본 논문은 뇌와 컴퓨터를 연결하는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’에 주목한다. 뇌-컴퓨터 인터페이스는 사용자의 생각만으로 컴퓨터를 작동하고 기계를 움직일 수 있어, 4차 산업혁명 시대의 유망 분야로 주목받고 있다. 본 논문에서는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’를 종교학 연구와 결합한 ‘뇌-종교 인터페이스’를 제안한다. 뇌-종교 인터페이스의 사례로 본 논문에서는 갓 헬멧(God Helmet) 연구를 분석한다. 이 헬멧을 제작하고 실험에 활용한 마이클 퍼싱어는 갓 헬멧으로 피험자 뇌의 측두엽에 약한 자기장으로 자극을 준 다음 피험자의 경험을 조사했다. 이 연구에서 일부 피험자는 종교경험이라고 간주할 수 있는 존재감 또는 깊은 몰입을 경험했다고 보고했다. 본 논문에서는 갓 헬멧 연구에서 제기될 수 있는 가설, 실험군과 대조군 설정, 실제로 발표된 연구 논문, 갓 헬멧 실험을 향한 반박 연구를 검토하면서 ‘뇌-종교 인터페이스’의 사례로 갓 헬멧을 분석한다.

뇌-기계 인터페이스 기술 동향

이충희 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.1

The brain-machine interface (BMI) is a new frontier technology developed recently and can be applied to manipulate a machine, robot, computer, etc. by detecting brain waves or activated brain images that arise from the blood oxygen level dependence (BOLD) effect, and are created by a thought. The state of the art in BMI research is reviewed, the R\&D results and the patents for BMIs obtained in major countries, including the United States, the European Union, Japan, and Korea, are presented, and the technological levels of BMIs are evaluated, providing future outlooks for progress in BMIs. In this paper, a BMI using an electroencephalograph (EEG), a BMI using the functional magnetic resonance imaging (fMRI) BOLD effect and a BMI using a brain chip implanted in the brain are reviewed. 인간의 생각에 의한 뇌의 변화(뇌파 또는 뇌신경의 활성화)를 감지하여 기계, 로봇, 컴퓨터 등을 제어하는 뇌-기계 인터페이스(Brain-Machine Interface, BMI) 기술의 국내외 연구개발 동향, 학술정보 및 기술특허 현황 등을 분석하여 미국, 유럽, 일본, 한국 등 주요국의 BMI 기술수준을 평가하고, BMI 기술의 당면과제와 발전방향을 제시하였다. 뇌파계를 이용한 BMI, fMRI BOLD 신호를 이용한 BMI, 뇌에 직접 전극을 설치하는 방법에 의한 BMI 등을 기술하였으며, 앞으로 5~10년 후 BMI 기술의 전망과 실현가능성을 진단하였다.

