BCI(2) - 뇌와 뇌 영상기법

BCI(2) - 뇌와 뇌 영상기법

뇌(brain):

뉴런(Neuron)이라고 불리는 작은 신경 세포들의 집합이라고 볼 수 있다.

뇌의 각 영역이 어떠한 특정한 기능을 나타낸다. (전기적 자극을 통해 확인할 수 있다.)

뇌의 활성화:

• 전자기 정보 발생: 뉴런의 활성화는 전기장과 자기장을 일으킨다.
  

휴지전위(resting potential):

가만히 있는 상태의 뉴런이라도 전기적으로 0이 아니다. Membrane potential로 확인 가능하다.

Membrane potential(막전위) - 막을 기준으로 안쪽과 바깥쪽의 이온의 농도차가 발생하고 그 균형을 이루기 위한 이온의 방향으로 흐르는데 이때의 농도차가 있다.

이걸 통해 확인해 보면 휴지 전위 상태에서 -65mV 정도가 된다.

활동 전위(ACtion potential):

활동 전위를 통해 정보의 움직임을 확인할 수 있다.

뉴런은 다른 뉴런들과 연결되어 있는데 이전 뉴런에서 현재 뉴런으로 정보가 전달될 때,
화학적 정보가 들어옴 -> 전기적인 정보로 바뀜 -> cellbody에 정보가 모임 -> 이 때의 전압이 일정 임계를 넘기면 다음 뉴런으로 정보가 전달됨
위 과정처럼 정보가 넘어가면 활동전위가 발생했다고 볼 수 있다.
이 과정을 모델링 하면 인공신경망을 구성할 수 있게되는 것이다.

뇌의 전기 신호(뇌파)를 어떻게 측정하는가?

1. 뇌전도: 가장 간단한 방법은 두피 상에서 측정하는 것이다. 다양한 매질(두피, 뼈)을 통해 정보가 전달 되기에 노이즈가 많다. 다양한 전기 정보의 합으로 볼 수도 있다.
2. 피질 전도: 뇌 위에 피질 외면에서 바늘을 꼽아 측정.
3. 스파이크: 뇌에 바로 미세한 바늘을 꼽아 측정

뇌파의 정보:

다양한 상태(수면, 이완, 흥분 등)에 따른 파장의 차이가 있다.

• 델파 파(0~4Hz): 정상 성인 각성시 나타나면 뇌종양, 뇌염 등의 병적요인 판단근거. 수면 시 많이 발생함
• 쎄타 파(4~8Hz): 졸리거나 깊은 명상 시
• 알파 파(8~13Hz): 편안한 상태
• 베타 파(13~30Hz): 각성상태, 의식적 행동, 긴장, 일반적인 작업 시시
• 감마 파(30~50Hz): 고도의 인지작용 상태

(4Hz는 1초에 4번 진동하는 파이다.)

뇌 영상기술:

복잡한 뇌의 구조나 기능을 영상화 하는 기술, 얻고자 하는 정보(구조, 기능)에 따라 다양한 영상 기술 개발됨.

Ex.

• 미세한 자기장을 측정하는 MEG(뇌자도)
• 헤모글로빈의 농도를 측정하는 NIRS(광전극), 어디에 얼마나 헤모글로빈이 많은지를 찾아 활동이 많은 부위를 찾는 방법법
• 수소의 농도를 측정하영 구조적인 영상을 얻을 수 있는 MRI(자기 공명 영상)
• 양전자 방출을 이용한 PET(양전자단층촬영), 동위원소약품 몸에 주입하여 원하는 곳에 도착했을 때 이용해서 촬영

뇌전도 측정 장비:

다양한 측정 장비가 있으니 연구 목적에 맞게 선택하면 된다.