디지털과 바이오 융합기술에서 새로운 인권의 형성

엄주희 한국헌법학회 2022 憲法學硏究 Vol.28 No.4

정보통신기술은 기계와 기계 사이의 커뮤니케이션으로 사람들 간의 정보 소통을 원활하게 하는 것을 넘어서 기계와 사람 간 커뮤니케이션, 즉 인체 속에 삽입된 커뮤니케이션 기기를 통한 인간과 기계의 융합이 가능하게 한다. 본고는 정보통신기술이 인간의 신체와 기계와의 융합을 가능케 하면서 촉발되는 인간 향상이라는 개념과 거기에서 출발하는 인권적 함의를 탐색한다. 인간 향상의 개념은 성형수술, 성장호르몬, 유전자 편집 등의 생화학적 기술, 생물학적 기술로서 인간이 타고난 수행력과 능력을 증강하고 개선하는 것으로부터 윤리적인 논의가 시작되었지만, 뇌 임플란트, 뇌 심부자극술(DBS), 경두개 뇌 자극술(TMS, tDCS), 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 등의 신경과학기술의 발전은 신경 향상이라고 칭해지는 뇌의 개입․인지적 향상이 가능해짐에 따라서 윤리적, 사회적, 법적 차원의 광범위한 논의를 불러일으켰다. 국가 차원에서 인간 향상에 대해서 어떻게 바라보고 접근하는지 살펴보기 위하여, 영국, 미국, 프랑스, 싱가포르에서 생명 과학 및 윤리・규범 부문에서 국가의 정책을 자문을 하는 국가 위원회가 바라보는 인간 향상에 관한 공식 의견들을 검토한다. 인간 향상이라는 개념이 법적 개념으로 정립된 것이 아니기 때문에 이에 대해서 입법적으로 규율을 한다면, 우선적으로 기본적 인권에 어떠한 영향을 미치고 있는지 여부와, 기본권과의 관련서에 대해 살펴보아야 한다. 따라서 각국의 국가 위원회에서 다룬 인간 향상과, 그 중에 신경향상에 대한 개념과 윤리적 논쟁 범위에 대한 검토를 통하여 인간 향상에 대한 법적 규율의 방향과 시사점을 전망하고, 정보통신기술에 힘입어 향상된 인간의 인권에 대해 고찰한다. 그리고 인간 향상 기술이 적용된 실례이자, 구체적으로 제기되는 이슈로서, 뇌 신경 신호 정보를 읽어 들임으로써 외부 기기를 제어하고 외부와 통신할 수 있게 하는 기술인 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI: Brain-Conputer Interface)와 관련된 인권적 함의에 대해서 살펴본다. 뇌-컴퓨터 인터페이스는 인간 행위의 자율성과 책임의 문제, 불법적 침해로부터의 보호의 문제, 진술거부권과 자기부죄거부특권의 문제, 프라이버시권에서의 인권적 쟁점을 가지고 있다. 신경 향상, 인간 향상 기술은 인지적 자유에 대한 권리, 정신적 프라이버시의 권리, 정신적 완전성의 권리, 심리적 연속성의 권리라는 기존의 인권의 영역에서 보호하지 못했던 새로운 인권으로 보호되어야 할 필요성을 제기하고 있다. 칠레에서는 뇌의 활동과 뇌 데이터를 보호하는 내용이 2021년 헌법상 기본권으로 명시됨으로써 신경 향상으로 새로워질 인류가 지배할 미래를 대비하여 마음의 영역을 보호하는 법제를 구축하는 실례를 보여주고 있다. ICT(information and communication technology) goes beyond facilitating information communication between people through machines communication, enabling communication between machines and humans, that is, convergence between humans and machines through communication devices inserted into the human body. This paper explores the concept of human enhancement triggered by information and communication technology enabling the convergence of the human body and machines, from which the implication of human rights derives. The ethical discussions over the concept of human enhancement derives from biochemical technology and biological technology such as plastic surgery, growth hormone, and gene editing. Ethical discussions have begun from augmenting and improving the innate performance and ability of humans, but Advances in neuroscience and neurotechnology, such as brain implants, deep brain stimulation (DBS), transcranial brain stimulation(TMS, tDCS) and brain-computer interface (BCI), have enabled brain intervention and cognitive enhancement, called neuro-enhancement, to lead to a wide range of ethical, social, and legal issues. To examine the views and approaches to human enhancement at the national level, the official opinion on human enhancement is reviewed where national committees have advised national policy in the life sciences, ethics and law in the UK, USA, France and Singapore. Since the concept of “human enhancement” is not established as a legal concept, if it is to be legally regulated, it is first necessary to explore how it affects human rights and whether it is related to constitutional rights. By examining the concept of human enhancement, which has been dealt with by national committees of each country, and the scope of ethical debate among them, the direction and implications of regulation for human enhancement are prospected, and human rights improved owing to information and communication technology is reviewed. It is reviewed about the human rights implications of Brain-Computer Interface(BCI) which is an example of human enhancement technology and a technology that enables external devices to be controlled and communicated with the outside by reading nerve signal data from brain. The brain-computer interface has issues of autonomy and responsibility of human actions, issues of protection from illegal infringement, issues of the right to refuse to make statements and privileges to deny self-incrimination, and human rights issues in the right to privacy. Neuro-enhancement or human enhancement technologies raise the need to be protected as new human rights that have not been protected in the existing human rights areas, such as the right to cognitive freedom, the right to mental privacy, the right to mental integrity, and the right to psychological continuity. In Chile, the content of protecting brain activity and brain data is specified as a fundamental right in the 2021 constitutional amendment, showing an example of building a legal system to protect the realm of the mind in preparation for a future dominated by mankind, which will be renewed by neuro enhancement.

뇌파기반의 커뮤니케이션에 대한 기호학적 고찰 - 대인커뮤니케이션을 중심으로

조창연 ( Jo Chang-yeon ) 한국기호학회 2021 기호학연구 Vol.69 No.-

본 연구의 목적은 최근 신경과학 뇌과학과 인지과학의 발달에 힘입어 나타나고 있는 새로운 학문적인 지형도의 변화가 기호학의 영역에 미치는 가능한 영향을 탐색하는데 있다. 이 탐색 작업은 특히 기존의 전통기호, 특히 언어기호를 대체하는 뇌파의 기호 가능성과 소통에 초점을 두었다. 이를 위해 기호로서 뇌파의 가능성에 대한 탐색, 기호로서 뇌파, 즉 뇌파기호의 의미생성, 그리고 이를 기반으로 하는 뇌파커뮤니케이션(의미전달)의 프로세스에 대한 분석 등을 중점적으로 다루었다. 뇌파커뮤니케이션을 이해하기 위하여 뇌와 컴퓨터 인터페이스(BCI), 컴퓨터와 뇌의 인터페이스(CBI), 그리고 이들 인터페이스를 결합한 뇌와 뇌의 인터페이스(BBI)를 설명하고 이들 인터페이스의 융합을 통한 소통 가능성을 대인커뮤니케이션을 중심으로 살펴보았다. 본 연구를 통해서 밝혀진 의미 있는 연구 결과들은 다음과 같다. 첫째, 기호(표현체)로서 뇌파, 즉 뇌파기호는 대상체인 생각을 해석체인 뇌가 해석하는 삼원적 관계에서 만들어진다. 뇌파는 그 발생적 특성상 뇌의 구조·기능과 밀접하게 연계되어 쌍방적으로 작용한다. 그 결과 표현체인 뇌파와 해석체인 뇌는 의미론적으로 동등한 특징을 갖는다. 둘째, 뇌파기호는 정신적 존재와 그에 따른 정신현상학적 현상이기에 퍼스의 기호 현상학적 관점에서 접근이 가능하고 이를 기반으로 뇌파기호의 10가지 유형의 파악이 가능하다. 셋째, 뇌파기호의 의미생성은 뉴런(뇌신경)의 차원에서 수행되기 때문에 연역과 귀납의 논리 과정이 신경망의 프로세스 속에 내재화되어 이를 기반으로 기호의 의미는 가추적 직관을 통하여 직관적으로 감지된다. 넷째, 생각이 뇌파로 전달되기 때문에 이러한 특성의 뇌파기호를 토대로 하는 뇌와 뇌의 인터페이스 기반의 대인커뮤니케이션 구축이 가능하다. 이 연구의 의의는 뇌파의 기호 가능성을 탐구하고 이를 기반으로 하는 인간커뮤니케이션 프로세스를 구성함으로써 기존의 기호학적 커뮤니케이션 시스템이 갖는 매개의 문제를 생산적으로 해결하는 지평을 제시한 점을 들 수 있다. 나아가서 기존의 전통적인 언어나 영상과 같은 기호를 넘어서 뇌파나 혹은 텔레파시와 같은 것들이 일상적인 소통에 등장하는 포스트휴먼의 시대를 대비하는 기호학적 연구 방향을 시사한 점은 또 다른 의의로 볼 수 있다. This study investigates the possible impact on the field of semiotics brought about by the change in the contours of various neuroscientific spheres, particularly brain science and cognitve science. It focuses on the possibility of brainwaves functioning as signs that substitute for existing conventional signs, particularly linguistic. In addition to this possibility, the study examines the signification of such signs, and their communicative meaning transfer process. Brainwave-based communication can be explained through the concepts of brain computer interface (BCI), computer brain interface (CBI), and brain brain interface (BBI), which is constituted by combining BCI with CBI. Finally, the study looks at the interpersonal communication potential of BBI-based communication. Some of the significant results of the study are as follows. Firstly, a brainwave sign is generated in the triadic relation of the Object of thought, the brain as Interpretant, and the brainwave sign as Representamen. These generative elements are interdependent, as the brainwave as Representamen and the brain as Interpretant are equally semantically significant. Secondly, a brainwave sign is a mental phenomenon, so it can be approached through the prism of pheneroscopy, which can identify 10 classes of sign. Thirdly, because the signification of a brainwave sign is executed on the level of the neuron, and given the logical process of induction and deduction inherent in neural networks, the meaning of a brainwave sign based on these neural traits can be intuitively detected in the abductive process. Fourth, thinking is the process of transmitting thoughts in the form of brainwaves, and a brainwave sign that is produced on the basis of such brainwave transfer enables us to construct the Brain-Brain Interface on which the development of interpersonal communication is possible. The study’s results suggest the importance of identifying brainwave signs, of developing the process of interpersonal communication on the basis of such signs, and of elaborating a perspective through which the mediation problem of existing semiotic communication systems can be resolved in a productive way. It is also important to formulate a form of semiotic training to prepare us for the posthuman era, in which brainwaves or technical telepathy, beyond the language or images on which traditional forms of communication are based, would be used for ordinary communication.

뇌-컴퓨터 인터페이스 예술에서 고찰한 혼합현실 콘텐츠의 발전 방안

김희영 한국만화애니메이션학회 2019 만화애니메이션연구 Vol.- No.56

This study aims to supplement the limitations of the brain–computer interface (BCI), refer to non-invasive BCI art, and find ways to utilize it in mixed reality. BCI music and art can be used to reduce psychological resistance, and mixed-reality technology can be used to mitigate the omission and noise of bio-signal information in a non-invasive manner. Consequently, BCI technology could be adopted in three fields of mixed reality: 1) The first is the medical or healthcare field. Mixed reality is utilized in neuro-feedback to facilitate rapid response with fast visualization of information. The physical disabilities of disabled people are overcome by integrating augmented human technology and BCI technology, and existing physical capabilities are enhanced; 2) Second, in the field of education and training, the BCI can be used for intuitive information transmission through electroencephalogram, simulation using visualization of mixed reality, and real-time interactive training; 3) Third, in leisure activities and creative activities including games, it is possible to use mixed-reality contents with various wearable BCI devices and to utilize the five senses and bio-matrix of BCI . The BCI is expected to evolve with mixed-reality technologies that provide a natural affinity for interacting with people or machines depending on the person's body or emotional state. 본 연구는 비침습형 뇌-컴퓨터 인터페이스 예술을 참조하여 뇌-컴퓨터 인터페이스 분야의 한계를 보완하고 혼합현실에서 활용될 방안을 모색하고자 한다. 즉 뇌-컴퓨터 인터페이스 음악과 미술은 심리적 거부감을 줄이는데 활용될 수 있으며, 혼합현실 기술은 비침습형 방식에서 생체신호 정보의 누락과 잡음을 개선하는데 적극 이용될 수 있다. 그 결과 뇌-인터페이스 기술은 크게 세 가지 분야의 혼합현실에서 널리 채택될 수 있을 것이다. 첫째는 의료나 헬스 케어 분야로써, 뉴로 피드백에 혼합현실을 활용하여 빠른 시각화 정보로 신속한 대응에 도움을 주고, 증강휴먼 기술과 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 융합하여 장애인의 신체적 제약을 극복하며, 비장애인 기존의 신체 능력을 향상시킬 수 있을 것이다. 둘째, 교육과 훈련 관련 분야에서 뇌-컴퓨터 인터페이스는 뇌파를 통한 직관적 정보 전달, 혼합현실의 시각화를 활용한 시뮬레이션, 그리고 실시간으로 상호 작용이 가능한 교육 훈련에 활용될 수 있을 것이다. 셋째, 게임을 비롯한 여가활동과 창조활동 부문에서는, 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술에 다양한 기기착용 방식을 사용하는 혼합현실 콘텐츠를 활용하고, 뇌-컴퓨터 인터페이스기술의 오감과 바이오 매트릭스를 활용할 수 있을 것이다. 뇌-컴퓨터 인터페이스는 사람의 신체나 정서 상태에 따라 사람들 또는 기계들과 서로 교감하도록 상호 작용을 통한 자연스러운 친근감을 주는 혼합현실 기술과 함께 발전할 것으로 예상된다.

Edge AI-based Brain-Computer Interface for Real-time Applications

Henar Mike Canilang,Chigozie Uzochukwu Udeogu,James Rigor Camacho,Erick Valverde,Angela Caliwag,Wansu Lim 대한인간공학회 2021 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

Objective: This study aims to integrate brain computer interface (BCI) to edge AI devices for real-time EEG signal processing applications. For the specific implementation in this paper, we applied edge AI device-based EEG signal processing for emotion recognition. Background: The emergence of Electroencephalogram (EEG) based applications for intelligent applications is projected to have rapid advancements in the future. The BCI system enables efficient brain signal acquisition. Current intelligent convergence of EEG based applications includes brain signal processing integrated to deep learning models. It is expected that this convergence in intelligent EEG based applications will push through to on-device local processing such as edge AI devices for portability in state-of-the-art applications. The portability and practical usage of these systems in real-world applications could lead to the development and deployment of many other advanced embedded systems for EEG-based applications. Systems that can run locally on the edge without needing to be connected to a mobile network. Edge AI devices are the leading-edge computing platforms that process data locally to overcome the current constraints of IoT application. This paves way to the integration of edge-based processing as the computing paradigm to process and acquire EEG signals. Owing to the current research advancement for both EEG and edge applications, this paper aims to propose one of the many systematic applications of deploying edge-based EEG using a brain computer interface. Method: The input for this edge-based EEG signal processing is through the BCI interfaced to the edge AI device. The edge AI device deployed with a deep learning model for specific applications locally processes the acquired signal. These acquired signals are valuable for training deep learning models to realize practical applications at the edge. The processed EEG signals enable the system response of the system such as rapid emotion recognition. Results: Varying EEG signals were acquired in each of the BCI channels. These brain signals are segmented to different brain signal clusters such as Gamma waves (30㎐ to 100㎐), Beta waves (12㎐ – 30㎐), Alpha waves (7.5㎐ – 12㎐), Theta waves (4㎐-7.5㎐) and Delta waves (0.1㎐-4㎐) which have specific brain wave description. As for EEG emotion recognition applications, these wave signals are essential for efficient and accurate emotion recognition. The alpha, beta, and gamma waves are identified to be the most discriminative frequency ranges to identify emotion. Each of the EEG signal is classified for emotion recognition and identification such as 1) valence, 2) dominance, 3) arousal and 4) liking. High and low responses from these wave signals have corresponding positive, neutral, and negative emotions based on their neural patterns at parietal and occipital sites. Other applications can use the acquired EEG signals thus maximizing the possible application of edge-based EEG signal processing. Conclusion: The local processing of the EEG signal at the edge enables the edge-based EEG system application thus enabling system response and actuation. Edge EEG also enables local and cloud co-processing whereas this maximizes the benefits of the edge computing paradigm. With this co-processing capability, it enables an adaptive and portable real-time EEG signal processing which is a constraint to conventional EEG based emotion recognition system. Application: EEG is a physiological based emotion recognition which proves to be more accurate than conventional non-physiological emotion recognition. Also, with an edge-based EEG application, it enables portability and flexibility in terms of its deployment. This application aims to be a state-of-the-art innovation to existing physiological and non-physiological emotion recognition. Furthermore, this research paper implementation aims to emphasize the vast possible applications of edge-based EEG signal processing to bridge

뇌-컴퓨터 인터페이스를 이용한 게임 : 데모를 통한 유용성 평가

안민규,전성찬,조호현,안상태 한국정보과학회 2012 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.18 No.9

뇌-컴퓨터 인터페이스는 인간 행위/사고/감성 등에 대한 원초적인 정보를 통해 기기를 조작하거나 보다 능동적으로 인간-기계 상호작용을 도울 수 있기에 많은 관심을 받고 있다. 뇌-컴퓨터 인터페이스를 통한 어플리케이션에는 크게 사용자의 의도를 그대로 반영하는 제어관점과 상태/감성 등을 파악하여 적용하는 모니터링 방식이 있는데, 본 논문에서는 집중력으로 자동차의 속도를 조절하는 레이싱 게임과 인기 PC 게임인 ‘스타크래프트’의 캐릭터들을 소재로 한 탱크 게임을 소개한다. 또한 일반인들을 대상으로 시연을 함으로써, 뇌-컴퓨터 인터페이스 게임의 대중적 관심과 개발된 게임자체의 평가를 통해 실생활 어플리케이션으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 시스템이 나아가야 할 방향과 적용 가능성을 전망한다. With the popularity of brain engineering, brain-computer interface (BCI) has been a hot issue since it may uses the information about human’s behavior, thought and emotion to control a device or facilitate the interaction between human and machine. The application of BCI can be divided into two types, one is in the context of control and another is monitoring a human’s mental or physical state. We developed two different applications according to these types. A ‘racing game’ uses the concentration of a user to change the car’s velocity, and as a second application, a lego tank unit motivated by the PC game ‘starcraft’ is controlled by users intention. These games were demonstrated in HCI Korea 2012 conference and conference attendees participated to play them. From the demonstration and the feedback from participants, we prospect the usability of BCI application and its future direction.

클라우드 IoT를 이용한 뇌-기계 인터페이스 시스템 구현

김훈희 한국사물인터넷학회 2023 한국사물인터넷학회 논문지 Vol.9 No.1

The brain-machine interface(BMI) is a next-generation interface that controls the device by decoding brain waves(also called Electroencephalogram, EEG), EEG is a electrical signal of nerve cell generated when the BMI user thinks of a command. The brain-machine interface can be applied to various smart devices, but complex computational process is required to decode the brain wave signal. Therefore, it is difficult to implement a brain-machine interface in an embedded system implemented in the form of an edge device. In this study, we proposed a new type of brain-machine interface system using IoT technology that only measures EEG at the edge device and stores and analyzes EEG data in the cloud computing. This system successfully performed quantitative EEG analysis for the brain-machine interface, and the whole data transmission time also showed a capable level of real-time processing. 뇌-기계 인터페이스는 차세대 인터페이스로서 기기 이용자가 명령을 생각할 때 발생하는 신경세포의 전기적신호인 뇌파를 해석하여 기기를 조종하는 인터페이스다. 뇌-기계 인터페이스는 다양한 스마트기기 등에 응용될 수 있지만 뇌파 신호를 해석하는 데는 상당량의 계산 프로세스가 필요하다. 따라서 에지(Edge) 형태로 구현된 임베디드 시스템에서는 뇌-기계 인터페이스를 구현하기가 어렵다. 본 연구에서는 사물인터넷 기술을 이용하여 에지에서는 뇌파 측정만을 진행하고 뇌파 데이터의 저장 및 분석은 클라우드 컴퓨팅에서 수행하는 새로운 형태의 뇌-기계 인터페이스 시스템을제안하였다. 본 시스템은 뇌-기계 인터페이스를 위한 정량 뇌파 분석을 성공적으로 수행하였으며 데이터 송수신 시간또한 실시간 처리가 가능한 수준을 보였다.

뇌전도 기반 마우스 제어를 위한 동작 상상 뇌 신호 분석

이경연(Kyeong-Yeon Lee),이태훈(Tae-Hoon Lee),이상윤(Sang-Yoon Lee) 한국인지과학회 2010 인지과학 Vol.21 No.2

In this paper, we studied the brain-computer interface (BCI). BCIs help severely disabled people to control external devices by analyzing their brain signals evoked from motor imageries. The findings in the field of neurophysiology revealed that the power of β(14-26 Hz) and β(8-12 Hz) rhythms decreases or increases in synchrony of the underlying neuronal populations in the sensorymotor cortex when people imagine the movement of their body parts. These are called Event-Related Desynchronization / Synchronization (ERD/ERS), respectively. We implemented a BCI-based mouse interface system which enabled subjects to control a computer mouse cursor into four different directions (e.g., up, down, left, and right) by analyzing brain signal patterns online. Tongue, foot, left-hand, and right-hand motor imageries were utilized to stimulate a human brain. We used a non-invasive EEG which records brain's spontaneous electrical activity over a short period of time by placing electrodes on the scalp. Because of the nature of the EEG signals, i.e., low amplitude and vulnerability to artifacts and noise, it is hard to analyze and classify brain signals measured by EEG directly. In order to overcome these obstacles, we applied statistical machine-learning techniques. We could achieve high performance in the classification of four motor imageries by employing Common Spatial Pattern (CSP) and Linear Discriminant Analysis (LDA) which transformed input EEG signals into a new coordinate system making the variances among different motor imagery signals maximized for easy classification. From the inspection of the topographies of the results, we could also confirm ERD/ERS appeared at different brain areas for different motor imageries showing the correspondence with the anatomical and neurophysiological knowledge. 본 논문에서는 사지가 마비되어 신체를 움직이지 못하지만 뇌의 기능은 살아있는 장애인들을 위하여, 생각만으로 외부의 장치를 제어할 수 있도록 하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI: Brain-Computer Interface) 기술을 연구하였다. 신경생리학 분야에서의 연구 결과에 의하면, 신체를 움직이는 상상을 할 경우, 뇌의 운동/감각 피질 영역에서는 ?β파(14-26 Hz)와 β파(8-12 Hz)가 억제/증가되는 ERD/ERS(Event-Related Desynchronization / Synchronization) 현상이 발생한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 이를 기반으로 혀, 발, 왼손, 오른손의 동작 상상을 자극으로 이용하여 변화하는 뇌 신호 패턴을 실시간으로 분석하여 피험자의 생각을 읽을 수 있도록 하였으며, 상 · 하 · 좌 · 우의 네 방향으로 이동할 수 있도록 하는 마우스 제어 인터페이스를 구현하였다. 동작 상상 시 발생하는 뇌 신경 활동의 변화를 관측하기 위해서 뇌에 손상을 주지 않으면서도 높은 시간 해상도로 측정이 가능한 비침습적 뇌전도(EEG: ElectroEncephaloGraphy)를 이용하였다. 그러나 뇌전도 신호는 특성상 신호의 크기가 미약하고, 잡음의 영향을 많아 분석이 어렵다. 따라서 이를 극복하기 위해 통계적 방법을 기반으로 한 기계학습 기법인 CSP(Common Spatial Pattern)와 선형판별 분석(Linear Discriminant Analysis)을 이용하여 서로 다른 동작 상상에 의해 발생하는 뇌 신호들 간의 분산이 최대가 되도록 신호를 변환하여 인식 성능을 높일 수 있었다. 또한 분석된 뇌 신호의 시각화를 통해, 기존에 알려진 뇌의 해부학적, 신경생리학적 지식과 일치하는 ERD/ERS 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

인지향상과 신경윤리 – 뇌자극술과 뇌-컴퓨터 연결에서의 윤리적 고려사항 검토

윤준식,남승민 한국생명윤리학회 2022 생명윤리 Vol.23 No.2

이 글의 목적은 신경윤리의 관점에서 뇌자극술과 뇌-컴퓨터 연결을 통한 인지향상이 초래할 것으로 예상되는 윤리적 고려사항들을 검토하는 것이다. 이를 위해 2장에서는 신경윤리 및 그것의 범위에 대한 간략한 소개와 함께 인지향상 기술에 대한 신경윤리적 접근의 필요성을 논한다. 3장에서는 인지향상이 무엇이고 뇌자극술과 뇌-컴퓨터 연결을 통한 인지향상은 어떻게 이루어질 수 있는지에 대해 설명한다. 4장에서는 뇌자극술과 뇌-컴퓨터 연결을 통한 인지향상이 초래할 수 있는 윤리적 문제를 살펴본다. 시술 및 수술이 초래할 수 있는 위험과 부작용, ‘향상’과 ‘치료’, ‘정상’과 ‘비정상’의 개념 구분, 향상을 위한 의료적 협조 문제, 기회 균등을 핵심으로 하는 정의와 불평등의 문제, 개인 및 인간 정체성 혼란, 뇌에 대한 직접적인 관찰과 개입에 따르는 보안 문제 등이 언급된다. This article's goal is to analyze the neuroethical considerations of cognitive enhancement via brain-stimulation and brain-computer interface. To that purpose, Chapter 2 provides a brief overview of the scope of neuroethics and explores the necessity for a neuroethical approach to cognitive enhancement technologies. Chapter 3 explains what cognitive enhancement is and how it may be accomplished via brain-stimulation and a brain-computer interface. In Chapter 4, we look at the ethical issues that might arise from brain-stimulation and brain-computer interfaces for cognitive enhancement. The dangers and negative effects of treatments and operations, the distinction between ‘enhancement’ and ‘treatment’, ‘normal’ and ‘abnormal’ concepts, medical cooperation issues for enhancement, the problem of justice centered on equality of opportunity, confusion of personal and human identity, and security issues following direct observation and intervention in the brain are all mentioned.